JP2009167059A - Reforming unit and fuel cell system - Google Patents

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和志 東野
Koichi Sato
光一 佐藤
Megumi Ito
恵 伊藤
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system equipped with a reforming unit generating hydrogen gas using various raw materials. <P>SOLUTION: A heat exchanger tube 827 is formed in such a way as to pierce a CO conversion vessel 821 in a state in which its inner peripheral face communicates with the outside of the CO conversion vessel 821. Exhaust heat of a burner unit for reforming in a reformer after heating comes in contact with an outer surface of a CO converter 820 to heat the CO converter, and the exhaust heat also circulates in the heat exchanger tube 827 to heat the CO converter also from the inside, whereby a CO conversion reaction region, in which a CO conversion catalyst bed 822 of large volume requiring a high catalyst content is formed, is efficiently heated, and substantially uniform heating of the CO conversion reaction region can be achieved in a short period of time. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料および炭化水素原料ガスから改質ガスを生成させる改質ユニットおよびこの改質ユニットを備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a reforming unit that generates a reformed gas from a liquid fuel and a hydrocarbon feed gas, and a fuel cell system including the reforming unit.

従来、水素ガスを生成して燃料電池で発電させる燃料電池システムとして、例えば都市ガスなどの燃料ガスを原料とした構成や、灯油などの液体燃料を原料とした構成など、各種構成が知られている(例えば、特許文献1または特許文献2参照)。
特許文献1に記載のものは、燃焼部により加熱された燃料改質部で、脱硫器で脱硫したのちに昇圧器で昇圧され燃料供給手段から供給される炭化水素燃料ガスと水供給手段から供給される純水とにより水素ガスを発生させる。この水素ガスをアノード極へ供給させ、酸素含有気体供給手段からカソード極へ空気を供給し、発電させる構成が採られている。
特許文献2に記載のものは、脱硫器で脱硫した液体燃料を補助タンクへ空にならないように供給し、この補助タンクから改質器へ原料を供給させる。そして、改質器で加熱しつつ改質して水素ガスを発生させ、燃料電池へ空気とともに供給して発電させる構成が採られている。
Conventionally, as a fuel cell system for generating hydrogen gas and generating electricity with a fuel cell, various configurations such as a configuration using a fuel gas such as city gas as a raw material and a configuration using a liquid fuel such as kerosene as a raw material have been known. (For example, refer to Patent Document 1 or Patent Document 2).
The one described in Patent Document 1 is a fuel reforming section heated by a combustion section. After desulfurization by a desulfurizer, the pressure is increased by a booster and is supplied from a hydrocarbon supply gas and water supply means. Hydrogen gas is generated by the purified water. The hydrogen gas is supplied to the anode electrode, and air is supplied from the oxygen-containing gas supply means to the cathode electrode to generate power.
In the device described in Patent Document 2, the liquid fuel desulfurized by the desulfurizer is supplied to the auxiliary tank so as not to be emptied, and the raw material is supplied from the auxiliary tank to the reformer. A configuration is adopted in which hydrogen gas is generated by reforming while being heated by a reformer, and is supplied to the fuel cell together with air to generate power.

ところで、原料と水蒸気とを混合して加熱し水素ガスを主成分とする改質ガスに改質する際の熱量が最も大きい。また、例えば高分子膜を利用して発電させる燃料電池に供給する改質ガスの製造において、改質ガス中に残留するCOガスが燃料電池を損傷するおそれがあることから、改質ガスから残留するCOガスを除去する必要がある。このCO除去に際しても触媒を利用してある程度の温度で反応させるので、エネルギ効率の点で、改質ガスを生成する改質器と残留するCOを除去するCO除去器とを一体構成として、改質の時の加熱の余熱を利用する構成も採られている。また、燃料電池システムでは、エネルギ効率が重要であることから、改質時の加熱の余熱を利用して、生成された高温の改質ガスをCO除去の反応の温度までに冷却したり、CO除去の反応により発生する熱を有効利用したりするなどのために、水と熱交換させて改質ガスの生成時に利用する水蒸気を生成させる構成も採られている(例えば、特許文献3および特許文献4参照)。
一方、例えば家庭において電力消費状況は、夕刻から夜半ぐらいまでがピークで、就寝時間である深夜から未明に掛けては、ほとんど電力が利用されない。このため、燃料電池システムは、1日中稼働せずに電力消費が比較的に少ない時間帯は、稼働を停止する構成が採られている。
したがって、再起動する際に、熱交換に利用する水を流通した場合、十分に暖まっていないCO除去器で結露を生じ、触媒が失活して十分なCO除去が得られなくなるおそれがある。一方、十分にCO除去器が暖まってから熱交換に利用する水を冷却水として流通した場合、他の部位が過熱状態となり、損傷するなどのおそれもある。
By the way, the amount of heat when the raw material and water vapor are mixed and heated to reform the reformed gas containing hydrogen gas as a main component is the largest. In addition, for example, in the production of reformed gas supplied to a fuel cell that generates power using a polymer membrane, CO gas remaining in the reformed gas may damage the fuel cell. It is necessary to remove CO gas. In this CO removal, since the catalyst is used to react at a certain temperature, the reformer that generates the reformed gas and the CO remover that removes the remaining CO are integrated to improve the energy efficiency. The structure using the residual heat of the heating at the time of quality is also taken. In the fuel cell system, since energy efficiency is important, the generated high-temperature reformed gas is cooled to the temperature of the CO removal reaction by using the residual heat of heating at the time of reforming, or CO 2 In order to effectively use the heat generated by the removal reaction, a configuration is adopted in which water vapor is used for generating reformed gas by exchanging heat with water (for example, Patent Document 3 and Patent). Reference 4).
On the other hand, for example, in the home, the power consumption situation peaks from the evening to the middle of the night, and almost no power is used from late at night to the early morning. For this reason, the fuel cell system is configured not to operate during the day and to stop operation during a time period in which the power consumption is relatively low.
Therefore, when water used for heat exchange is circulated at the time of restarting, dew condensation may occur in a CO remover that is not sufficiently warmed, and the catalyst may be deactivated and sufficient CO removal may not be obtained. On the other hand, when water used for heat exchange is circulated as cooling water after the CO remover has been sufficiently warmed, other parts may be overheated and damaged.

特開2006−12479号公報JP 2006-12479 A 特開2003−151608号公報JP 2003-151608 A 特開2002−356305号公報JP 2002-356305 A 特開2002−216827号公報JP 2002-216827 A

上述したように、上記従来のユニット構成では、起動時の水蒸気供給時に、CO除去器内で凝縮水が生成して触媒活性を低下させてしまうおそれがある。   As described above, in the conventional unit configuration, there is a risk that condensed water is generated in the CO remover during the supply of water vapor at the time of activation, and the catalytic activity is reduced.

本発明の目的は、このような点に鑑みて、各種原料を用いて水素ガスを良好に生成できる改質ユニットおよび燃料電池システムを提供する。   In view of these points, an object of the present invention is to provide a reforming unit and a fuel cell system that can generate hydrogen gas satisfactorily using various raw materials.

本発明に記載の改質ユニットは、液体燃料および炭化水素原料ガスのうちの少なくともいずれか一方を水蒸気とともに改質触媒中で加熱装置にて加熱して水素ガス(H2)を含有する改質ガスを生成させる改質器と、この改質器で生成された前記改質ガスを触媒と接触させて残留する一酸化炭素(CO)を除去するCO除去器とを、1つの筐体内に収容した改質ユニットであって、前記CO除去器は、前記触媒が充填される収容空間を内部に有し、前記収容空間に連通し前記改質ガスが流入される流入口および前記触媒に接触された前記改質ガスを流出する流出口を有したケース体と、内周面が前記ケース体の外部に連通する状態に前記ケース体に貫通して設けられた熱交換管と、を備えたことを特徴とする。
この発明では、改質器を収容する筐体内に改質ガスに残留するCOを除去するCO除去器として、触媒が収容空間内に充填され、改質器で生成された改質ガスが流入される流入口と、触媒に接触された改質ガスを流出する流出口を有したケース体に、内周面がケース体の外部に連通する状態に熱交換管を貫通形成している。
このことにより、改質器で改質ガスを生成する際の加熱装置による加熱の排熱が、CO除去器のケース体の外面および熱交換管の内面からCO除去する処理温度に触媒が簡単な構成で効率よく加熱できる。
The reforming unit according to the present invention is a reforming unit that contains hydrogen gas (H 2 ) by heating at least one of liquid fuel and hydrocarbon raw material gas with steam in a reforming catalyst in a heating device. A reformer that generates gas and a CO remover that removes residual carbon monoxide (CO) by bringing the reformed gas generated in the reformer into contact with a catalyst are accommodated in one housing. The CO remover has an accommodation space filled with the catalyst therein, and is in contact with the catalyst and the inlet through which the reformed gas flows and communicates with the accommodation space. A case body having an outlet through which the reformed gas flows out, and a heat exchange pipe provided through the case body in a state where an inner peripheral surface communicates with the outside of the case body. It is characterized by.
In the present invention, as a CO remover that removes CO remaining in the reformed gas in a housing that accommodates the reformer, the catalyst is filled in the accommodation space, and the reformed gas generated in the reformer is introduced. A heat exchange tube is formed through the case body having an inflow port and an outflow port for flowing out the reformed gas in contact with the catalyst so that the inner peripheral surface communicates with the outside of the case body.
As a result, the exhaust heat of the heating by the heating device when the reformed gas is generated in the reformer can be easily reduced to a processing temperature at which CO is removed from the outer surface of the case body of the CO remover and the inner surface of the heat exchange tube. Heating can be efficiently performed with the configuration.

そして、本発明では、前記熱交換管は、軸方向が鉛直方向に略沿った状態に設けられた構成とすることが好ましい。
この発明では、熱交換管の軸方向が鉛直方向に略沿った状態に設けている。
このことにより、ケース体外の排熱が対流により効率よく熱交換管内を流通する状態が得られ、より効率よく触媒の加熱が得られる。
ここで、軸方向が鉛直方向に略沿った状態としては、対流による排熱の流通が得られる程度に屈曲したり、螺旋状としたり、軸方向が斜めに傾斜したりした構成も含むものである。
And in this invention, it is preferable that the said heat exchange pipe | tube is set as the structure provided in the state in which the axial direction substantially followed the vertical direction.
In this invention, the axial direction of the heat exchange tube is provided in a state substantially along the vertical direction.
As a result, a state in which the exhaust heat outside the case body is efficiently circulated through the heat exchange pipe by convection is obtained, and the catalyst can be heated more efficiently.
Here, the state in which the axial direction is substantially along the vertical direction includes a configuration in which the heat is circulated so as to obtain a circulation of exhaust heat by convection, a spiral shape, or an axial direction inclined obliquely.

また、本発明では、前記CO除去器は、前記触媒として前記残留するCOを変成するCO変成触媒が充填された構成とすることが好ましい。
すなわち、CO変成触媒により残留するCOを除去する構成では、比較的に触媒容量が多く、CO変成触媒が充填された層の内部まで加熱するのに時間を要する。このことにより、CO変成触媒を充填する構成では、熱交換管により層の内部への熱伝達効率を向上させて効率よく加熱させる必要があることから好適である。
Moreover, in this invention, it is preferable that the said CO remover is set as the structure filled with the CO conversion catalyst which converts the said residual CO as said catalyst.
That is, in the configuration in which residual CO is removed by the CO conversion catalyst, the catalyst capacity is relatively large, and it takes time to heat the inside of the layer filled with the CO conversion catalyst. Thus, the configuration in which the CO shift catalyst is filled is preferable because it is necessary to improve the heat transfer efficiency to the inside of the layer by the heat exchange pipe and to heat it efficiently.

さらに、本発明では、前記CO除去器は、前記触媒が前記流入口および前記流出口の間に前記流入口および前記流出口の開口縁から離間する位置に充填された構成とすることが好ましい。
この発明では、ケース体内の流入口および流出口の間に位置して、流入口および流出口の開口縁から離間する位置に触媒を充填する。
このことにより、流入口から流入する改質ガスは、触媒が充填された層を略均一に流過して流出口から流出するので、改質ガスと触媒との接触効率が向上し、改質ガス中の残留するCOが効率よく除去される。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the CO remover is configured such that the catalyst is filled between the inflow port and the outflow port at a position away from the opening edge of the inflow port and the outflow port.
In the present invention, the catalyst is filled at a position that is located between the inlet and the outlet in the case body and is separated from the opening edge of the inlet and the outlet.
As a result, the reformed gas flowing in from the inflow port flows through the layer filled with the catalyst substantially uniformly and flows out from the outflow port, so that the contact efficiency between the reformed gas and the catalyst is improved, and reforming is performed. Residual CO in the gas is efficiently removed.

また、本発明では、前記ケース体の収容空間には、前記流入口に連通する拡散領域と、前記流出口に連通する収束領域と、前記拡散領域および前記収束領域との間に前記改質ガスを流通可能に連通し前記触媒が充填される反応領域と、が区画形成された構成とすることが好ましい。
この発明では、ケース体の収容空間内に、流入口に連通する拡散領域と、流出口に連通する収束領域との間に位置して、触媒を充填する反応領域を区画形成している。
このことにより、流入口から流入する改質ガスは、拡散領域で拡散されて反応領域を略均一に流通して収束領域に流入して流出口へ収束されて流出されるので、改質ガスと触媒との接触効率が向上し、改質ガス中の残留するCOが効率よく除去される。
ここで、拡散領域と収束領域とは、単なる空間のみならず、例えばアルミナ粒子が充填された領域などとしてもよい。
In the present invention, in the housing space of the case body, the reformed gas is provided between the diffusion region communicating with the inflow port, the convergence region communicating with the outflow port, and the diffusion region and the convergence region. And a reaction region filled with the catalyst so as to communicate with each other is preferably formed.
According to the present invention, the reaction region filled with the catalyst is defined in the housing space of the case body between the diffusion region communicating with the inflow port and the convergence region communicating with the outflow port.
As a result, the reformed gas flowing in from the inflow port is diffused in the diffusion region, flows substantially uniformly in the reaction region, flows into the converging region, converges to the outflow port, and flows out. Contact efficiency with the catalyst is improved, and residual CO in the reformed gas is efficiently removed.
Here, the diffusion region and the convergence region may be not only a simple space but also a region filled with alumina particles, for example.

本発明に記載の燃料電池システムは、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の改質ユニットと、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記改質ユニットで生成された改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、各種原料を用いて水素ガスを含有する改質ガスを生成できる請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の改質ユニットで生成した改質ガスと、酸素含有気体供給手段から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池にて発電する。
このことにより、原料に限られることなく効率よく安定して燃料電池で発電でき、家庭用としても好適で、安定した電力供給ができる。
A fuel cell system according to the present invention includes a reforming unit according to any one of claims 1 to 5, an oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas, and a reformer generated by the reforming unit. And a fuel cell that generates electricity using the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas and the oxygen-containing gas supply means.
In the present invention, the reformed gas produced by the reforming unit according to any one of claims 1 to 5 capable of producing a reformed gas containing hydrogen gas using various raw materials, and the oxygen-containing gas supply means Electricity is generated by the fuel cell using the supplied oxygen-containing gas.
As a result, the fuel cell can efficiently and stably generate power without being limited to the raw material, and is suitable for home use and can stably supply power.

〔燃料電池システムの構成〕
以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、本発明の改質ユニットを備えた燃料電池システムの構成を例示するが、燃料電池システムに利用する構成に限らず、例えば水素ガス製造装置などとして、改質ユニット単独の構成とするなどしてもよい。また、水蒸気が混合される原料として、液体燃料を用いる構成を例示するが、液体燃料に限らず、例えば液化石油ガスや都市ガスなどの炭化水素原料ガスを用いて水蒸気を混合し原料ガスを調製する構成など、各種炭化水素原料を利用する構成にも適用できる。また、家庭用のシステム構成を例示するが、例えば集合住宅用や各種店舗などに利用される比較的に大型のシステム構成にも適用できる。
図1は、本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
[Configuration of fuel cell system]
Hereinafter, an embodiment according to the fuel cell system of the present invention will be described.
In the present embodiment, the configuration of the fuel cell system including the reforming unit of the present invention is illustrated. However, the configuration is not limited to the configuration used for the fuel cell system, and for example, as a hydrogen gas production apparatus, the reforming unit alone is used. It may be configured. In addition, a configuration using liquid fuel is illustrated as a raw material to be mixed with water vapor, but not limited to liquid fuel, for example, raw material gas is prepared by mixing water vapor using hydrocarbon raw material gas such as liquefied petroleum gas or city gas The present invention can also be applied to a configuration using various hydrocarbon raw materials, such as a configuration to perform. Moreover, although the system configuration for homes is illustrated, it can be applied to a relatively large system configuration used for, for example, an apartment house or various stores.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system in the present embodiment.

(全体構成)
図1において、100は燃料電池システムで、この燃料電池システム100は、例えば液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池200により発電させるシステムである。
この燃料電池システム100は、液体燃料111、例えば灯油を貯溜する液体燃料貯溜タンク110を備えている。ここで、液体燃料111としては、灯油に限らず、軽油やナフサなどの各種液体燃料を対象とすることができる。液体燃料貯溜タンク110には、液体燃料ポンプ121を備え液体燃料111を搬送する燃料搬送経路120を介して、脱硫器130が接続されている。
脱硫器130は、液体燃料貯溜タンク110から燃料搬送経路120を介して例えば約300[ml/時間]で供給される液体燃料111を脱硫処理する。具体的には、液相吸着法により、液体燃料111中に含有される硫黄化合物を電気ヒータなどにて加熱しつつ吸着除去する。この脱硫器130には、改質装置としても機能する改質ユニット300が接続されている。
(overall structure)
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a fuel cell system. The fuel cell system 100 is a system in which, for example, liquid fuel is used as a raw material to be reformed into a fuel gas containing hydrogen as a main component, and the fuel cell 200 generates power.
The fuel cell system 100 includes a liquid fuel storage tank 110 that stores liquid fuel 111, for example, kerosene. Here, the liquid fuel 111 is not limited to kerosene, and various liquid fuels such as light oil and naphtha can be targeted. A desulfurizer 130 is connected to the liquid fuel storage tank 110 via a fuel conveyance path 120 that includes a liquid fuel pump 121 and conveys the liquid fuel 111.
The desulfurizer 130 desulfurizes the liquid fuel 111 that is supplied from the liquid fuel storage tank 110 via the fuel transfer path 120 at, for example, about 300 [ml / hour]. Specifically, the sulfur compound contained in the liquid fuel 111 is adsorbed and removed by heating with an electric heater or the like by a liquid phase adsorption method. The desulfurizer 130 is connected to a reforming unit 300 that also functions as a reformer.

改質ユニット300は、詳細は後述するが、水蒸気混合手段としての気化器、水蒸気生成手段としての熱交換装置、改質装置としての改質器、CO除去器としても機能するCO変成器およびCO除去器としてのCO選択酸化器などを備えている。
気化器は、脱硫器130に接続され、脱硫処理された液体燃料111が流入される。また、気化器には、熱交換装置が接続されている。そして、気化器は、熱交換装置から供給される水蒸気を脱硫器130から流出する液体燃料111と混合させて気化させ、液体燃料111と水蒸気との混合ガスである原料ガスとしての気化液体燃料を生成する。
熱交換装置には、純水181を貯留する純水タンク180が搬送ポンプ182を有した給水経路183を介して接続され、純水タンク180から純水181が供給される。そして、熱交換装置は、供給される純水181により改質器を加熱した後の排ガスを冷却させるとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器へ供給させる。なお、純水タンク180は、蒸留水などの不純物を含まない純水181を貯留し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
なお、気化器および熱交換装置は、詳細は後述するように、改質器と一体構成、すなわち改質ユニット300として一体のユニット状に組み込まれた構成を例示するが、別構成としてもよい。
As will be described in detail later, the reforming unit 300 includes a vaporizer as a steam mixing means, a heat exchange device as a steam generating means, a reformer as a reformer, a CO converter and a CO that also function as a CO remover. A CO selective oxidizer as a remover is provided.
The vaporizer is connected to the desulfurizer 130, and the liquid fuel 111 that has been subjected to the desulfurization process is introduced into the vaporizer. Moreover, the heat exchanger is connected to the vaporizer. The vaporizer mixes and vaporizes the water vapor supplied from the heat exchange device with the liquid fuel 111 flowing out from the desulfurizer 130, and converts the vaporized liquid fuel as a raw material gas, which is a mixed gas of the liquid fuel 111 and the water vapor Generate.
A pure water tank 180 that stores pure water 181 is connected to the heat exchange device via a water supply path 183 having a transport pump 182, and pure water 181 is supplied from the pure water tank 180. Then, the heat exchange device cools the exhaust gas after heating the reformer with the supplied pure water 181, generates water vapor, and supplies the generated water vapor to the vaporizer. The pure water tank 180 may store pure water 181 that does not contain impurities such as distilled water, and may have a configuration in which, for example, tap water is purified and supplied as appropriate.
As will be described in detail later, the vaporizer and the heat exchange device exemplify a configuration that is integrated with the reformer, that is, a configuration that is integrated into the reformer unit 300 as an integral unit, but may be configured separately.

改質器は、脱硫され水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。この改質器は、内部に図示しないルテニウム(Ru)系触媒やニッケル(Ni)系触媒などの改質触媒および加熱装置としてのバーナであるバーナユニット151を備えている。なお、加熱装置としては、バーナユニット151に限らず、例えば電気ヒータなど、各種加熱装置を利用することも可能である。
バーナユニット151は、分岐する燃料搬送経路120を介して液体燃料貯溜タンク110から液体燃料111が供給されるとともに、後述する燃料電池200から排出される燃料ガスが供給される。そして、バーナユニット151は、送気ブロワ170から供給される空気により、液体燃料111および燃料ガスを燃焼させ、この燃焼による熱にて気化液体燃料を水素リッチの改質ガスである燃料ガスに水蒸気改質する。
このバーナユニット151の燃焼による高温の排ガスは、熱交換装置に供給され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。
The reformer reforms the vaporized liquid fuel that has been desulfurized and mixed with water vapor into a hydrogen-rich fuel gas. The reformer includes a reformer catalyst such as a ruthenium (Ru) catalyst or a nickel (Ni) catalyst (not shown) and a burner unit 151 which is a burner as a heating device. The heating device is not limited to the burner unit 151, and various heating devices such as an electric heater can also be used.
The burner unit 151 is supplied with the liquid fuel 111 from the liquid fuel storage tank 110 via the branched fuel conveyance path 120 and also with the fuel gas discharged from the fuel cell 200 described later. The burner unit 151 burns the liquid fuel 111 and the fuel gas with the air supplied from the air supply blower 170, and the vaporized liquid fuel is steamed into the fuel gas that is a hydrogen-rich reformed gas by the heat generated by the combustion. Reform.
High-temperature exhaust gas generated by the combustion of the burner unit 151 is supplied to a heat exchange device, cooled by heat exchange with water, and exhausted into the outside air.

また、改質ユニット300の改質器には、CO変成器およびCO選択酸化器が直列状に接続されている。
CO変成器は、触媒であるCO変成触媒が充填され、改質器から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)を変成することで一酸化炭素を除去する。
CO選択酸化器は、CO選択酸化触媒が充填され、CO変成器で変成されずに残ったCOを二酸化炭素(CO2)に酸化させ、燃料ガス中のCOを除去する。
なお、CO変成器およびCO選択酸化器は、詳細は後述するが、改質器と一体構成、すなわち、改質器と改質ユニット300として一体のユニット構成を例示するが、いずれか一方のみ、例えばCO変成器のみが一体に組み付けられた構成とするなどしてもよい。また、これらCO変成器およびCO選択酸化器の他、COを吸着除去するなどの装置を別途設けたり、CO変成器およびCO選択酸化器に代えてCOを吸着除去する装置をCO除去器として設けたりするなどしてもよい。
In addition, a CO converter and a CO selective oxidizer are connected in series to the reformer of the reforming unit 300.
The CO converter is filled with a CO conversion catalyst as a catalyst, and removes carbon monoxide by converting carbon monoxide (CO) contained in the hydrogen-rich fuel gas flowing out from the reformer.
The CO selective oxidizer is filled with a CO selective oxidation catalyst, oxidizes the remaining CO without being converted by the CO converter to carbon dioxide (CO 2 ), and removes CO in the fuel gas.
Although the CO converter and the CO selective oxidizer will be described in detail later, the reformer and the reformer unit 300 are exemplified as an integral configuration, that is, an integral unit configuration as the reformer and reforming unit 300, For example, a configuration in which only the CO transformer is integrally assembled may be employed. In addition to these CO converter and CO selective oxidizer, a device for removing CO by adsorption is provided separately, or a device for adsorbing and removing CO in place of the CO converter and CO selective oxidizer is provided as a CO remover. You may do it.

そして、CO選択酸化器には、燃料電池200が配管などにより接続されている。
燃料電池200は、燃料ガス中の水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池200は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極201と、負極202と、正極201および負極202間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極201側には、例えば図示しない加湿器などにより適宜加湿された空気が供給され、負極202側には改質ユニット300で生成された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水(純水181)が生成されるとともに、正極201および負極202間に直流電力が発生する。
なお、改質ユニット300から供給される燃料ガスは、必要に応じて加湿器などを介して適宜加湿されて供給される構成としてもよい。また、加湿器としては、例えばシステム構成として独立設置したり、燃料電池200に内蔵するユニット構成としたりするなど、各種形態で利用できる。
そして、負極202側は、上述したように改質器のバーナユニット151に接続され、余った水素をバーナユニット151の燃料として供給する。また、正極201側には、分離器185が接続されている。この分離器185には、正極201側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水(純水181)とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器185には、純水タンク180が接続され、分離した水(純水181)を純水タンク180へ供給する。
The fuel cell 200 is connected to the CO selective oxidizer by piping or the like.
The fuel cell 200 reacts hydrogen and oxygen in the fuel gas to generate DC power. The fuel cell 200 is, for example, a solid polymer fuel cell, and includes a positive electrode 201, a negative electrode 202, and a polymer electrolyte membrane (not shown) disposed between the positive electrode 201 and the negative electrode 202. For example, air appropriately humidified by a humidifier (not shown) is supplied to the positive electrode 201 side, and hydrogen-rich fuel gas generated by the reforming unit 300 is supplied to the negative electrode 202 side. Then, hydrogen (fuel gas) and oxygen in the air react to generate water (pure water 181), and DC power is generated between the positive electrode 201 and the negative electrode 202.
The fuel gas supplied from the reforming unit 300 may be appropriately humidified and supplied via a humidifier as necessary. Further, the humidifier can be used in various forms such as being installed independently as a system configuration or a unit configuration built in the fuel cell 200.
The negative electrode 202 side is connected to the burner unit 151 of the reformer as described above, and surplus hydrogen is supplied as fuel for the burner unit 151. A separator 185 is connected to the positive electrode 201 side. The separator 185 is supplied with air used for the reaction from the positive electrode 201 side, and is separated into air for the gas phase and water (pure water 181) for the liquid phase. The separated air is exhausted to the outside air. The separator 185 is connected to a pure water tank 180 and supplies the separated water (pure water 181) to the pure water tank 180.

また、燃料電池200には、冷却装置187が設けられている。この冷却装置187は、燃料電池200に付設された熱回収部187Aが設けられている。この熱回収部187Aには、ポンプ187Bおよび熱交換器187Cを備えた循環経路187Dを介して純水タンク180が接続されている。
この循環経路187Dは、ポンプ187Bの駆動により、熱回収部187Aと純水タンク180との間で純水181を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池200を冷却させるとともに熱を回収する。
熱交換器187Cは、循環され熱回収部187Aで熱を回収した純水181と、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
なお、熱交換器187Cは、水道水が直接流入されて熱交換する構成のみならず、例えば、燃料電池200の正極201から分離器185へ流通する空気と図示しない熱交換装置で熱交換した水道水を純水181と熱交換させる構成とするなどしてもよい。
The fuel cell 200 is provided with a cooling device 187. The cooling device 187 is provided with a heat recovery unit 187A attached to the fuel cell 200. A pure water tank 180 is connected to the heat recovery unit 187A via a circulation path 187D including a pump 187B and a heat exchanger 187C.
The circulation path 187D circulates the pure water 181 between the heat recovery unit 187A and the pure water tank 180 by driving the pump 187B, cools the fuel cell 200 that generates heat accompanying power generation, and recovers heat.
The heat exchanger 187C exchanges heat with the pure water 181 that has been circulated and recovered heat by the heat recovery unit 187A, for example, tap water. The tap water warmed by this heat exchange is directly supplied to other facilities such as a bath for effective use. In addition to heat exchange with tap water, power generation from heat obtained by heat exchange may be used effectively for other facilities.
The heat exchanger 187C is not limited to a configuration in which tap water is directly introduced to exchange heat, but, for example, tap water in which heat is exchanged with air flowing from the positive electrode 201 of the fuel cell 200 to the separator 185 with a heat exchange device (not shown). A configuration may be employed in which water exchanges heat with pure water 181.

そして、燃料電池システム100は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料111の流量制御、脱硫器130の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器のバーナユニット151の燃焼制御、熱交換装置で水蒸気を生成させるための純水181の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
The fuel cell system 100 includes a control device (not shown) that controls the operation of the entire system.
This control device controls the flow rate of the liquid fuel 111, controls the power supplied to the electric heater, which is the heating condition of the heating means of the desulfurizer 130, controls the combustion of the burner unit 151 of the reformer, and generates steam with the heat exchange device. For this purpose, supply amount control, temperature management, power generation amount management, and the like of pure water 181 are performed.

(改質ユニット)
次に、上述した燃料電池システム100における改質ユニット300の構成を詳細に説明する。
図2は、改質ユニットの概略構成を示す側面断面図である。図3は、改質ユニットの改質部の改質外装ケース内の概略構成を示す側面断面図である。図4は、改質部を示す底面図である。図5は、改質部の燃焼室部の概略構成を示す側面断面図である。図6は、整流管を示す側面断面図である。図7は、外側筒状体に取り付けられた保持リング部を示す平面図である。図8は、熱交換装置を示す側面図である。図9は、配管外装ケースを示す側面断面図である。図10は、配管外装ケースを示す平面断面図である。図11は、ユニット本体部の配管部における配管状態を示す一部を切り欠いた平面図である。図12は、CO除去外装ケースを示す側面断面図である。図13は、CO変成器を示す側面図である。図14は、CO変成器を示す一部を切り欠いた正面図である。図15は、CO変成器を示す平面図である。図16は、CO選択酸化器を示す側面図である。図17は、CO選択酸化器を示す一部を切り欠いた正面図である。図18は、CO選択酸化器を示す平面図である。図19は、CO選択酸化器の区画板を示す平面図である。なお、図2ないし図4および図11は、説明の都合上、一部の配管を省略して示す。また、図11は、説明の都合上、改質外装ケースの支持台座部から鉛直方向における下方側を示す。
(Reforming unit)
Next, the configuration of the reforming unit 300 in the fuel cell system 100 described above will be described in detail.
FIG. 2 is a side sectional view showing a schematic configuration of the reforming unit. FIG. 3 is a side cross-sectional view showing a schematic configuration in the reforming exterior case of the reforming unit of the reforming unit. FIG. 4 is a bottom view showing the reforming section. FIG. 5 is a side sectional view showing a schematic configuration of a combustion chamber portion of the reforming portion. FIG. 6 is a side cross-sectional view showing the rectifying pipe. FIG. 7 is a plan view showing the retaining ring portion attached to the outer cylindrical body. FIG. 8 is a side view showing the heat exchange device. FIG. 9 is a side cross-sectional view showing the piping outer case. FIG. 10 is a plan cross-sectional view showing a pipe exterior case. FIG. 11 is a plan view with a part cut away showing a piping state in a piping portion of the unit main body. FIG. 12 is a side sectional view showing the CO removal exterior case. FIG. 13 is a side view showing the CO transformer. FIG. 14 is a front view with a part cut away showing the CO transformer. FIG. 15 is a plan view showing a CO transformer. FIG. 16 is a side view showing a CO selective oxidizer. FIG. 17 is a front view of the CO selective oxidizer with a part cut away. FIG. 18 is a plan view showing a CO selective oxidizer. FIG. 19 is a plan view showing a partition plate of a CO selective oxidizer. Note that FIGS. 2 to 4 and FIG. 11 are shown with some piping omitted for convenience of explanation. Moreover, FIG. 11 shows the downward side in the vertical direction from the support pedestal part of the reformed exterior case for convenience of explanation.

改質ユニット300は、上述したように、気化器、改質器、CO変成器、CO選択酸化器、および熱交換装置を備えた一体構成である。
この改質ユニット300は、図2に示すように、ユニット本体部400と、このユニット本体部400を覆う断熱部500と、を備えている。また、ユニット本体部400は、改質部600と、配管部700と、CO除去部800と、にて構成されている。そして、ユニット本体部400は、燃料電池システム100を収容する図示しないケース体の底部に載置固定されるCO除去部800に対して、鉛直方向における上方に配管部700を介して改質部600が一体的に連結されて構成される。
As described above, the reforming unit 300 has an integrated configuration including a vaporizer, a reformer, a CO converter, a CO selective oxidizer, and a heat exchange device.
As shown in FIG. 2, the reforming unit 300 includes a unit main body portion 400 and a heat insulating portion 500 that covers the unit main body portion 400. The unit main body 400 includes a reforming unit 600, a piping unit 700, and a CO removing unit 800. And the unit main-body part 400 is the reforming part 600 via the piping part 700 in the upper direction with respect to the CO removal part 800 mounted and fixed to the bottom part of the case body which is not shown in figure which accommodates the fuel cell system 100. Are integrally connected.

改質部600は、改質外装ケース610を備えている。この改質外装ケース610は、上面を開口する下部ケース611と、この下部ケース611の上面を覆って一体に取り付けられる上部ケース612と、下部ケース611の下面を略覆って一体に取り付けられる支持台座部613と、を備えている。
下部ケース611は、例えば鋼板などにて略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。そして、下部ケース611の軸方向における一端となる上端には、内方に向けて鍔状に一連に突出する上部連結フランジ611Aが設けられている。この上部連結フランジ611Aは、外周縁が略円筒状に折曲されて例えば溶接により接合される形状に形成されている。すなわち、いわゆるフランジアップした形状としている。また、下部ケース611の軸方向における他端となる下端には、図示しない連結取付部材としてのねじが貫通されて支持台座部613が一体的に取り付けられる下部ねじ孔611Bが設けられている。
上部ケース612は、例えば鋼板などにて、下部ケース611の径寸法より径小の略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。そして、上部ケース612の軸方向における一端となる上端には、内方に向けて鍔状に一連に突出する天板フランジ612Aが設けられている。この天板フランジ612Aの内周縁には、円筒状のバーナ連結部612Bが溶接などにより一体に設けられている。さらに、バーナ連結部612Bの軸方向における一端となる上端には、外方に向けて鍔状に一連に突出するバーナ連結フランジ612Cが設けられている。このバーナ連結フランジ612Cには、バーナ取付部材としての例えば取付ボルト612Dが挿通されるボルト挿通孔612Eが開口形成されている。そして、上部ケース612の軸方向における他端となる下端外周面が、下部ケース611の上部連結フランジ611Aの略円筒状に折曲された内周縁に溶接などにより、段差状に一体に連結されている。すなわち、下部ケース611の上部連結フランジ611Aと上部ケース612との接合部分、さらには上部ケース612の天板フランジ612Aの接合部分も、いわゆるフランジアップした形状としている。
支持台座部613は、図2および図3に示すように、下部ケース611の軸方向における下端を略閉塞する状態に、例えば鋼板などにて略有底円筒状に形成されている。この支持台座部613は、外形寸法が下部ケース611の内径寸法と略同寸法の円筒状に形成された底接合部613Aを有している。この底接合部613Aの軸方向における一端となる下端には、内方に向けて鍔状に突出する仕切底部613Bが一連に設けられている。そして、底接合部613Aには、下部ケース611の下部ねじ孔611Bに対応してねじ止めされる取付雌ねじ部613Cが設けられている。この底接合部613Aと下部ケース611との接合部分は、例えば耐熱コーキング材などにてシールすることが好ましい。そして、支持台座部613は、下部ケース611の軸方向の他端に、軸方向の一部が下部ケース611の他端から突出する状態にねじ止めされて一体的に連結される。また、支持台座部613の仕切底部613Bには、略円形の熱交換孔613Dが開口形成されている。さらに、支持台座部613には、図4に示すように、仕切底部613Bに複数、例えば3箇所の支柱取付ねじ孔613Eが設けられている。
The reforming unit 600 includes a reformed exterior case 610. The modified exterior case 610 includes a lower case 611 having an upper surface opened, an upper case 612 that covers the upper surface of the lower case 611 and is integrally attached, and a support base that is integrally attached to substantially cover the lower surface of the lower case 611. Part 613.
The lower case 611 is formed, for example, in a substantially cylindrical shape using a steel plate or the like, and more specifically, is formed using a sheet-wound tube made of a steel plate that is a tube material. And the upper connection flange 611A which protrudes in series in a bowl shape toward the inner side is provided at the upper end which is one end in the axial direction of the lower case 611. The upper connecting flange 611A is formed in a shape in which an outer peripheral edge is bent into a substantially cylindrical shape and joined by welding, for example. That is, it is a so-called flange-up shape. In addition, a lower screw hole 611B into which a screw as a connection attachment member (not shown) is penetrated and the support pedestal portion 613 is attached integrally is provided at the lower end which is the other end in the axial direction of the lower case 611.
The upper case 612 is formed of, for example, a steel plate or the like in a substantially cylindrical shape having a diameter smaller than that of the lower case 611, and more specifically, is formed by using a sheet-wound tube of a steel plate that is a tube material. A top plate flange 612A is provided at the upper end, which is one end in the axial direction of the upper case 612, and projects in a bowl shape toward the inside. A cylindrical burner connecting portion 612B is integrally provided on the inner peripheral edge of the top plate flange 612A by welding or the like. Furthermore, a burner connection flange 612C is provided at the upper end, which is one end in the axial direction of the burner connection portion 612B, and protrudes in series in a bowl shape toward the outside. A bolt insertion hole 612E through which, for example, a mounting bolt 612D as a burner mounting member is inserted is formed in the burner connecting flange 612C. And the lower end outer peripheral surface which becomes the other end in the axial direction of the upper case 612 is integrally connected to the inner peripheral edge of the upper connecting flange 611A of the lower case 611 bent in a substantially cylindrical shape by welding or the like. Yes. That is, the joint portion between the upper connecting flange 611A and the upper case 612 of the lower case 611 and the joint portion of the top plate flange 612A of the upper case 612 have a so-called flange-up shape.
As shown in FIGS. 2 and 3, the support pedestal 613 is formed in a substantially bottomed cylindrical shape with, for example, a steel plate so as to substantially close the lower end in the axial direction of the lower case 611. The support pedestal portion 613 has a bottom joint portion 613A that is formed in a cylindrical shape whose outer dimension is substantially the same as the inner diameter dimension of the lower case 611. A partition bottom portion 613B that protrudes inward toward the inside is provided in series at a lower end that is one end in the axial direction of the bottom joint portion 613A. The bottom joint portion 613A is provided with an attachment female screw portion 613C that is screwed in correspondence with the lower screw hole 611B of the lower case 611. It is preferable that the joint portion between the bottom joint portion 613A and the lower case 611 be sealed with, for example, a heat-resistant caulking material. The support pedestal 613 is integrally connected to the other end in the axial direction of the lower case 611 so that a part of the axial direction protrudes from the other end of the lower case 611. A substantially circular heat exchange hole 613D is formed in the partition bottom 613B of the support pedestal 613. Further, as shown in FIG. 4, the support base 613 is provided with a plurality of, for example, three column mounting screw holes 613 </ b> E in the partition bottom 613 </ b> B.

そして、改質外装ケース610内には、図2および図3に示すように、改質器620と、水蒸気生成手段としての熱交換装置640と、が配設されている。
改質器620は、燃焼室部621と、バーナユニット151と、改質容器622と、を備えている。
In the reforming exterior case 610, as shown in FIGS. 2 and 3, a reformer 620 and a heat exchanging device 640 as a steam generating means are disposed.
The reformer 620 includes a combustion chamber 621, a burner unit 151, and a reforming vessel 622.

燃焼室部621は、図2および図5に示すように、例えば鋼板などにて、上部ケース612のバーナ連結部612Bより若干径小の円筒状に形成された燃焼筒部621Aを有している。この燃焼筒部621Aには、軸方向の一端となる上端側の所定の位置に、内方に向けて膨出する状態に位置決めダボ621Bが設けられている。また、燃焼筒部621Aの軸方向の一端となる上端には、バーナ連結フランジ612Cと同様に、外方に向けて鍔状に一連に突出する支持フランジ621Cが設けられている。この支持フランジ621Cには、バーナ連結フランジ612Cと同様に、取付ボルト612Dが挿通されるボルト挿通孔612Eが開口形成されている。
また、燃焼室部621には、火炎整流部621Fが一体的に配設されている。この火炎整流部621Fは、外径が燃焼筒部621Aの内径と略同寸法で、燃焼筒部621Aの上端側に位置して溶接などにより一体的に取り付けられる取付円筒部621F1を有している。また、取付円筒部621F1の軸方向における一端となる下端には、先端側にしたがって次第に径小となる漏斗状の整流筒部621F2が一連に設けられている。そして、火炎整流部621Fは、燃焼筒部621Aの位置決めダボ621Bにて位置決めされ、取付円筒部621F1が溶接などにより燃焼筒部621Aの内周側の所定の位置に一体的に取り付けられている。
As shown in FIGS. 2 and 5, the combustion chamber portion 621 includes a combustion cylinder portion 621 </ b> A that is formed of a steel plate or the like and has a cylindrical shape slightly smaller in diameter than the burner coupling portion 612 </ b> B of the upper case 612. . The combustion cylinder portion 621A is provided with a positioning dowel 621B that bulges inward at a predetermined position on the upper end side that is one end in the axial direction. Also, a support flange 621C that protrudes outward in a bowl shape is provided at the upper end, which is one end in the axial direction, of the combustion cylinder portion 621A, like the burner connection flange 612C. The support flange 621C is formed with a bolt insertion hole 612E through which the mounting bolt 612D is inserted, similarly to the burner connection flange 612C.
In addition, a flame rectification unit 621F is integrally disposed in the combustion chamber unit 621. The flame rectifying portion 621F has an attachment cylindrical portion 621F1 that has an outer diameter that is substantially the same as the inner diameter of the combustion cylinder portion 621A and is positioned on the upper end side of the combustion cylinder portion 621A and attached integrally by welding or the like. . Further, a funnel-shaped rectifying cylinder portion 621F2 having a diameter gradually decreasing in accordance with the distal end side is provided in series at the lower end, which is one end in the axial direction of the mounting cylindrical portion 621F1. The flame rectifying unit 621F is positioned by a positioning dowel 621B of the combustion cylinder 621A, and the mounting cylinder 621F1 is integrally attached to a predetermined position on the inner peripheral side of the combustion cylinder 621A by welding or the like.

バーナユニット151は、例えば、図2に示すように、鋳造形成されたバーナ本体部651と、燃料である液体燃料111および燃料電池200の負極202から排出される燃料ガスであるオフガスを燃焼させて火炎を生成する複数の図示しない燃焼口を有するバーナ部652と、を有している。
バーナ本体部651には、送気ブロワ170から供給される空気が一次空気として導入される第一空気導入部651Aと、供給される空気が二次空気として導入される図示しない第二空気導入部と、オフガスを導入して燃焼させるオフガス導入部651Bと、などが設けられている。また、第一空気導入部651Aには液体燃料111が供給される液体燃料供給管651Cが接続され、供給される液体燃料111は一次空気と混合されてバーナ本体部651に供給されて十分に気化され、燃焼される。この液体燃料供給管651Cの接続構造として、略L字状に屈曲形成した第一空気導入部651Aの屈曲部分に液体燃料供給管651Cを接続することが好ましい。さらに、バーナ本体部651には、液体燃料111を蒸発気化させるための予熱用電気ヒータ651Dと、図示しない点火電極とが配設されている。なお、予熱用電気ヒータ651Dは、起動時のみ使用され、一度燃焼が開始されると液体燃料111を蒸発気化させるための熱は周囲から得られるため、予熱用電気ヒータ651Dへの通電はオフされる。
そして、バーナユニット151は、バーナ本体部651に鍔状に設けられた取付フランジ651Eが、重なり合う上部ケース612のバーナ連結フランジ612Cおよび燃焼室部621の支持フランジ621Cにさらに重なる状態に支持されて、取付ボルト612Dが螺着される。この状態で、改質外装ケース610の上部ケース612の上端部が閉塞されて、一体的にバーナユニット151が配設される。
なお、バーナユニット151の取付状態は、バーナ部652の下端部が、燃焼室部621の火炎整流部621Fの整流筒部621F2内に略位置するとともに、改質容器622の上端部に略対応する位置となっている。
For example, as shown in FIG. 2, the burner unit 151 burns a burner main body portion 651 that is cast, a liquid fuel 111 that is a fuel, and an off gas that is a fuel gas discharged from the negative electrode 202 of the fuel cell 200. And a burner section 652 having a plurality of combustion ports (not shown) for generating a flame.
The burner body 651 has a first air introduction part 651A in which air supplied from the air supply blower 170 is introduced as primary air, and a second air introduction part (not shown) in which supplied air is introduced as secondary air. And an off-gas introduction part 651B for introducing and burning off-gas. Further, a liquid fuel supply pipe 651C to which the liquid fuel 111 is supplied is connected to the first air introduction part 651A, and the supplied liquid fuel 111 is mixed with the primary air and supplied to the burner main body part 651 to be sufficiently vaporized. And burned. As a connection structure of the liquid fuel supply pipe 651C, it is preferable that the liquid fuel supply pipe 651C is connected to a bent portion of the first air introduction portion 651A formed to be bent in a substantially L shape. Further, the burner body 651 is provided with a preheating electric heater 651D for evaporating the liquid fuel 111 and an ignition electrode (not shown). Note that the preheating electric heater 651D is used only at the time of start-up, and once combustion is started, heat for evaporating the liquid fuel 111 is obtained from the surroundings, so that the energization to the preheating electric heater 651D is turned off. The
The burner unit 151 is supported such that the mounting flange 651E provided in a bowl shape on the burner main body 651 further overlaps the burner connecting flange 612C of the overlapping upper case 612 and the support flange 621C of the combustion chamber 621, A mounting bolt 612D is screwed. In this state, the upper end portion of the upper case 612 of the reformed exterior case 610 is closed, and the burner unit 151 is integrally provided.
The attached state of the burner unit 151 corresponds substantially to the upper end of the reforming vessel 622 while the lower end of the burner unit 652 is substantially located within the rectifying cylinder 621F2 of the flame rectifying unit 621F of the combustion chamber 621. Is in position.

改質容器622は、図2および図3に示すように、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体622Aおよび外側筒状体622Bを有し、これら内側筒状体622Aおよび外側筒状体622B間に略環状空間の改質室622Cを区画形成する略環状筒形状に形成され、上部ケース612内に位置する状態で配設されている。
また、改質容器622には、内側筒状体622Aおよび外側筒状体622Bの軸方向の一端側となる上端側に、略リング状に形成されて改質室622Cを区画する改質容器上閉塞板622Dが設けられている。さらに、改質容器622には、外側筒状体622Bの軸方向の他端側となる下端側に、周縁が外側筒状体622Bの下端部を嵌合して閉塞する略円板状の改質容器下閉塞板622Eが設けられている。
また、改質容器下閉塞板622Eには、周縁が内側筒状体622Aの下端部を嵌合し、改質容器下閉塞板622Eとにより内側筒状体622Aの下端部を閉塞する改質容器仕切板622Fが同心状に積層して一体的に設けられている。
そして、改質容器622の区画された改質室622C内には、改質触媒が充填されて改質触媒層622Gが形成されている。なお、改質触媒層622Gとして、軸方向の下端側に、アルミナ粒子が充填されて改質触媒層622Gを略均一に水蒸気混合ガスが流通する状態に充填層を設けるなどしてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the reforming container 622 has an inner cylindrical body 622A and an outer cylindrical body 622B having different diameters and substantially matching the central axis, and these inner cylindrical body 622A and outer cylindrical body 622A. It is formed in a substantially annular cylindrical shape that partitions and forms a reforming chamber 622 </ b> C having a substantially annular space between the shaped bodies 622 </ b> B, and is disposed in a state of being located in the upper case 612.
Further, the reforming vessel 622 is formed on a reforming vessel that is formed in a substantially ring shape and partitions the reforming chamber 622C on the upper end side that is one end side in the axial direction of the inner cylindrical body 622A and the outer cylindrical body 622B. A closing plate 622D is provided. Further, the reforming vessel 622 has a substantially disc-shaped modification whose peripheral edge fits and closes the lower end portion of the outer cylindrical body 622B on the lower end side which is the other end side in the axial direction of the outer cylindrical body 622B. A quality container lower closing plate 622E is provided.
The reforming container lower closing plate 622E is fitted with the lower end portion of the inner cylindrical body 622A at the periphery, and the reforming container lower closing plate 622E closes the lower end portion of the inner cylindrical body 622A. Partition plates 622F are provided integrally and concentrically.
The reforming chamber 622C defined by the reforming vessel 622 is filled with a reforming catalyst to form a reforming catalyst layer 622G. In addition, as the reforming catalyst layer 622G, a packed bed may be provided on the lower end side in the axial direction so that alumina particles are filled and the steam mixed gas flows through the reforming catalyst layer 622G substantially uniformly.

さらに、改質容器622には、内側筒状体622Aの下端部の内周側を閉塞して取り付けられ、改質容器622の内周側に燃焼室部621を内包する加熱室622Hを区画する加熱室区画板622Iが設けられている。この加熱室区画板622Iには、一面側となる上面側の略中央には、先端部の外周面に雄ねじ622J1が設けられた連結ねじ部622Jが一体的に突設されている。
また、加熱室区画板622Iの上面側には、図2に示すように、連結ねじ部を嵌挿する状態に扁平リング状に形成された耐火断熱材622Kが配設されている。なお、耐火断熱材622Kは、連結ねじ部622Jの雄ねじ622J1が突出する状態に配設、すなわち加熱室区画板622Iより下面側の温度が所定温度、例えば500℃程度を超えない温度にするための耐火断熱材622Kが配設された状態でも、連結ねじ部622Jの雄ねじ622J1が突出する状態に連結ねじ部622Jが形成されている。
さらに、連結ねじ部622Jには、整流管622Lが連結されている。整流管622Lは、図2および図6に示すように、軸方向の一端が閉塞板622L1にて略閉塞された略有底円筒状に形成されている。この整流管622Lは、軸方向が改質触媒層622Gに略対応する長さ寸法で、外径が燃焼室部621の燃焼筒部621Aの内径より径小で、外周面が燃焼筒部621Aの内周面に所定の間隙を介して対向する状態に形成されている。そして、整流管622Lの閉塞板622L1の略中央には、連結ねじ部622Jの雄ねじ622J1が嵌挿されて図示しないナットが螺着される雄ねじ嵌挿孔622L2が設けられている。さらに、整流管622Lには、外周面に細長鋼材にて中心軸に対して螺旋状に配設された乱流部622L3が一体的に設けられている。この乱流部622L3は、燃焼筒部621Aの内周面に当接することなく、かつ、整流管622Lの外周面と燃焼筒部621Aの内周面との間を流通するバーナユニット151の燃焼ガスが、中心軸に対して螺旋状に流通する状態に形成されている。なお、図6は、説明の都合上、1本の細長鋼材にて形成した乱流部622L3を示すが、複数本に形成したり、例えば断面が波形状となるように整流管622Lの外周面から突出、あるいはリブ状に膨出する状態に設けたり、これらと細長鋼材との組み合わせなど、各種形状に形成できる。
なお、整流管622Lの閉塞板622L1は、バーナユニット151の燃焼ガスが流通不可能な板状を例示して説明するが、例えば、燃焼ガスの一部を流通可能な孔を有したもの、メッシュ状のものなど、各種形態とすることができる。すなわち、閉塞板622L1は、整流管622L内をバーナユニット151側から他端側へ流れようとする燃焼ガスに対して流通抵抗を付し、バーナユニット151からの燃焼ガスの少なくとも一部が整流管622Lの外周側と、燃焼筒部621Aの内周側との間を流れるように機能する。したがって、完全に閉塞されていることが好ましいが、整流管622Lと燃焼筒部621Aとの間の流通抵抗の大きさや、整流管622Lや燃焼筒部621Aの加熱度合いなどに応じて、燃焼ガスの一部が閉塞板622L1を通過可能な孔などを設けるようにしてもよい。
そして、燃焼筒部621Aおよび整流管622Lにより、バーナユニット151の燃焼ガスは、整流管622L内から整流管622Lの外周面および燃焼筒部621Aの内周面間を流過する。さらに、燃焼ガスは、燃焼筒部621Aの外周面と改質容器622の内側筒状体622Aの内周面との間から、改質容器622の外側筒状体622Bの外周面と上部ケース612の内周面との間を通って、下部ケース611の内面側と支持台座部613の上面側との間に流れる。
Further, the reforming vessel 622 is attached by closing the inner peripheral side of the lower end portion of the inner cylindrical body 622A, and defines a heating chamber 622H containing the combustion chamber portion 621 on the inner peripheral side of the reforming vessel 622. A heating chamber partition plate 622I is provided. In the heating chamber partition plate 622I, a connecting screw portion 622J having a male screw 622J1 provided on the outer peripheral surface of the tip portion is integrally protruded at a substantially center on the upper surface side which is one surface side.
Further, as shown in FIG. 2, a refractory heat insulating material 622K formed in a flat ring shape is provided on the upper surface side of the heating chamber partition plate 622I so as to fit the connecting screw portion. The refractory heat insulating material 622K is arranged in a state in which the male screw 622J1 of the connecting screw portion 622J protrudes, that is, the temperature on the lower surface side of the heating chamber partition plate 622I is set to a temperature that does not exceed a predetermined temperature, for example, about 500 ° C. Even in the state where the refractory heat insulating material 622K is disposed, the connecting screw portion 622J is formed in a state where the male screw 622J1 of the connecting screw portion 622J protrudes.
Further, a rectifying pipe 622L is connected to the connecting screw portion 622J. As shown in FIGS. 2 and 6, the rectifying pipe 622L is formed in a substantially bottomed cylindrical shape in which one end in the axial direction is substantially closed by a closing plate 622L1. The rectifying pipe 622L has a length dimension in which the axial direction substantially corresponds to the reforming catalyst layer 622G, the outer diameter is smaller than the inner diameter of the combustion cylinder part 621A of the combustion chamber part 621, and the outer peripheral surface of the combustion cylinder part 621A. It is formed so as to face the inner peripheral surface with a predetermined gap. A male screw insertion hole 622L2 into which a male screw 622J1 of the connecting screw portion 622J is fitted and a nut (not shown) is screwed is provided at the approximate center of the closing plate 622L1 of the rectifying tube 622L. Further, the rectifying pipe 622L is integrally provided with a turbulent flow portion 622L3 arranged on the outer peripheral surface in a spiral shape with respect to the central axis by a long steel material. The turbulent flow part 622L3 does not contact the inner peripheral surface of the combustion cylinder part 621A, and the combustion gas of the burner unit 151 that circulates between the outer peripheral surface of the rectifying pipe 622L and the inner peripheral surface of the combustion cylinder part 621A. Is formed so as to circulate spirally with respect to the central axis. 6 shows the turbulent flow portion 622L3 formed of one elongated steel material for convenience of explanation. However, the outer peripheral surface of the rectifying tube 622L may be formed into a plurality of turbulent portions 622L3, for example, so that the cross section has a wave shape. It can be formed in various shapes, such as projecting from or extending in a rib shape, or a combination of these with a long steel material.
The closing plate 622L1 of the rectifying pipe 622L is described as an example of a plate shape in which the combustion gas of the burner unit 151 cannot flow. For example, a plate having a hole through which a part of the combustion gas can flow, mesh Various forms such as a shape can be used. That is, the closing plate 622L1 adds a flow resistance to the combustion gas that tends to flow from the burner unit 151 side to the other end side in the rectifying pipe 622L, and at least a part of the combustion gas from the burner unit 151 is rectified pipe. It functions to flow between the outer peripheral side of 622L and the inner peripheral side of the combustion cylinder portion 621A. Therefore, it is preferable that the gas is completely closed. However, the combustion gas may flow depending on the flow resistance between the rectifying pipe 622L and the combustion cylinder 621A, the degree of heating of the rectifying pipe 622L and the combustion cylinder 621A, and the like. You may make it provide the hole etc. which one part can pass through the obstruction | occlusion board 622L1.
The combustion cylinder portion 621A and the rectifying pipe 622L allow the combustion gas of the burner unit 151 to flow between the outer peripheral surface of the rectifying pipe 622L and the inner peripheral surface of the combustion cylinder portion 621A from within the rectifying pipe 622L. Further, the combustion gas flows between the outer peripheral surface of the outer cylindrical body 622B of the reforming vessel 622B and the upper case 612 from between the outer peripheral surface of the combustion cylindrical portion 621A and the inner peripheral surface of the inner cylindrical body 622A of the reforming vessel 622. Between the inner surface of the lower case 611 and the upper surface of the support pedestal 613.

さらに、改質容器622には、図2および図3に示すように、外側筒状体622Bの軸方向の上端側に位置して、リング状の保持リング部622Mが嵌合固定されている。この保持リング部622Mは、図7に示すように、内周側に向けて舌片状に突出し嵌挿保持孔622M1を有する複数の保持片部622M2が、周方向で略等間隔に複数突設されている。
さらに、改質容器622には、図2、図3および図7に示すように、外側筒状体622Bの外周面に、周方向で略等間隔、例えば3箇所で、かつ軸方向で所定間隔、例えば2箇所に位置決め突起部622Nが設けられている。これら位置決め突起部622Nは、先端が上部ケース612の内面にそれぞれ略当接し、改質容器622と上部ケース612とを略同軸上に位置する状態に位置決めする形状に設けられている。なお、位置決め突起部622Nは、例えば鋼板を折曲して鉛直方向における平面視で略三角形を構成する形状、すなわち、鉛直方向でのバーナユニット151の燃焼ガスが流通可能に形成している。そしてさらに、改質容器622には、改質触媒層622Gの温度を検出する図示しない温度センサが配設されるセンサ保護管622Oが、軸方向で3箇所設けられている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a ring-shaped holding ring portion 622 </ b> M is fitted and fixed to the reforming container 622 at the upper end side in the axial direction of the outer cylindrical body 622 </ b> B. As shown in FIG. 7, the holding ring portion 622 </ b> M has a plurality of holding piece portions 622 </ b> M <b> 2 projecting in a tongue-like shape toward the inner peripheral side and having fitting insertion holding holes 622 </ b> M <b> 1. Has been.
Further, as shown in FIGS. 2, 3 and 7, the reforming vessel 622 has a substantially equal interval in the circumferential direction, for example, three locations and a predetermined interval in the axial direction on the outer peripheral surface of the outer cylindrical body 622 </ b> B. For example, positioning protrusions 622N are provided at two locations. These positioning projections 622N are provided in a shape that positions the tip of the positioning container 622 and the upper case 612 so as to be positioned substantially coaxially with their tips substantially in contact with the inner surface of the upper case 612, respectively. The positioning protrusion 622N is formed, for example, such that a steel plate is bent to form a substantially triangular shape in plan view in the vertical direction, that is, the combustion gas of the burner unit 151 in the vertical direction can flow. Furthermore, the reforming vessel 622 is provided with three sensor protection pipes 622O provided with temperature sensors (not shown) for detecting the temperature of the reforming catalyst layer 622G in the axial direction.

また、改質容器622には、流通部622Pが設けられている。この流通部622Pは、改質容器622に原料ガスを流入させるとともに、生成した改質ガスを流出すなわち回収するものである。この流通部622Pは、図2および図3に示すように、供給管622Q1と、この供給管622Q1内に略同軸上に嵌挿された戻り管622Q2とを有し、改質容器622の軸方向の端部である下端に接続されて下部ケース611内に位置する二重管構造の複数の二重管部622Qを備えている。
供給管622Q1は、軸方向の一端となる上端が改質容器622の改質容器下閉塞板622Eの外周縁近傍、すなわち改質触媒層622Gに対応する位置に周方向で略等間隔に、内周側が改質触媒層622Gに連通する状態に複数配設されている。
戻り管622Q2は、軸方向の一端となる上端側が改質触媒層622Gを貫通して改質室622C内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能に開口し、改質容器622の保持リング部622Mの嵌挿保持孔622M1に嵌挿固定され、軸方向の他端が供給管622Q1から所定量で突出する状態に配設されている。
このように、二重管部622Qは、軸方向の一端が改質容器622の改質容器下閉塞板622Eの外周縁近傍、すなわち改質触媒層622Gに対応する位置に周方向で略等間隔に複数接続されている。なお、図7は、説明の都合上、二重管部622Qの戻り管622Q2を16本接続保持する構成を示すが、本発明は16本に限られるものではない。また、二重管部622Qとしては、3本以上32本以下で設けることが好ましい。
二重管部622Qが2本以下では、熱交換率が大幅に低下するとともに、流入する原料ガスが偏流し改質触媒との良好な接触効率が得られなくなり、効率よく良好に改質ガスを生成できなくなるおそれがある。一方、二重管部622Qが33本以上では、特に家庭用に用いる小型の改質ユニット300として構造が複雑となり、製造性が低下するおそれがある。このことにより、二重管部622Qは、3本以上32本以下が好ましい。
The reforming vessel 622 is provided with a circulation part 622P. The circulation unit 622P is configured to flow the raw material gas into the reforming vessel 622 and to flow out, that is, recover the generated reformed gas. As shown in FIGS. 2 and 3, the circulation part 622P has a supply pipe 622Q1 and a return pipe 622Q2 that is fitted into the supply pipe 622Q1 substantially coaxially, and is in the axial direction of the reforming vessel 622. A plurality of double pipe portions 622Q having a double pipe structure that is connected to the lower end of the lower case 611 and located in the lower case 611.
The supply pipe 622Q1 has an upper end that is one end in the axial direction, in the vicinity of the outer peripheral edge of the reforming vessel lower closing plate 622E of the reforming vessel 622, that is, at a position corresponding to the reforming catalyst layer 622G at an approximately equal interval in the circumferential direction. A plurality of circumferential sides are arranged in a state communicating with the reforming catalyst layer 622G.
The return pipe 622Q2 opens at the upper end side, which is one end in the axial direction, through the reforming catalyst layer 622G so that the reformed gas can flow into the upper end side, which is one end side in the axial direction in the reforming chamber 622C. The retaining ring portion 622M of the quality container 622 is inserted into and fixed to the fitting insertion holding hole 622M1, and the other end in the axial direction is disposed so as to protrude from the supply pipe 622Q1 by a predetermined amount.
Thus, the double pipe portion 622Q has one end in the axial direction in the vicinity of the outer peripheral edge of the reforming vessel lower closing plate 622E of the reforming vessel 622, that is, at a substantially equal interval in the circumferential direction at a position corresponding to the reforming catalyst layer 622G. Multiple connections to 7 shows a configuration in which 16 return pipes 622Q2 of the double pipe portion 622Q are connected and held for convenience of explanation, the present invention is not limited to 16. Further, it is preferable that the double pipe portion 622Q is provided with 3 or more and 32 or less.
When the number of the double pipe portions 622Q is two or less, the heat exchange rate is greatly reduced, and the inflowing raw material gas is drifted, so that a good contact efficiency with the reforming catalyst cannot be obtained. There is a risk that it cannot be generated. On the other hand, when the number of the double pipe portions 622Q is 33 or more, the structure becomes complicated as the small reforming unit 300 used particularly for home use, and the productivity may be lowered. Accordingly, the number of the double pipe portions 622Q is preferably 3 or more and 32 or less.

また、二重管部622Qの供給管622Q1における軸方向の他端となる下端には、図2および図3に示すように、略円板状の流通円板部622R1が設けられている。すなわち、流通円板部622R1の外周縁近傍に、周方向で略等間隔となる状態に、複数の供給管622Q1が接続されている。
さらに、二重管部622Qの戻り管622Q2における軸方向の他端となる下端には、略円板状の流通仕切部622R2が設けられている。この流通仕切部622R2は、周縁が流通円板部622R1の外周を略気密に嵌合する略円筒状に形成され、略中央が周縁と反対側に略円筒状に形成されている。また、流通仕切部622R2には、略中央を閉塞する仕切閉塞板622R3が一体的に設けられている。
そして、これら流通円板部622R1、流通仕切部622R2および仕切閉塞板622R3により、戻り管622Q2の外周面と供給管622Q1の内周面との間を介して改質触媒層622Gに連通する略柱状空間を区画形成する原料ガス供給部622Rが設けられる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a substantially disc-shaped flow disc portion 622R1 is provided at the lower end of the double pipe portion 622Q which is the other end in the axial direction of the supply pipe 622Q1. That is, a plurality of supply pipes 622Q1 are connected to the vicinity of the outer peripheral edge of the circulation disk portion 622R1 so as to be substantially equally spaced in the circumferential direction.
Furthermore, a substantially disc-shaped flow partitioning part 622R2 is provided at the lower end, which is the other end in the axial direction, of the return pipe 622Q2 of the double pipe part 622Q. The circulation partition 622R2 is formed in a substantially cylindrical shape having a peripheral edge that fits the outer periphery of the flow disk part 622R1 in a substantially airtight manner, and a substantially center is formed in a substantially cylindrical shape on the side opposite to the peripheral edge. In addition, a partition blocking plate 622R3 that closes substantially the center is integrally provided in the distribution partition portion 622R2.
Then, by these flow disk part 622R1, flow partition part 622R2 and partition closing plate 622R3, a substantially columnar shape communicating with the reforming catalyst layer 622G via the outer peripheral surface of the return pipe 622Q2 and the inner peripheral surface of the supply pipe 622Q1. A source gas supply unit 622R that partitions the space is provided.

さらに、仕切閉塞板622R3には、略中央近傍に位置して、原料ガス供給部622Rの内部空間に連通し、原料ガス供給部622Rへ水蒸気混合ガスを供給する原料ガス供給管622Sが接続されている。
原料ガス供給管622Sは、図2ないし図4に示すように、水蒸気混合手段としての気化器630を有している。この気化器630は、脱硫器130で脱硫された液体燃料111が供給される脱硫燃料供給管740(図11参照)が接続される液体燃料接続部631と、詳細は後述するCO変成器820およびCO選択酸化器830(図2および図11参照)の冷却により生成された水蒸気が供給される図示しない第一水蒸気供給管が接続される第一水蒸気接続部632A、および、熱交換装置640で生成された水蒸気が供給される図示しない第二水蒸気供給管が接続される第二水蒸気接続部632Bを有した水蒸気接続部632と、を有した略T管状に形成されている。すなわち、気化器630は、供給される液体燃料111と水蒸気とを合流させて混合させ、気化液体燃料を生成させる。
さらに、原料ガス供給管622Sには、原料ガス供給部622Rとの接続位置となる一端と気化器630との間に位置して、原料戻し管730(図11参照)が接続される原料戻し部622S2が設けられている。この原料戻し部622S2は、原料戻し管730における改質ユニット300外に延設された位置に設けられた図示しない安全弁の動作により、戻される気化液体燃料や改質ガス、あるいは生成された気化液体燃料を、原料戻し管730を介して改質ユニット300外へ流出させる。すなわち、安全弁は、通常時は閉止し、原料戻し管730の流れはなく、例えば改質触媒層622Gの閉塞などにより原料ガス供給部622R内の内圧が所定値以上に達すると、原料ガス供給部622R内の気化液体燃料ガスや改質ガスなどの気相成分などを原料ガス供給管622Sから原料戻し管730を経て改質ユニット300外へ流出させる動作をする。
なお、原料戻し管730は、流出させるものとして気相成分のみならず、例えば起動当初などで十分に加熱されずに水蒸気とならなかった純水181である液相分の凝縮水など、液相分も流出可能な構成となっている。また、流出される気化液体燃料など、改質ユニット300外へ気相成分の流出により気相成分から凝縮した成分は、別途設けられた受け部などに回収するとよい。そして、この受け部には、回収して凝縮した脱硫燃料である液体燃料111や水などが目視可能な窓を設けたり、センサなどにて回収した旨を検出可能としたりして、安全弁が機能したことを検出できるようにするとよい。なお、受け部は、気相成分の凝縮成分である液相分のみを貯溜する構成のみならず、気相成分自体をも貯留する構成としてもよい。
Furthermore, a raw material gas supply pipe 622S that is connected to the internal space of the raw material gas supply unit 622R and supplies the steam mixed gas to the raw material gas supply unit 622R is connected to the partition closing plate 622R3. Yes.
The source gas supply pipe 622S has a vaporizer 630 as a water vapor mixing means, as shown in FIGS. The vaporizer 630 includes a liquid fuel connection portion 631 to which a desulfurized fuel supply pipe 740 (see FIG. 11) to which the liquid fuel 111 desulfurized by the desulfurizer 130 is supplied, a CO converter 820 to be described in detail, and Generated by the first water vapor connection portion 632A to which a first water vapor supply pipe (not shown) to which water vapor generated by cooling of the CO selective oxidizer 830 (see FIGS. 2 and 11) is supplied and the heat exchange device 640 are supplied. A steam connection section 632 having a second steam connection section 632B to which a not-shown second steam supply pipe (not shown) is supplied is formed in a substantially T-tube shape. That is, the vaporizer 630 causes the supplied liquid fuel 111 and water vapor to merge and mix to generate vaporized liquid fuel.
Furthermore, the raw material return pipe 622S is connected between the vaporizer 630 and one end serving as a connection position with the raw material gas supply section 622R, and the raw material return pipe 730 (see FIG. 11) is connected. 622S2 is provided. This raw material return section 622S2 is returned by the operation of a safety valve (not shown) provided outside the reforming unit 300 in the raw material return pipe 730, or returned vaporized liquid fuel or reformed gas, or generated vaporized liquid. The fuel flows out of the reforming unit 300 through the raw material return pipe 730. That is, the safety valve is normally closed and there is no flow of the raw material return pipe 730. For example, when the internal pressure in the raw material gas supply unit 622R reaches a predetermined value or more due to the blocking of the reforming catalyst layer 622G, the raw material gas supply unit An operation is performed to cause gas phase components such as vaporized liquid fuel gas and reformed gas in 622R to flow out of the reforming unit 300 from the source gas supply pipe 622S through the source return pipe 730.
The raw material return pipe 730 is not only a gas phase component to be discharged, but also a liquid phase such as condensed water of a liquid phase that is pure water 181 that has not been sufficiently heated at the beginning of startup or the like to become water vapor. It is a structure that can also flow out. In addition, the component condensed from the gas phase component by the outflow of the gas phase component to the outside of the reforming unit 300 such as the vaporized liquid fuel to be discharged may be recovered in a receiving portion provided separately. The receiving part is provided with a window in which the liquid fuel 111, which is a desulfurized fuel that has been collected and condensed, water, etc. can be visually observed, or the fact that it has been recovered by a sensor or the like, and the safety valve functions. It is good to be able to detect what happened. Note that the receiving portion may be configured to store not only the liquid phase component that is a condensed component of the gas phase component but also the gas phase component itself.

ここで、原料ガス供給管622Sの気化器630の液体燃料接続部631の内径Aと、安全弁により戻される原料ガス供給管622Sから原料戻し管730への流路の内径Bとの関係は、B/A=1〜15に設定することが好ましい。ここで、B/A<1の関係となると、原料ガス供給部622R内の圧力が良好に下がらなくなるおそれがある。一方、B/A>15の関係としても気化液体燃料などの流出抵抗の低減が望めず、装置が大型化する不都合が生じるおそれがある。このため、B/A=1〜15に設定することが好ましい。また、液体燃料接続部631の断面積Cと、原料ガス供給管622Sから原料戻し管730への流路の断面積Dとの関係は、D/C=1〜220に設定することが好ましい。この断面積の関係についても同様に、気化液体燃料などの流出抵抗と、装置の大型化の観点とから、D/C=1〜220に設定されることが好ましい。なお、本実施例における家庭用の燃料電池システム100においては、B/A=2.0、D/C=4.0に設定している。   Here, the relationship between the inner diameter A of the liquid fuel connection portion 631 of the vaporizer 630 of the raw material gas supply pipe 622S and the inner diameter B of the flow path from the raw material gas supply pipe 622S to the raw material return pipe 730 returned by the safety valve is B It is preferable to set / A = 1-15. Here, if the relationship of B / A <1 is satisfied, the pressure in the source gas supply unit 622R may not be satisfactorily reduced. On the other hand, even if the relationship of B / A> 15 is satisfied, it is not possible to reduce the outflow resistance of the vaporized liquid fuel and the like, and there is a possibility that the apparatus becomes large. For this reason, it is preferable to set B / A = 1-15. The relationship between the cross-sectional area C of the liquid fuel connection portion 631 and the cross-sectional area D of the flow path from the raw material gas supply pipe 622S to the raw material return pipe 730 is preferably set to D / C = 1 to 220. Similarly, the relationship between the cross-sectional areas is preferably set to D / C = 1 to 220 from the viewpoint of outflow resistance of vaporized liquid fuel and the like, and from the viewpoint of increasing the size of the apparatus. In the household fuel cell system 100 in this embodiment, B / A = 2.0 and D / C = 4.0 are set.

さらに、原料ガス供給部622Rを構成する流通仕切部622R2には、図2および図3に示すように、周縁が流通仕切部622R2の外周を嵌合する略円筒状に形成され、略中央に流通仕切部622R2の略円筒状に形成された内周縁を嵌合する略円筒状に形成された仕切筒状部622T1が設けられている。この仕切筒状部622T1は、改質外装ケース610の支持台座部613の仕切底部613Bに積層されて仕切底部613Bの内周縁を閉塞する状態に、支持台座部613に一体的に溶接などにより取り付けられる。
そして、仕切筒状部622T1と、流通仕切部622R2とにより、戻り管622Q2に連通する略環状空間を区画形成し、改質触媒層622Gで改質されて生成され戻り管622Q2を流通する改質ガスが流入される改質ガス流出部622Tが設けられる。
また、仕切筒状部622T1には、支持台座部613の仕切底部613Bの内周縁より中心側に位置して、改質ガス流出部622Tを仕切筒状部622T1の外部へ連通させる改質ガス排出管部622T2が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the circulation partition 622R2 constituting the source gas supply unit 622R is formed in a substantially cylindrical shape that fits the outer periphery of the circulation partition 622R2, and is distributed substantially in the center. A partition cylindrical portion 622T1 formed in a substantially cylindrical shape that fits an inner peripheral edge formed in a substantially cylindrical shape of the partition portion 622R2 is provided. The partition cylindrical portion 622T1 is laminated on the partition bottom portion 613B of the support base portion 613 of the reformed exterior case 610 and attached to the support base portion 613 by welding or the like so as to close the inner peripheral edge of the partition bottom portion 613B. It is done.
The partition tubular portion 622T1 and the flow partition 622R2 define a substantially annular space communicating with the return pipe 622Q2, and reformed by the reforming catalyst layer 622G and generated through the return pipe 622Q2. A reformed gas outflow portion 622T into which gas is introduced is provided.
Further, the partition tubular portion 622T1 is positioned closer to the center side than the inner peripheral edge of the partition bottom portion 613B of the support pedestal 613, and the reformed gas discharge that communicates the reformed gas outflow portion 622T to the outside of the partition tubular portion 622T1. A tube portion 622T2 is provided.

熱交換装置640は、二重管構造に構成されている。この熱交換装置640は、図2、図3および図8に示すように、純水181が流通される改質水内管641と、この改質水内管641を嵌挿する排気風路外管642と、を備えている。
排気風路外管642は、軸方向の一端が開放され、軸方向の他端が支持台座部613の熱交換孔613Dに溶接などにより嵌合固定され、下部ケース611の内径より径小の所定の曲率半径で螺旋状に形成されている。すなわち、排気風路外管642は、支持台座部613の上面側および下面側を連通する状態に配設され、改質器620の加熱室622Hを流通するバーナユニット151にて燃焼された燃焼ガスが、支持台座部613の上面側から排気風路外管642内を介して支持台座部613の下面側に流通する状態となっている。そして、排気風路外管642は、図2および図3に示すように、例えば鋼板にて略鼓状に形成されたスペーサ642Aが外在されて所定の間隔で螺旋形状が維持されている。
改質水内管641は、軸方向の一端側が排気風路外管642の開放する一端から延出するとともに、軸方向の他端側が支持台座部613に接続する排気風路外管642の他端から延出して、排気風路外管642内に嵌挿されて配設されている。なお、詳細は後述するが、純水181と燃焼ガスとの熱交換効率の点で、改質水内管641は略同軸上に排気風路外管642内に嵌挿されて配設することが好ましいが、同軸上に位置させるための配管やスペーサなどの別部材を設けるなどの点で、単に嵌挿して配設する構成でよい。そして、改質水内管641は、詳細は後述するが、熱交換により発生する水蒸気の流出側に相当する端部となる軸方向の一端側が、支持台座部613を貫通して支持台座部613の下面側に延出する状態に配設されている。なお、改質水内管641の支持台座部613の貫通部分、すなわち改質水内管641に接続される図示しない蒸気接続管の支持台座部613の貫通部分は、略気密に溶接やロウ付けなどによりシールされる。また、改質水内管641における支持台座部613の下面側に延出する軸方向の他端側には、改質水としての純水181が供給される改質水供給管720(図11参照)が接続され、改質水内管641内に純水181が流通される。またその他端である、改質水内管641の支持台座部613の下面側に延出する先端部には、改質器620に設けられた原料ガス供給管622Sの気化器630における第二水蒸気接続部632Bに接続される図示しない第二水蒸気供給管が接続されている。すなわち、改質水内管641は、排気風路外管642内を流通するバーナユニット151による燃焼ガスの流通により、純水181が熱交換されて水蒸気を生成し、この生成した水蒸気を気化器630へ第二水蒸気供給管を介して供給する。
The heat exchange device 640 has a double tube structure. As shown in FIGS. 2, 3, and 8, the heat exchange device 640 includes a reformed water inner pipe 641 through which pure water 181 is circulated, and an outside of the exhaust air passage into which the reformed water inner pipe 641 is inserted. A tube 642.
The exhaust air duct outer pipe 642 has one end in the axial direction opened, the other end in the axial direction is fitted and fixed to the heat exchange hole 613D of the support base 613 by welding or the like, and has a predetermined diameter smaller than the inner diameter of the lower case 611. It is formed in a spiral shape with a curvature radius of. That is, the exhaust air duct outer pipe 642 is disposed in a state where the upper surface side and the lower surface side of the support pedestal portion 613 communicate with each other, and the combustion gas burned in the burner unit 151 that circulates through the heating chamber 622H of the reformer 620. However, it is the state which distribute | circulates from the upper surface side of the support base part 613 to the lower surface side of the support base part 613 via the inside of the exhaust air path outer tube | pipe 642. As shown in FIGS. 2 and 3, the exhaust air duct outer tube 642 is provided with a spacer 642 </ b> A formed in a substantially drum shape, for example, with a steel plate, and maintains a spiral shape at a predetermined interval.
The reformed water inner pipe 641 has one end side in the axial direction extending from one end where the exhaust air path outer pipe 642 opens, and the other end side in the axial direction is connected to the support base 613 in addition to the exhaust air path outer pipe 642. It extends from the end and is fitted and disposed in the exhaust air duct outer tube 642. Although details will be described later, in terms of heat exchange efficiency between pure water 181 and the combustion gas, the reformed water inner pipe 641 is substantially coaxially fitted into the exhaust air duct outer pipe 642 and disposed. However, a configuration in which a separate member such as a pipe or a spacer for positioning on the same axis is provided may be used. Although the details of the reformed water pipe 641 will be described later, one end side in the axial direction, which is an end corresponding to the outflow side of water vapor generated by heat exchange, passes through the support pedestal 613, and the support pedestal 613. It is arrange | positioned in the state extended to the lower surface side. Note that the penetration portion of the support pedestal 613 of the reformed water inner pipe 641, that is, the penetration portion of the support pedestal 613 of a steam connection pipe (not shown) connected to the reformed water inner pipe 641, is welded or brazed substantially airtightly. It is sealed by etc. Also, the reformed water supply pipe 720 to which pure water 181 as reformed water is supplied to the other end side in the axial direction extending to the lower surface side of the support pedestal 613 in the reformed water inner pipe 641 (FIG. 11). The pure water 181 is circulated in the reformed water inner pipe 641. The other end, which is the tip of the reformed water inner pipe 641 extending to the lower surface side of the support pedestal 613, is the second water vapor in the vaporizer 630 of the source gas supply pipe 622S provided in the reformer 620. A second water vapor supply pipe (not shown) connected to the connection portion 632B is connected. That is, the reformed water inner pipe 641 generates steam by exchanging heat of the pure water 181 by the flow of the combustion gas by the burner unit 151 flowing through the exhaust air duct outer pipe 642, and the generated steam is vaporized. It supplies to 630 via a 2nd water vapor | steam supply pipe | tube.

改質ユニット300の配管部700は、図2ないし図4に示すように、配管外装ケース710を備えている。この配管外装ケース710は、配管覆い部711と、連結筒部712と、を備えている。
配管覆い部711は、図2ないし図4、図9および図10に示すように、改質外装ケース610の下部ケース611と略同径の円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。この配管覆い部711は、軸方向の一端である上端側が、改質部600の支持台座部613の底接合部613Aを嵌合して溶接やロウ付けなどにより一体的に連結される。そして、配管覆い部711には、図11に示すように、改質水供給管720、原料戻し管730、脱硫燃料供給管740、空気供給管750、燃料ガス流出管760および冷却水管770がそれぞれ嵌挿される配管孔711A,711B,711C,711D,711E,711Fが穿設されている。また、配管覆い部711には、内包に膨出する位置決めダボ711Gが周方向で複数、例えば4箇所設けられている。
連結筒部712は、軸方向の一端側である上端側が配管覆い部711の軸方向の他端である下端側に嵌合可能な径寸法の略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。また、連結筒部712の軸方向の他端側は、若干縮径する状態に形成されている。そして、連結筒部712には、軸方向の上端縁に配管覆い部711の位置決めダボ711Gが係合して位置決めされる凹状に切欠形成された係合凹部712Aが位置決めダボ711Gに対応して複数、例えば4箇所設けられている。そして、連結筒部712は、軸方向の上端側が配管覆い部711に嵌合して位置決めダボ711Gに係合凹部712Aが係合し位置決めされて溶接などにより、配管覆い部711から軸方向の他端側が露出する状態に連結される。さらに、連結筒部712には、配管覆い部711から露出する軸方向の他端側となる下端部には、連結取付部材としての図示しない例えばねじ部材が螺着される連結雌ねじ孔712Bが複数設けられている。
The piping unit 700 of the reforming unit 300 includes a piping outer case 710 as shown in FIGS. The pipe outer case 710 includes a pipe covering part 711 and a connecting cylinder part 712.
As shown in FIGS. 2 to 4, 9, and 10, the pipe covering portion 711 is formed in a cylindrical shape having substantially the same diameter as the lower case 611 of the reformed exterior case 610, more specifically, a steel plate that is a pipe material It is formed using the plate winding tube. The upper end side, which is one end in the axial direction, of the pipe covering portion 711 is integrally connected by fitting the bottom joint portion 613A of the support pedestal portion 613 of the reforming portion 600 by welding or brazing. The pipe cover 711 includes a reformed water supply pipe 720, a raw material return pipe 730, a desulfurized fuel supply pipe 740, an air supply pipe 750, a fuel gas outflow pipe 760, and a cooling water pipe 770, as shown in FIG. Pipe holes 711A, 711B, 711C, 711D, 711E, and 711F to be inserted are drilled. In addition, a plurality of, for example, four, positioning dowels 711G that bulge into the inner package are provided in the pipe covering portion 711 in the circumferential direction.
The connecting cylinder portion 712 is formed in a substantially cylindrical shape having a diameter dimension that can be fitted to the lower end side, which is the other end in the axial direction of the pipe covering portion 711, and more specifically, a pipe material. It is formed using a sheet-wound tube of a certain steel plate. Further, the other end side in the axial direction of the connecting tube portion 712 is formed in a state of being slightly reduced in diameter. The connecting cylinder portion 712 includes a plurality of engaging recesses 712 </ b> A formed in a recessed shape that are positioned by engaging the positioning dowels 711 </ b> G of the pipe covering portion 711 with the upper end edge in the axial direction corresponding to the positioning dowels 711 </ b> G. For example, four places are provided. Then, the connecting cylinder portion 712 is fitted to the pipe covering portion 711 at the upper end side in the axial direction, the engaging recess 712A is engaged with the positioning dowel 711G and positioned, and the other portion in the axial direction is connected from the pipe covering portion 711 by welding or the like. It is connected so that the end side is exposed. Further, the connecting tube portion 712 has a plurality of connecting female screw holes 712B into which, for example, a screw member (not shown) as a connecting mounting member is screwed at the lower end on the other end side in the axial direction exposed from the pipe covering portion 711. Is provided.

CO除去部800は、図2に示すように、CO除去外装ケース810と、このCO除去外装ケース810内に配設されるCO変成器820およびCO選択酸化器830と、を備えている。そして、改質外装ケース610と、配管外装ケース710と、CO除去外装ケース810とにより、本発明の筐体が構成される。
CO除去外装ケース810は、図2および図12に示すように、改質外装ケース610の下部ケース611および配管外装ケース710の配管覆い部711と略同径の略円筒状の下部胴体部811を有している。この下部胴体部811は、例えば鋼板などにて略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。このCO除去外装ケース810と、上述した改質外装ケース610および配管外装ケース710とにより、ユニット本体部400の外装ケースが構成される。
As shown in FIG. 2, the CO removal unit 800 includes a CO removal outer case 810, and a CO converter 820 and a CO selective oxidizer 830 disposed in the CO removal outer case 810. The reformed outer case 610, the pipe outer case 710, and the CO removal outer case 810 constitute the casing of the present invention.
As shown in FIGS. 2 and 12, the CO removal outer case 810 includes a substantially cylindrical lower body portion 811 having substantially the same diameter as the lower case 611 of the reforming outer case 610 and the pipe covering portion 711 of the pipe outer case 710. Have. The lower body portion 811 is formed, for example, in a substantially cylindrical shape using a steel plate or the like, and more specifically, is formed using a sheet-wound tube of a steel plate that is a tube material. The CO removal exterior case 810, the above-described modified exterior case 610, and the piping exterior case 710 constitute an exterior case of the unit main body 400.

下部胴体部811の軸方向の一端側となる上端側には、配管外装ケース710の連結筒部712の連結雌ねじ孔712Bに対応してねじ止めされる連結ねじ孔811Aが設けられている。この下部胴体部811と、連結筒部712との接合部分は、例えば耐熱コーキング材などにてシールすることが好ましい。さらに、下部胴体部811の軸方向の他端側となる下端側には、ねじ貫通孔811Bが複数設けられている。また、下部胴体部811の軸方向の下端側には、内部を外部に連通させる排ガス口811Cが開口形成されている。
また、下部胴体部811の下端側には、外周面に外方へ鍔状に突出し断熱部500を載置支持する断熱材支持部812が設けられている。この断熱材支持部812は、内径が下部胴体部811の外径と略同寸法の取付筒状部812Aと、この取付筒状部812Aの軸方向の一端となる上端に外方に向けてフランジ状に突出するフランジ部812Bと、このフランジ部812Bの外周縁に取付筒状部812Aに対して反対側に円筒状で取付筒状部812Aと略同軸上に形成された円筒保持部812Cとを有している。そして、断熱材支持部812は、図2に示すように、下部胴体部811のねじ貫通孔811Bに対応して取付筒状部812Aに設けられたねじ嵌挿孔812A1に取付部材としての図示しないねじが嵌挿されて下部胴体部811に一体的に取り付けられている。この取り付けられた状態では、断熱材支持部812のフランジ部812Bが下部胴体部811の排ガス口811Cの開口縁に略一致する状態となっている。また、断熱材支持部812の円筒保持部812Cには、図12に示すように、下部胴体部811の排ガス口811Cに軸方向の一端が例えば溶接やロウ付けなどにより取り付けられ下部胴体部811内の排ガスを排ガス口811Cから改質ユニット300外へ排気させる排ガス管840が係合可能に切欠形成された切欠部812C1が設けられている。
また、下部胴体部811の軸方向の他端側となる下端側には、図2に示すように、例えば鋼板などにて略円板状に形成された底板部813が設けられている。この底板部813は、略円板状の底板813Aと、この底板813Aの周縁から外径が下部胴体部811の内径と略同寸法の円筒状に一連に形成された底板連結部813Bとを有している。そして、底板部813の底板連結部813Bには、下部胴体部811のねじ貫通孔811Bに対応しねじ貫通孔811Bに貫通されるねじが螺着される取付雌ねじ孔813B1が設けられ、底板部813は下部胴体部811の下端側を閉塞する状態に取り付けられる。さらに、底板部813の底板813Aには、詳細は後述する温度センサが配設されるCO変成用センサ保護管825(図14参照)およびCO選択酸化用センサ保護管835(図17参照)がそれぞれ貫通される2つの図示しないセンサ用貫通孔が設けられている。
さらに、底板部813の底板813Aの上面には、図2に示すように、CO変成器820およびCO選択酸化器830を位置決め載置保持する位置決め保持台座部814が設けられている。この位置決め保持台座部814には、上端縁にCO変成器820およびCO選択酸化器830がそれぞれ係合される2対の切欠凹部814Aが設けられている。
さらに、底板部813の底板813Aには、改質外装ケース610の支持台座部613の支柱取付ねじ孔に対応して図示しない支柱ねじ孔が設けられている。そして、底板部813と改質外装ケース610の支持台座部613との間には、図2および図11に示すように、長手方向の両端部がそれぞれ支柱ねじ孔および支持台座部613の支柱取付ねじ孔613Eにねじ止めされ、底板部813と支持台座部613とを連結する複数、例えば3つの支柱部815が取り付けられている。
A connecting screw hole 811 </ b> A that is screwed corresponding to the connecting female screw hole 712 </ b> B of the connecting tube portion 712 of the pipe exterior case 710 is provided on the upper end side that is one end side in the axial direction of the lower body portion 811. The joint portion between the lower body portion 811 and the connecting tube portion 712 is preferably sealed with, for example, a heat-resistant caulking material. Further, a plurality of screw through holes 811B are provided on the lower end side which is the other end side in the axial direction of the lower body portion 811. In addition, an exhaust gas port 811 </ b> C that communicates the inside with the outside is formed in the lower end side in the axial direction of the lower body portion 811.
In addition, on the lower end side of the lower body portion 811, a heat insulating material support portion 812 that protrudes outward in a bowl shape on the outer peripheral surface and places and supports the heat insulating portion 500 is provided. The heat insulating material support portion 812 has an attachment cylindrical portion 812A whose inner diameter is substantially the same as the outer diameter of the lower body portion 811, and an outward flange at an upper end that is one end in the axial direction of the attachment cylindrical portion 812A. And a cylindrical holding portion 812C formed on the outer peripheral edge of the flange portion 812B in a cylindrical shape on the opposite side to the mounting cylindrical portion 812A and substantially coaxial with the mounting cylindrical portion 812A. Have. As shown in FIG. 2, the heat insulating material support portion 812 is not shown as a mounting member in a screw fitting insertion hole 812A1 provided in the mounting cylindrical portion 812A corresponding to the screw through hole 811B of the lower body portion 811. A screw is inserted and attached to the lower body portion 811 integrally. In this attached state, the flange portion 812B of the heat insulating material support portion 812 is in a state that substantially coincides with the opening edge of the exhaust gas port 811C of the lower body portion 811. In addition, as shown in FIG. 12, one end in the axial direction is attached to the exhaust port 811C of the lower body part 811 in the cylindrical holding part 812C of the heat insulating material support part 812, for example, by welding or brazing. The exhaust gas pipe 840 that exhausts the exhaust gas from the exhaust gas port 811C to the outside of the reforming unit 300 is provided with a notch 812C1 that is formed to be engageable.
Further, as shown in FIG. 2, a bottom plate portion 813 formed in a substantially disc shape with a steel plate or the like is provided on the lower end side which is the other end side in the axial direction of the lower body portion 811. The bottom plate portion 813 includes a substantially disc-shaped bottom plate 813A and a bottom plate connecting portion 813B formed in a series of cylinders whose outer diameter is substantially the same as the inner diameter of the lower body portion 811 from the periphery of the bottom plate 813A. is doing. The bottom plate connecting portion 813B of the bottom plate portion 813 is provided with a mounting female screw hole 813B1 corresponding to the screw through hole 811B of the lower body portion 811 and screwed into the screw through hole 811B. Is attached in a state of closing the lower end side of the lower body portion 811. Further, the bottom plate 813A of the bottom plate portion 813 includes a CO conversion sensor protection tube 825 (see FIG. 14) and a CO selective oxidation sensor protection tube 835 (see FIG. 17) in which a temperature sensor, which will be described in detail later, is provided. Two sensor through-holes (not shown) to be penetrated are provided.
Further, as shown in FIG. 2, a positioning and holding base portion 814 for positioning and holding the CO transformer 820 and the CO selective oxidizer 830 is provided on the upper surface of the bottom plate 813 </ b> A of the bottom plate portion 813. The positioning holding base portion 814 is provided with two pairs of notch recesses 814A to which the CO transformer 820 and the CO selective oxidizer 830 are respectively engaged at the upper end edge.
Further, the bottom plate 813A of the bottom plate portion 813 is provided with a column screw hole (not shown) corresponding to the column mounting screw hole of the support base portion 613 of the modified exterior case 610. Between the bottom plate portion 813 and the support base portion 613 of the modified exterior case 610, as shown in FIGS. 2 and 11, both end portions in the longitudinal direction are column screw holes and column attachments of the support base portion 613, respectively. A plurality of, for example, three support columns 815, which are screwed into the screw holes 613E and connect the bottom plate portion 813 and the support base portion 613, are attached.

CO変成器820は、図2および図13ないし図15に示すように、中空の略矩形状に形成されたケース体としてのCO変成容器821を有している。
CO変成容器821は、図13ないし図15に示すように、一面が開口する略箱状のCO変成容器本体部821Aと、このCO変成容器本体部821Aの一面を閉塞して例えば溶接やロウ付けなどにより取り付けられるCO変成容器蓋部821Bとを有している。CO変成容器蓋部821Bには、改質容器622の流通部622Pの改質ガス排出管部622T2に連結され、改質ガス排出管部622T2から供給される改質ガスをCO変成容器821内へ供給する図示しない流入口に連結する改質ガス流入管821A1が、一縁となる上縁近傍の略中央に設けられている。また、CO変成容器蓋部821Bには、CO変成容器本体部821Aの改質ガス流入管821A1が設けられる側に対して反対側となる下縁近傍の略中央に、内部に流入された改質ガスを排出する流出口としての改質ガス流出口821B1が開口形成されている。さらに、CO変成容器蓋部821Bの略中央には、補強用板金821B2が設けられている。なお、補強用板金821B2を設ける構成に限らず、例えば、CO変成容器本体部821Aと接合させる周縁以外の部分を波形状などの凹凸状に形成するなど、各種補強の構成を適用できる。
そして、CO変成容器821内には、改質ガス流入管821A1に連通する拡散領域としてのガス拡散領域823Aと、改質ガス流出口821B1に連通する収束領域としてのガス収束領域823Bと、ガス拡散領域823Aおよびガス収束領域823Bとの間に燃料ガスが連通可能に区画されCO変成触媒が充填されてCO変成触媒層822を形成する反応領域としてのCO変成反応領域823Cと、が互いに燃料ガスを流通可能に区画形成されている。これらガス拡散領域823A、ガス収束領域823BおよびCO変成反応領域823Cは、例えばメッシュ状に形成された一対のCO変成区画板823Dにより区画形成される。なお、CO変成区画板823Dは、メッシュ状部材にて形成する構成のほか、鋼板に複数の孔が設けられたものなど、燃料ガスが流通可能ないずれの構成を適用できる。さらには、CO変成区画板823Dを用いずにアルミナ粒子などをガス拡散領域823Aやガス収束領域823Bに対応する部分に充填するなどしてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 13 to 15, the CO converter 820 includes a CO conversion container 821 as a case body formed in a hollow, substantially rectangular shape.
As shown in FIGS. 13 to 15, the CO conversion container 821 has a substantially box-shaped CO conversion container main body part 821A that is open on one surface, and one surface of the CO conversion container main body part 821A is closed, for example, by welding or brazing. And a CO conversion container lid 821B attached by, for example. The CO conversion container lid part 821B is connected to the reformed gas discharge pipe part 622T2 of the flow part 622P of the reforming container 622, and the reformed gas supplied from the reformed gas discharge pipe part 622T2 enters the CO conversion container 821. A reformed gas inflow pipe 821A1 connected to an inflow port (not shown) to be supplied is provided at substantially the center in the vicinity of the upper edge serving as one edge. Further, the CO conversion container lid 821B has a reformed gas that flows into the CO conversion container main body 821A at a substantially central position near the lower edge opposite to the side where the reformed gas inflow pipe 821A1 is provided. A reformed gas outlet 821B1 is formed as an outlet for discharging the gas. Further, a reinforcing sheet metal 821B2 is provided at substantially the center of the CO conversion container lid 821B. Note that the configuration is not limited to the configuration in which the reinforcing sheet metal 821B2 is provided, and various types of reinforcement configurations can be applied, for example, a portion other than the peripheral edge to be joined to the CO conversion container main body 821A is formed in an uneven shape such as a wave shape.
In the CO conversion vessel 821, a gas diffusion region 823A serving as a diffusion region communicating with the reformed gas inflow pipe 821A1, a gas converging region 823B serving as a converging region communicating with the reformed gas outlet 821B1, and gas diffusion A CO shift reaction region 823C as a reaction region in which the fuel gas is partitioned between the region 823A and the gas converging region 823B so that the fuel gas can communicate and is filled with the CO shift catalyst layer 822 to form the CO shift catalyst layer 822. Compartments are formed to allow distribution. The gas diffusion region 823A, the gas converging region 823B, and the CO shift reaction region 823C are partitioned by a pair of CO shift partition plates 823D formed in a mesh shape, for example. In addition to the structure formed with a mesh-like member, the CO-transformation partition plate 823D can be applied with any structure that allows fuel gas to flow, such as a steel plate having a plurality of holes. Furthermore, alumina particles or the like may be filled in portions corresponding to the gas diffusion region 823A and the gas convergence region 823B without using the CO-transforming partition plate 823D.

さらに、CO変成容器821内には、螺旋状に形成された水蒸気生成手段としても機能するCO変成冷却管824が、冷却管取付板821Cにより保持されて配設されている。このCO変成冷却管824は、軸方向の一端が、CO変成容器本体部821Aの改質ガス流入管821A1が設けられた一側面から、改質容器622の原料ガス供給管622Sの第一水蒸気接続部632Aに接続される図示しない第一水蒸気供給管と連結可能に気密に延設されている。また、CO変成冷却管824の軸方向の他端は、CO変成容器蓋部821BにおけるCO変成容器本体部821Aの改質ガス流入管821A1が設けられる側に対して反対側となる下縁近傍を気密に貫通して延設されている。
また、CO変成容器821には、CO変成容器本体部821Aの改質ガス流入管821A1が設けられる一側面に対して反対側の他側面に、CO除去外装ケース810の底板部813の図示しないセンサ用貫通孔に対応して設けられた図示しないセンサ用嵌挿孔に気密に嵌挿され、図示しない温度センサが配設されるCO変成用センサ保護管825が設けられている。
さらに、CO変成容器821には、CO変成容器蓋部821Bの改質ガス流出口821B1に、CO変成容器821内の改質ガスに空気を混入させるための空気導入部826が接続されている。この空気導入部826は、空気供給管750が接続され、改質ガス流出口821B1から流出されて流通する改質ガスに空気供給管750からの空気を混合する略T管状に形成されている。
また、CO変成容器821には、軸方向の両端がCO変成容器821の上面および下面にそれぞれ開口する状態に、軸方向が鉛直方向に略沿った熱交換管827が貫通形成されている。この熱交換管827は、例えば略円筒状の鋼管などにて形成されている。なお、熱交換管827は、略円筒形に限らず、多角筒状や楕円筒状、星形筒状などとしてもよい。さらには、外周面にCO変成触媒との熱交換効率を向上するための複数のフィン状の突起を設けてもよい。また、直管状に限らず、多少螺旋状に屈曲する形状としてもよい。すなわち、軸方向が鉛直方向に略沿い、CO除去外装ケース810内の熱気が熱交換管827を流通する対流状態が得られる構成であればよい。
Further, in the CO conversion container 821, a CO conversion cooling pipe 824 that also functions as a water vapor generating means formed in a spiral shape is held and disposed by a cooling pipe mounting plate 821C. One end of the CO shift cooling pipe 824 in the axial direction is connected to the first steam connection of the raw material gas supply pipe 622S of the reforming vessel 622 from one side surface where the reformed gas inflow tube 821A1 of the CO shift vessel main body 821A is provided. It extends in an airtight manner so as to be connectable to a first water vapor supply pipe (not shown) connected to the portion 632A. The other end of the CO shift cooling pipe 824 in the axial direction is near the lower edge on the opposite side to the side where the reformed gas inflow pipe 821A1 of the CO shift vessel main body portion 821A is provided in the CO shift vessel lid portion 821B. It extends through airtightly.
The CO conversion container 821 has a sensor (not shown) of the bottom plate portion 813 of the CO removal exterior case 810 on the other side opposite to the one side where the reformed gas inflow pipe 821A1 of the CO conversion container main body 821A is provided. A CO conversion sensor protective tube 825 is provided that is airtightly inserted into a sensor insertion hole (not shown) provided corresponding to the through-hole for use, and is provided with a temperature sensor (not shown).
Further, the CO conversion container 821 is connected to the reformed gas outlet 821B1 of the CO conversion container lid part 821B, and an air introduction part 826 for mixing air into the reformed gas in the CO conversion container 821. The air inlet 826 is connected to an air supply pipe 750 and is formed in a substantially T-tube shape that mixes air from the air supply pipe 750 with the reformed gas flowing out from the reformed gas outlet 821B1.
In addition, the CO conversion container 821 is formed with a heat exchange pipe 827 penetrating the axial direction substantially along the vertical direction so that both ends in the axial direction are open to the upper and lower surfaces of the CO conversion container 821, respectively. The heat exchange pipe 827 is formed of, for example, a substantially cylindrical steel pipe. The heat exchange tube 827 is not limited to a substantially cylindrical shape, and may be a polygonal cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, a star cylindrical shape, or the like. Furthermore, a plurality of fin-like protrusions for improving the heat exchange efficiency with the CO conversion catalyst may be provided on the outer peripheral surface. Moreover, it is good also as a shape bent not only to a straight tube but to some spirals. In other words, any configuration may be used as long as the axial direction is substantially along the vertical direction and the convection state in which the hot air in the CO removal exterior case 810 flows through the heat exchange pipe 827 is obtained.

CO選択酸化器830は、図2および図16ないし図18に示すように、中空の略矩形状に形成されたケース体としてのCO選択酸化容器831を有している。
CO選択酸化容器831は、図16ないし図18に示すように、一面が開口する略箱状のCO選択酸化容器本体部831Aと、このCO選択酸化容器本体部831Aの一面を閉塞して例えば溶接などにより取り付けられるCO選択酸化容器蓋部831Bとを有している。CO選択酸化容器蓋部831Bには、CO変成器820の改質ガス流出口821B1に空気導入部826を介して連通され、改質ガス流出口821B1から供給される空気が混合された改質ガスをCO選択酸化容器831内へ供給する図示しない流入口に連結する改質ガス導入管831B1が、一縁となる下縁近傍の略中央に設けられている。CO選択酸化容器本体部831Aには、改質ガス導入管831B1に対して反対側となる上端面の略中央に、内部に流入されてCOが除去された改質ガスである燃料ガスをCO選択酸化容器831外へ流出する図示しない流出口に連結する燃料ガス導出管831A1が設けられている。この燃料ガス導出管831A1は、燃料ガス流出管760に連結され、この燃料ガス流出管760を介して改質ユニット300外へ燃料ガスを流出する。
そして、CO選択酸化容器831内には、改質ガス導入管831B1に連通する拡散領域831C1と、不活性充填材としての例えばアルミナ粒子が充填される充填材領域831C2と、CO選択酸化触媒が充填されてCO選択酸化触媒層832を形成する反応領域831C3と、燃料ガス導出管831A1に連通する収束領域831C4と、が互いに燃料ガスを流通可能に区画形成されている。拡散領域831C1と充填材領域831C2とは区画板831D1にて区画され、充填材領域831C2と反応領域831C3との間、および、反応領域831C3と収束領域831C4との間には、例えばメッシュ状に形成された区画壁としてのCO選択酸化区画板831D2によりそれぞれ区画形成される。区画板831D1は、図19に示すように、拡散領域831C1と充填材領域831C2とを連通する複数の連通孔831D3が開口形成されている。これら連通孔831D3は、改質ガス導入管831B1から流入する空気が混合されて拡散領域831C1に流入した改質ガスを充填材領域831C2へ略均一に流通可能に、例えば0.3mm以上6mm以下で複数開口形成されている。
なお、CO変成容器821と同様に、区画板831D1やCO選択酸化区画板831D2を用いずに、アルミナ粒子などを拡散領域831C1や収束領域831C4に対応する部分に充填するなどしてもよい。また、区画板831D1やCO選択酸化区画板831D2としては、メッシュ状部材にて形成する構成や鋼板に複数の孔が設けられたものなど、燃料ガスが相互に流通可能ないずれの構成を適用できる。
また、充填材領域831C2に充填される不活性充填材は、CO選択酸化触媒と略同径の略球状の粒状物が好ましい。取扱性や物性の安定性、入手容易性などの点で特にアルミナ粒子が好ましいが、例えばシリカやムライトなど、熱や水分、燃料ガスに対して安定なセラミックスである各種無機酸化物を用いることができる。さらに、不活性充填材として、粒状物を用いる構成に限らず、例えばファイバ状などを充填する構成とするなどしてもよい。また、CO選択酸化触媒層832に対して鉛直方向で下方に充填材領域831C2が区画形成される本実施形態の構成では、アルミナ粒子がCO選択酸化触媒より比重が重いため、CO選択酸化区画板831D2を設けなくてもよいが、CO選択酸化区画板831D2にて反応領域831C3と充填材領域831C2とを区画して、外部からの振動、特にCO選択酸化器830を組み付ける際に、互いに混じり合わないようにすることが好ましい。一方、CO選択酸化触媒層832に対して鉛直方向で上方に充填材領域831C2が区画形成される構成では、例えば多孔質にするなど、不活性充填材がCO選択酸化触媒より比重を軽く形成し、CO選択酸化区画板831D2を設けないようにしてもよい。
As shown in FIG. 2 and FIGS. 16 to 18, the CO selective oxidizer 830 has a CO selective oxidation vessel 831 as a case body formed in a hollow, substantially rectangular shape.
As shown in FIGS. 16 to 18, the CO selective oxidation container 831 has a substantially box-shaped CO selective oxidation container main body portion 831 </ b> A whose one surface is open, and one surface of the CO selective oxidation container main body portion 831 </ b> A is closed. And a CO selective oxidation container lid portion 831B attached by, for example. The CO selective oxidation vessel lid portion 831B communicates with the reformed gas outlet 821B1 of the CO converter 820 via the air inlet 826, and the reformed gas mixed with the air supplied from the reformed gas outlet 821B1. A reformed gas introduction pipe 831B1 connected to an inlet (not shown) for supplying the gas into the CO selective oxidation vessel 831 is provided at substantially the center in the vicinity of the lower edge serving as one edge. In the CO selective oxidation container main body 831A, a fuel gas, which is a reformed gas that has flowed into the interior and has CO removed therein, is selected at the center of the upper end surface opposite to the reformed gas introduction pipe 831B1. A fuel gas outlet pipe 831A1 connected to an outlet (not shown) that flows out of the oxidation container 831 is provided. The fuel gas outlet pipe 831A1 is connected to the fuel gas outlet pipe 760, and the fuel gas flows out of the reforming unit 300 through the fuel gas outlet pipe 760.
The CO selective oxidation vessel 831 is filled with a diffusion region 831C1 communicating with the reformed gas introduction pipe 831B1, a filler region 831C2 filled with, for example, alumina particles as an inert filler, and a CO selective oxidation catalyst. Thus, the reaction region 831C3 that forms the CO selective oxidation catalyst layer 832 and the convergence region 831C4 that communicates with the fuel gas outlet tube 831A1 are partitioned so that the fuel gas can flow therethrough. The diffusion region 831C1 and the filler region 831C2 are partitioned by a partition plate 831D1, and formed, for example, in a mesh shape between the filler region 831C2 and the reaction region 831C3 and between the reaction region 831C3 and the convergence region 831C4. Each of the partition walls is formed by a CO selective oxidation partition plate 831D2 serving as a partition wall. As shown in FIG. 19, the partition plate 831D1 is formed with a plurality of communication holes 831D3 that allow the diffusion region 831C1 and the filler region 831C2 to communicate with each other. These communication holes 831D3 can mix the air flowing from the reformed gas introduction pipe 831B1 and flow the reformed gas flowing into the diffusion region 831C1 substantially uniformly to the filler region 831C2, for example, 0.3 mm to 6 mm. A plurality of openings are formed.
As in the case of the CO conversion container 821, alumina particles or the like may be filled in portions corresponding to the diffusion region 831C1 and the convergence region 831C4 without using the partition plate 831D1 and the CO selective oxidation partition plate 831D2. In addition, as the partition plate 831D1 and the CO selective oxidation partition plate 831D2, any configuration in which the fuel gas can mutually flow, such as a configuration formed by a mesh-like member or a plate provided with a plurality of holes, can be applied. .
Further, the inert filler filled in the filler region 831C2 is preferably a substantially spherical granular material having the same diameter as that of the CO selective oxidation catalyst. Alumina particles are particularly preferable in terms of handling properties, stability of physical properties, and availability. For example, various inorganic oxides that are ceramics that are stable against heat, moisture, and fuel gas, such as silica and mullite, are used. it can. Further, the inert filler is not limited to a configuration using granular materials, and may be configured to fill, for example, a fiber shape. In the configuration of the present embodiment in which the filler region 831C2 is partitioned and formed vertically below the CO selective oxidation catalyst layer 832, the alumina particles have a higher specific gravity than the CO selective oxidation catalyst. 831D2 may not be provided, but the reaction region 831C3 and the filler region 831C2 are partitioned by the CO selective oxidation partition plate 831D2 and mixed with each other when the external vibration, particularly the CO selective oxidizer 830 is assembled. It is preferable not to do so. On the other hand, in the configuration in which the filler region 831C2 is partitioned upward in the vertical direction with respect to the CO selective oxidation catalyst layer 832, the inert filler has a lower specific gravity than the CO selective oxidation catalyst, for example, it is made porous. The CO selective oxidation partition plate 831D2 may not be provided.

さらに、CO選択酸化容器831内には、内部を純水181が流通可能に管材にて螺旋状に形成された水蒸気生成手段としても機能する流水手段としてのCO選択酸化冷却管834が、CO選択酸化容器831内にリブ状に設けられた冷却管保持板831Eにより保持されて配設されている。このCO選択酸化冷却管834は、軸方向の一端が、充填材領域831C2の下部に対応するCO選択酸化容器831の下部側面から、冷却水管770と連結可能に気密に延設されている。また、CO選択酸化冷却管834の軸方向の他端は、CO選択酸化容器本体部831Aの燃料ガス導出管831A1が設けられた上端面から延設され、CO変成器820のCO変成冷却管824に連結されている。そして、冷却水管770から供給される冷却水である純水181が、CO選択酸化冷却管834を流通してCO選択酸化触媒層832を適宜冷却しつつCO変成冷却管824に流入し、さらにCO変成触媒層822を適宜冷却しつつ熱交換により水蒸気となって、原料ガス供給管622Sの気化器630へ供給される。
このCO選択酸化冷却管834は、純水181の流通する上流側となる充填材領域831C2の領域では、螺旋ピッチが他の領域での螺旋ピッチより細かく形成されている。なお、図2、図16および図17は、都合上、螺旋ピッチを等間隔で示す。
また、CO選択酸化容器831には、CO選択酸化容器本体部831Aの下端面に、CO除去外装ケース810の底板部813の図示しないセンサ用貫通孔に対応して設けられた図示しないセンサ用嵌挿孔に気密に嵌挿されるとともに、図19に示すような区画板831D1に穿設されたセンサ挿通孔831D4に嵌挿され、図示しない温度センサが配設されるCO選択酸化用センサ保護管835が設けられている。
なお、CO選択酸化冷却管834およびCO変成冷却管824へ供給する冷却水としての純水181は、熱交換装置640へも供給する経路となる搬送ポンプ182を有した給水経路183から給水経路183の一部を構成する冷却水管770から供給する構成を例示するが(図1参照)、熱交換装置640とは別経路、あるいは一部分岐させて供給する経路から供給するなどとしてもよい。さらには、液体燃料111と混合させる水蒸気に利用する構成とせず、例えば冷却装置187のように、CO変成およびCO選択酸化の熱を回収する構成として水道水などの冷媒を循環させるなどしてもよい。
Further, in the CO selective oxidation vessel 831, there is a CO selective oxidation cooling pipe 834 as a flowing water means that also functions as a water vapor generating means that is spirally formed of a pipe material so that pure water 181 can flow inside. The oxidation vessel 831 is held and arranged by a cooling pipe holding plate 831E provided in a rib shape. One end of the CO selective oxidation cooling pipe 834 in the axial direction extends in an airtight manner so as to be connectable to the cooling water pipe 770 from the lower side surface of the CO selective oxidation container 831 corresponding to the lower part of the filler region 831C2. The other end of the CO selective oxidation cooling pipe 834 in the axial direction extends from the upper end surface of the CO selective oxidation container main body 831A where the fuel gas outlet pipe 831A1 is provided, and the CO conversion cooling pipe 824 of the CO converter 820. It is connected to. Then, pure water 181 which is cooling water supplied from the cooling water pipe 770 flows through the CO selective oxidation cooling pipe 834 and flows into the CO shift cooling pipe 824 while appropriately cooling the CO selective oxidation catalyst layer 832, and further CO 2 While the modified catalyst layer 822 is appropriately cooled, it is converted into water vapor by heat exchange and supplied to the vaporizer 630 of the source gas supply pipe 622S.
The CO selective oxidation cooling pipe 834 is formed so that the spiral pitch is finer than the spiral pitch in the other regions in the region of the filler region 831C2 on the upstream side where the pure water 181 flows. 2, 16, and 17 show the helical pitch at equal intervals for convenience.
Further, in the CO selective oxidation container 831, a sensor fitting (not shown) provided on the lower end surface of the CO selective oxidation container main body 831 A corresponding to a sensor through hole (not shown) of the bottom plate portion 813 of the CO removal exterior case 810. A CO selective oxidation sensor protective tube 835 that is inserted into the insertion hole in an airtight manner and is inserted into a sensor insertion hole 831D4 formed in the partition plate 831D1 as shown in FIG. Is provided.
Note that pure water 181 as cooling water supplied to the CO selective oxidation cooling pipe 834 and the CO shift cooling pipe 824 is supplied from the water supply path 183 having the transport pump 182 serving as a path for supplying the heat exchange device 640 to the water supply path 183. Although the structure supplied from the cooling water pipe 770 which comprises a part of this is illustrated (refer FIG. 1), it is good also as supplying from the path | route different from the heat exchange apparatus 640, or a part branched supply. Furthermore, it is not configured to be used for water vapor mixed with the liquid fuel 111. For example, a coolant such as tap water may be circulated as a configuration for recovering the heat of CO conversion and CO selective oxidation like the cooling device 187. Good.

断熱部500は、図2に示すように、下部断熱部510と、中間断熱部520と、上部断熱部530と、シェル540と、を備えている。なお、断熱部500は、シェル540を有しない構成としてもよい。
下部断熱部510は、例えば断熱材511Bが平面視で半円弧状に設けられて形成された対をなす下部ブロック体511が接合されて略円筒状に構成されている。そして、下部断熱部510は、内径がCO除去部800のCO除去外装ケース810の外径と略同寸法に形成され、内周側にCO除去部800を内包して断熱可能に形成されている。また、下部断熱部510は、厚さ寸法がCO除去外装ケース810の断熱材支持部812の円筒保持部812Cの内径と略同寸法に形成され、断熱材支持部812上に載置可能に形成されている。さらに、下部断熱部510の軸方向の一端側となる上端面には、配管部700に配管された改質水供給管720、原料戻し管730、脱硫燃料供給管740、空気供給管750、冷却水管770および燃料ガス流出管760に対応する位置に、凹状の配管下凹部512が設けられている。また、下部断熱部510の軸方向の他端側となる下端面には、排ガス管840に対応する位置に、凹状の図示しない排ガス管用凹部が設けられている。なお、下部断熱部510は、対をなす下部ブロック体511にて構成する他、例えば断熱ウール材や粉粒体の断熱材などをシェル540とCO除去外装ケース810などとの間に充填するなど、各種断熱材を用いて形成することができる。
中間断熱部520は、例えば下部断熱部510と同様に、断熱材511Bにて略半円弧状に形成された中間ブロック体521が接合されて、下部断熱部510と略同径の略円筒状に形成されている。そして、この中間断熱部520の軸方向の長さ寸法は、断熱材支持部812上に載置された下部断熱部510上に積み上げられた状態で、上端面が改質外装ケース610の下部ケース611の上端縁が中間断熱部520の上端面から突出しない状態となっている。すなわち、中間断熱部520は、上端面が下部ケース611の上端縁より所定の寸法となる改質外装ケース610などの熱膨張の寸法分以上で上方に位置する状態となる軸方向の長さ寸法に形成されている。また、中間断熱部520の軸方向における下部断熱部510側の端面には、下部断熱部510の配管下凹部512に対応して、凹状の配管上凹部522が設けられている。なお、下部断熱部510の配管下凹部512と中間断熱部520の配管上凹部522とにより構成され、改質水供給管720、原料戻し管730、脱硫燃料供給管740、空気供給管750、冷却水管770および燃料ガス流出管760が配管される開口は、図示しない断熱材が充填されて閉塞される。なお、中間断熱部520についても、下部断熱部510と同様に、各種断熱材を用いて形成することができる。
上部断熱部530は、例えば断熱材511Bにて略円筒状に形成されている。なお、下部断熱部510と同様に、略半円弧状に形成したブロック体にて略円筒状に構成するなどしてもよい。また、上部断熱部530についても各種断熱材を用いて形成することができる。この上部断熱部530は、外径が下部断熱部510および中間断熱部520と略同寸法で、内径が改質外装ケース610の上部ケース612の外径と略同寸法に形成されている。また、上部断熱部530は、軸方向の長さ寸法が、配置された中間断熱部520上に積み上げられた状態で、上端が上部ケース612の上端部に略位置する状態に形成されている。
シェル540は、軸方向で積み重ねられた下部断熱部510、中間断熱部520および上部断熱部530の外周面を包むように、例えば鋼板などにて略円筒状に形成されている。このシェル540は、積み上げられた下部断熱部510、中間断熱部520および上部断熱部530の外周面をくるむ状態に鋼板が巻装され、ねじ止めや接着、テープ止めなどにより円筒状に形成される。このシェル540は、例えば、下端部が下部断熱部510の外周面と断熱材支持部812の円筒保持部812Cとの間に介在され、円筒保持部812Cからねじ止めなどにより固定される。
As shown in FIG. 2, the heat insulating part 500 includes a lower heat insulating part 510, an intermediate heat insulating part 520, an upper heat insulating part 530, and a shell 540. Note that the heat insulating portion 500 may be configured without the shell 540.
The lower heat insulating portion 510 is configured in a substantially cylindrical shape by joining a pair of lower block bodies 511 formed by, for example, forming a heat insulating material 511B in a semicircular shape in plan view. The lower heat insulating portion 510 is formed so that the inner diameter is substantially the same as the outer diameter of the CO removing outer case 810 of the CO removing portion 800, and the CO removing portion 800 is included on the inner peripheral side so as to be insulated. . The lower heat insulating portion 510 is formed to have a thickness dimension substantially the same as the inner diameter of the cylindrical holding portion 812C of the heat insulating material support portion 812 of the CO removal exterior case 810, and can be placed on the heat insulating material support portion 812. Has been. Furthermore, on the upper end surface which is one end side in the axial direction of the lower heat insulating portion 510, the reformed water supply pipe 720, the raw material return pipe 730, the desulfurized fuel supply pipe 740, the air supply pipe 750, and the cooling pipe. A concave pipe lower recess 512 is provided at a position corresponding to the water pipe 770 and the fuel gas outflow pipe 760. Further, a concave portion for exhaust gas pipe (not shown) is provided at a position corresponding to the exhaust gas pipe 840 on the lower end surface which is the other end side in the axial direction of the lower heat insulating portion 510. In addition, the lower heat insulating portion 510 is configured by the lower block body 511 that forms a pair, and for example, a heat insulating wool material or a heat insulating material such as a granular material is filled between the shell 540 and the CO removal outer case 810 or the like. It can be formed using various heat insulating materials.
The intermediate heat insulating part 520 is joined to the intermediate block body 521 formed in a substantially semicircular arc shape with the heat insulating material 511B, for example, similarly to the lower heat insulating part 510, and is formed into a substantially cylindrical shape having the same diameter as the lower heat insulating part 510. Is formed. The axial length of the intermediate heat insulating portion 520 is such that the upper end surface of the intermediate heat insulating portion 520 is stacked on the lower heat insulating portion 510 placed on the heat insulating material support portion 812, and the upper end surface is the lower case of the reformed outer case 610. The upper edge of 611 does not protrude from the upper end surface of the intermediate heat insulating portion 520. That is, the intermediate heat insulating portion 520 has an axial length dimension in which the upper end surface is positioned above the thermal expansion dimension of the modified exterior case 610 having a predetermined dimension from the upper end edge of the lower case 611. Is formed. In addition, a concave pipe upper concave portion 522 is provided on the end surface of the intermediate heat insulating portion 520 on the lower heat insulating portion 510 side in the axial direction, corresponding to the pipe lower concave portion 512 of the lower heat insulating portion 510. In addition, it is comprised by the piping lower recessed part 512 of the lower heat insulation part 510, and the piping upper recessed part 522 of the intermediate | middle heat insulation part 520, the reforming water supply pipe 720, the raw material return pipe 730, the desulfurization fuel supply pipe 740, the air supply pipe 750, cooling The opening in which the water pipe 770 and the fuel gas outflow pipe 760 are piped is filled with a heat insulating material (not shown) and closed. Note that the intermediate heat insulating portion 520 can also be formed using various heat insulating materials, similarly to the lower heat insulating portion 510.
The upper heat insulating portion 530 is formed in a substantially cylindrical shape with, for example, a heat insulating material 511B. Note that, similarly to the lower heat insulating portion 510, it may be configured in a substantially cylindrical shape by a block body formed in a substantially semicircular arc shape. The upper heat insulating portion 530 can also be formed using various heat insulating materials. The upper heat insulating portion 530 has an outer diameter substantially the same as that of the lower heat insulating portion 510 and the intermediate heat insulating portion 520 and an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the upper case 612 of the reformed exterior case 610. Further, the upper heat insulating portion 530 is formed such that the upper end thereof is substantially positioned at the upper end portion of the upper case 612 with the axial length dimension being stacked on the arranged intermediate heat insulating portion 520.
The shell 540 is formed in a substantially cylindrical shape using, for example, a steel plate so as to wrap around the outer peripheral surfaces of the lower heat insulating portion 510, the intermediate heat insulating portion 520, and the upper heat insulating portion 530 stacked in the axial direction. The shell 540 is formed in a cylindrical shape by winding a steel plate so as to surround the outer peripheral surfaces of the stacked lower heat insulating portion 510, intermediate heat insulating portion 520, and upper heat insulating portion 530, and screwing, bonding, tape fixing or the like. . For example, the lower end portion of the shell 540 is interposed between the outer peripheral surface of the lower heat insulating portion 510 and the cylindrical holding portion 812C of the heat insulating material supporting portion 812, and is fixed by screwing or the like from the cylindrical holding portion 812C.

〔燃料電池システムの動作〕
(改質ユニットの組立動作)
次に、上述した燃料電池システム100における改質ユニット300の組立動作について、説明する。
[Operation of fuel cell system]
(Reforming unit assembly operation)
Next, the assembly operation of the reforming unit 300 in the fuel cell system 100 described above will be described.

まず、改質容器622に流通部622Pを一体的に設けて改質触媒を充填しておく。また、支持台座部613に熱交換装置640を一体的に取り付けておく。そして、熱交換装置640が取り付けられた支持台座部613に、改質容器622と連結した流通部622Pの仕切筒状部622T1とを例えば溶接などにより連結する。さらに、熱交換装置640の改質水内管641における支持台座部613を貫通する水蒸気の流出側となる一端部を、原料ガス供給管622Sの第二水蒸気接続部632Bに接続して配管する。
この後、支持台座部613に配管外装ケース710を溶接やロウ付けなどを施すとともに、配管外装ケース710の配管覆い部711の各配管孔711A,711B,711C,711D,711E,711Fに、改質水供給管720、原料戻し管730、脱硫燃料供給管740、空気供給管750、冷却水管770および燃料ガス流出管760を嵌挿して溶接などして配管する。そして、改質水供給管720を熱交換装置640の改質水内管641に接続し、原料戻し管730を原料ガス供給管622Sの原料戻し部622S2に接続し、脱硫燃料供給管740を原料ガス供給管622Sの液体燃料接続部631に接続し、配管する。
First, the flow passage 622P is integrally provided in the reforming vessel 622 and filled with the reforming catalyst. Further, the heat exchanging device 640 is integrally attached to the support base 613. And the partition cylindrical part 622T1 of the distribution | circulation part 622P connected with the modification | reformation container 622 is connected with the support base part 613 to which the heat exchange apparatus 640 was attached by welding etc., for example. Furthermore, one end of the reformed water inner pipe 641 of the heat exchange device 640 that is the outflow side of steam passing through the support pedestal 613 is connected to the second steam connection section 632B of the source gas supply pipe 622S and piped.
Thereafter, the outer pipe case 710 is welded or brazed to the support base 613, and the pipe holes 711A, 711B, 711C, 711D, 711E, and 711F of the pipe cover 711 of the pipe outer case 710 are modified. The water supply pipe 720, the raw material return pipe 730, the desulfurized fuel supply pipe 740, the air supply pipe 750, the cooling water pipe 770, and the fuel gas outflow pipe 760 are fitted and welded. The reforming water supply pipe 720 is connected to the reforming water inner pipe 641 of the heat exchange device 640, the raw material return pipe 730 is connected to the raw material return section 622S2 of the raw material gas supply pipe 622S, and the desulfurized fuel supply pipe 740 is used as the raw material. A pipe is connected to the liquid fuel connecting portion 631 of the gas supply pipe 622S.

また、底板部813の位置決め保持台座部814に、CO変成器820およびCO選択酸化器830を位置決め保持させて一体的に取り付けておく。この底板部813とCO変成器820およびCO選択酸化器830との取り付けに際しては、CO変成器820に一体的に取り付けた空気導入部826とCO選択酸化器830の改質ガス導入管831B1とを連結するとともに、CO変成器820のCO変成容器蓋部821Bから延設するCO変成冷却管824とCO選択酸化器830のCO選択酸化容器831Aの上部から延設するCO選択酸化冷却管834とを連結し、CO変成器820およびCO選択酸化器830を一体的に組み付ける。
そして、底板部813に支柱部815の一端を取り付けるとともに、支柱部815の他端を上述した配管外装ケース710を取り付けた支持台座部613に取り付けて連結する。
この状態で、CO変成器820のCO変成冷却管824を改質容器622の原料ガス供給管622Sの第一水蒸気接続部632Aに連結するとともに、CO選択酸化器830のCO選択酸化冷却管834を冷却水管770に連結し、配管する。また、CO変成器820の改質ガス流入管821A1を、改質容器622の流通部622Pを構成する改質ガス排出管部622T2に連結し、配管する。さらに、CO選択酸化器830の燃料ガス導出管831A1を燃料ガス流出管760に連結し、配管する。
In addition, the CO transformer 820 and the CO selective oxidizer 830 are positioned and held on the positioning holding base portion 814 of the bottom plate portion 813 and are integrally attached. When attaching the bottom plate portion 813 to the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830, the air introduction portion 826 and the reformed gas introduction pipe 831B1 of the CO selective oxidizer 830 that are integrally attached to the CO converter 820 are provided. A CO conversion cooling pipe 824 extending from the CO conversion container lid 821B of the CO converter 820 and a CO selective oxidation cooling pipe 834 extending from the upper part of the CO selective oxidation container 831A of the CO selective oxidizer 830 are connected. Then, the CO transformer 820 and the CO selective oxidizer 830 are assembled together.
And while attaching the end of the support | pillar part 815 to the baseplate part 813, attaching the other end of the support | pillar part 815 to the support base part 613 to which the piping exterior case 710 mentioned above was attached, and connected.
In this state, the CO shift cooling pipe 824 of the CO shift converter 820 is connected to the first steam connection 632A of the raw material gas supply pipe 622S of the reforming vessel 622, and the CO selective oxidation cooling pipe 834 of the CO selective oxidizer 830 is connected. The cooling water pipe 770 is connected and piped. Further, the reformed gas inflow pipe 821A1 of the CO converter 820 is connected to the reformed gas discharge pipe 622T2 constituting the flow part 622P of the reforming vessel 622, and is piped. Further, the fuel gas outlet pipe 831A1 of the CO selective oxidizer 830 is connected to the fuel gas outflow pipe 760 for piping.

この後、断熱材支持部812を外周側に位置させた下部胴体部811内に、底板部813側から挿入し、下部胴体部811と配管外装ケース710の連結筒部712を当接させる。そして、底板部813の底板連結部813Bの取付雌ねじ孔813B1と、下部胴体部811のねじ貫通孔811Bに対応しねじ貫通孔811Bおよび断熱材支持部812の取付筒状部812Aのねじ嵌挿孔812A1とを連通させて、ねじを螺着して一体的に組み付ける。このねじ止めの際、耐熱コーキング材などにて接合部分をシールする。さらに、下部胴体部811の排ガス口811Cに排ガス管840を溶接などにより接続する。なお、底板部813と組み付ける下部胴体部811に排ガス管840をあらかじめ接続しておいてもよい。
さらに、改質容器622の加熱室622H内の加熱室区画板622I上に耐火断熱材622Kを載置するとともに、連結ねじ部622Jに整流管622Lの閉塞板622L1を螺着させて整流管622Lを組み付ける。
この後、露出する改質容器622に改質外装ケース610を被せるように取り付け、改質外装ケース610の下部ケース611を配管外装ケース710に当接させる。この状態で、下部ケース611の下部ねじ孔611Bを嵌挿させたねじを、支持台座部613の取付雌ねじ部613Cに螺着して一体的に組み付ける。さらに、燃焼室部621を加熱室622H内に嵌挿し、燃焼室部621の支持フランジ621Cを改質外装ケース610の上部ケース612のバーナ連結フランジ612Cに重ね合わせて吊り下げ支持する状態とする。
この後、断熱材支持部812上に下部断熱部510を載置固定し、さらに下部断熱部510上に同軸上に中間断熱部520を積み重ねて接合し、さらに上部断熱部530を積み重ねる。そして、積み上げられた下部断熱部510、中間断熱部520および上部断熱部530の外周面をくるむ状態にシェル540を巻装させ、断熱部500を構成させる。さらに、バーナユニット151を上部ケース612上に載置させ、取付ボルト612Dにて上部ケース612と、燃焼室部621と、バーナユニット151とを一体的に組み付け、改質ユニット300を組立形成する。
Thereafter, the heat insulating material support portion 812 is inserted into the lower body portion 811 positioned on the outer peripheral side from the bottom plate portion 813 side, and the lower body portion 811 and the connecting tube portion 712 of the pipe exterior case 710 are brought into contact with each other. Then, the female screw hole 813B1 of the bottom plate connecting portion 813B of the bottom plate portion 813 and the screw fitting hole 812A of the mounting cylindrical portion 812A of the screw through hole 811B and the heat insulating material support portion 812 corresponding to the screw through hole 811B of the lower body portion 811. 812A1 is communicated, and screws are screwed together to be assembled together. When screwing, the joint is sealed with a heat-resistant caulking material. Further, the exhaust gas pipe 840 is connected to the exhaust gas port 811C of the lower body part 811 by welding or the like. Note that the exhaust pipe 840 may be connected in advance to the lower body portion 811 to be assembled with the bottom plate portion 813.
Further, the refractory heat insulating material 622K is placed on the heating chamber partition plate 622I in the heating chamber 622H of the reforming vessel 622, and the closing plate 622L1 of the rectifying tube 622L is screwed to the connecting screw portion 622J to thereby connect the rectifying tube 622L. Assemble.
Thereafter, the exposed reforming container 622 is attached so as to cover the reforming outer case 610, and the lower case 611 of the reforming outer case 610 is brought into contact with the pipe outer case 710. In this state, the screw into which the lower screw hole 611B of the lower case 611 is fitted is screwed into the mounting female screw portion 613C of the support base 613, and is assembled integrally. Furthermore, the combustion chamber portion 621 is fitted into the heating chamber 622H, and the support flange 621C of the combustion chamber portion 621 is suspended and supported by being superimposed on the burner connection flange 612C of the upper case 612 of the reformed exterior case 610.
Thereafter, the lower heat insulating portion 510 is placed and fixed on the heat insulating material support portion 812, the intermediate heat insulating portion 520 is stacked on the lower heat insulating portion 510 on the same axis, and the upper heat insulating portion 530 is further stacked. Then, the shell 540 is wound around the outer peripheral surfaces of the stacked lower heat insulating portion 510, intermediate heat insulating portion 520, and upper heat insulating portion 530, and the heat insulating portion 500 is configured. Further, the burner unit 151 is placed on the upper case 612, and the upper case 612, the combustion chamber portion 621, and the burner unit 151 are integrally assembled with the mounting bolt 612D, and the reforming unit 300 is assembled.

(燃料電池システムの発電動作)
次に、上述した燃料電池システム100における発電動作について説明する。なお、本実施形態では、液体燃料111を主要原料として用いて燃料電池200で発電させる構成を例示する。
(Power generation operation of fuel cell system)
Next, the power generation operation in the fuel cell system 100 described above will be described. In the present embodiment, a configuration in which the fuel cell 200 generates power using the liquid fuel 111 as a main raw material is illustrated.

まず、制御装置が発電要求に関する信号を取得すると、バーナユニット151に液体燃料111あるいは原料ガスおよび空気を供給して改質器620を、例えば500℃以上に加熱させる。
このバーナユニット151による燃焼ガスは、対向する整流管622Lの内周側に流入して整流管622Lを加熱しつつ、拡開する上端から整流管622Lの外周面と、燃焼室部621の燃焼筒部621Aの内周面との間を、鉛直方向の下方に向けて流過する。この流過の際、乱流部622L3により改質器620の中心軸に対して螺旋状に流過する。この流過により、整流管622Lおよび燃焼筒部621Aが加熱される。さらに、燃焼ガスは、燃焼筒部621Aの下端から燃焼筒部621Aの外周面と改質容器622の内周面との間を上方に向けて流通し、燃焼筒部621Aおよび改質容器622を加熱する。そして、改質容器622の上部へ流過した燃焼ガスは、改質容器622の外周面側と上部ケース612との間を下方に流過し、下部ケース611内に流入する。さらに、燃焼ガスは、下部ケース611内から熱交換装置640の排気風路外管642の内周側と改質水内管641の外周側との間を流通して配管部700へ流入する。さらに、配管部700からCO除去部800へ流入した燃焼ガスは、CO変成器820およびCO選択酸化器830を適宜加熱して排ガス管840から外部へ排気される。この燃焼ガスによるCO変成器820の加熱の際、CO変成器820の熱交換管827内も燃焼ガスが流通し、CO変成器820のCO変成触媒層822は外側のみならず内部からも加熱される状態となり、CO選択酸化より高いCO変成の反応温度まで効率よく加熱される。
このようにして、改質器620が加熱されるとともに、熱交換装置640、各配管、CO変成器820およびCO選択酸化器830を加熱する。
First, when the control device acquires a signal related to a power generation request, liquid fuel 111 or raw material gas and air are supplied to the burner unit 151 to heat the reformer 620 to, for example, 500 ° C. or higher.
Combustion gas from the burner unit 151 flows into the inner peripheral side of the opposing rectifying pipe 622L to heat the rectifying pipe 622L, and from the upper end of the expansion, the outer peripheral surface of the rectifying pipe 622L and the combustion cylinder of the combustion chamber 621 It flows between the inner peripheral surface of the part 621A downward in the vertical direction. At the time of this flow, the turbulent flow part 622L3 flows spirally with respect to the central axis of the reformer 620. By this flow, the rectifying pipe 622L and the combustion cylinder portion 621A are heated. Further, the combustion gas flows upward from the lower end of the combustion cylinder portion 621A between the outer peripheral surface of the combustion cylinder portion 621A and the inner peripheral surface of the reforming vessel 622, and passes through the combustion cylinder portion 621A and the reforming vessel 622. Heat. The combustion gas that has flowed to the upper part of the reforming vessel 622 flows downward between the outer peripheral surface of the reforming vessel 622 and the upper case 612 and flows into the lower case 611. Further, the combustion gas flows from the lower case 611 between the inner peripheral side of the exhaust air passage outer pipe 642 and the outer peripheral side of the reformed water inner pipe 641 of the heat exchange device 640 and flows into the piping unit 700. Further, the combustion gas that has flowed into the CO removal unit 800 from the piping unit 700 is appropriately heated by the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 and is exhausted from the exhaust gas pipe 840 to the outside. When the CO converter 820 is heated by the combustion gas, the combustion gas also flows through the heat exchange pipe 827 of the CO converter 820, and the CO conversion catalyst layer 822 of the CO converter 820 is heated not only from the outside but also from the inside. And is efficiently heated to a higher CO conversion reaction temperature than CO selective oxidation.
In this way, the reformer 620 is heated, and the heat exchanger 640, each pipe, the CO converter 820, and the CO selective oxidizer 830 are heated.

そして、CO変成器820およびCO選択酸化器830がある程度加熱された状態で、制御装置は、搬送ポンプ182を駆動させて純水タンク180に貯溜する純水181を、給水経路183からこの給水経路183の一部を構成する冷却水管770を介して、CO選択酸化器830のCO選択酸化冷却管834およびCO変成器820のCO変成冷却管824に順次流通する状態に供給する。
この純水181の流通の際、CO選択酸化器830が十分に加熱されていないと、CO選択酸化冷却管834の外面に結露を生じるおそれがあるが、仮に結露が生じても、純水181の流通する上流側の範囲である充填材領域831C2であることから、CO選択酸化触媒が結露により失活するなどの不都合が生じない。すなわち、結露は、運転停止時に改質ガスや不活性ガスなどにて少なくとも改質器620内を充填し、起動時に内部の改質ガスや不活性ガスを押し出す際に水蒸気のみを流す際に、水蒸気を生成させるために純水181を流す時にCO選択酸化器830が十分に加熱されていないと発生するので、このような運転条件で不活性充填材を充填して結露によるCO選択酸化触媒の失活を防止する必要がある。
さらに、搬送ポンプ182の駆動により、純水タンク180に貯溜する純水181は、給水経路183の一部を構成する改質水供給管720を介して熱交換装置640の改質水内管641に供給される。この供給された純水は、流通する燃焼ガスとの熱交換により水蒸気となり、原料ガス供給管622Sの第二水蒸気接続部632Bから気化器630へ供給される。なお、詳細は後述するが、CO除去部800から供給される水蒸気も、原料ガス供給管622Sの第一水蒸気接続部632Aから気化器630へ供給される。
Then, in a state where the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 are heated to some extent, the control device drives the transport pump 182 to store the pure water 181 stored in the pure water tank 180 from the water supply path 183. Through a cooling water pipe 770 constituting a part of H.183, the gas is supplied to a CO selective oxidation cooling pipe 834 of the CO selective oxidizer 830 and a CO conversion cooling pipe 824 of the CO converter 820 in order.
If the CO selective oxidizer 830 is not sufficiently heated during the distribution of the pure water 181, there is a risk of condensation on the outer surface of the CO selective oxidation cooling pipe 834, but even if condensation occurs, the pure water 181 Therefore, there is no inconvenience such as deactivation of the CO selective oxidation catalyst due to dew condensation. That is, dew condensation fills at least the reformer 620 with a reformed gas or an inert gas when the operation is stopped, and when only the water vapor flows when pushing out the internal reformed gas or the inert gas at the time of startup. Since the CO selective oxidizer 830 is not sufficiently heated when flowing pure water 181 to generate water vapor, it is filled with an inert filler under such operating conditions and the CO selective oxidation catalyst by dew condensation is generated. It is necessary to prevent deactivation.
Further, the pure water 181 stored in the pure water tank 180 by the drive of the transport pump 182 is supplied to the reformed water inner pipe 641 of the heat exchange device 640 via the reformed water supply pipe 720 constituting a part of the water supply path 183. To be supplied. The supplied pure water becomes steam by heat exchange with the flowing combustion gas, and is supplied to the vaporizer 630 from the second steam connection part 632B of the source gas supply pipe 622S. In addition, although mentioned later for details, the water vapor | steam supplied from the CO removal part 800 is also supplied to the vaporizer | carburetor 630 from the 1st water vapor | steam connection part 632A of source gas supply pipe | tube 622S.

また、制御装置は、脱硫器130の電気ヒータを加熱させるとともに、液体燃料ポンプ121を駆動させて液体燃料貯溜タンク110から液体燃料111を脱硫器130へ、例えば約300[ml/時間]で供給する。
この脱硫器130へ供給された液体燃料111は、脱硫剤容器内に流入し、脱硫剤容器に脱硫触媒が充填されて形成された図示しない脱硫触媒層の断面における流速分布が略均一な状態で加熱されつつ脱硫処理される。そして、脱硫処理された液体燃料111は、気化器630で供給される水蒸気と混合されて気化され、気化液体燃料として原料ガス供給部622Rから改質容器622へ供給される。そして、気化液体燃料は、改質器620で水素リッチな燃料ガスに改質される。
ここで、改質器620におけるバーナユニット151の燃焼ガスの流通において、加熱された整流管622Lは、輻射熱により燃焼筒部621Aを介して改質容器622を例えば700℃程度まで加熱させる。なお、整流管622Lが改質容器622の改質触媒層622Gの下端部に位置しない、すなわち整流管622Lの閉塞板622L1が改質容器622の改質触媒層622Gの下端部より上方に位置する状態に配設しているので、整流管622Lの輻射熱による改質触媒層622Gの上流側の加熱に寄与する割合が少ない状態となる。このため、改質触媒層622Gにおける原料ガスが流入する下端は上端より多少温度が低い状態となり、過熱が抑制され、改質触媒部622Gのコーキングを防止できる。したがって、改質触媒層622Gの下端に流入した気化液体燃料は、改質触媒層622Gにおける軸方向の略全域で改質処理され、効率よく安定して処理される。
Further, the control device heats the electric heater of the desulfurizer 130 and drives the liquid fuel pump 121 to supply the liquid fuel 111 from the liquid fuel storage tank 110 to the desulfurizer 130 at, for example, about 300 [ml / hour]. To do.
The liquid fuel 111 supplied to the desulfurizer 130 flows into the desulfurization agent container, and the flow velocity distribution in a cross section of a desulfurization catalyst layer (not shown) formed by filling the desulfurization agent container with the desulfurization catalyst is substantially uniform. It is desulfurized while being heated. The desulfurized liquid fuel 111 is mixed with water vapor supplied by the vaporizer 630 and vaporized, and is supplied from the raw material gas supply unit 622R to the reforming vessel 622 as vaporized liquid fuel. The vaporized liquid fuel is reformed by the reformer 620 into a hydrogen-rich fuel gas.
Here, in the flow of the combustion gas of the burner unit 151 in the reformer 620, the heated rectifying pipe 622L heats the reforming vessel 622 to, for example, about 700 ° C. through the combustion cylinder portion 621A by radiant heat. Note that the rectifying pipe 622L is not positioned at the lower end portion of the reforming catalyst layer 622G of the reforming vessel 622, that is, the closing plate 622L1 of the rectifying tube 622L is positioned above the lower end portion of the reforming catalyst layer 622G of the reforming vessel 622. Since it is arranged in a state, the proportion of the upstream side of the reforming catalyst layer 622G due to the radiant heat of the rectifying pipe 622L is reduced. For this reason, the temperature at the lower end of the reforming catalyst layer 622G where the raw material gas flows is somewhat lower than that at the upper end, so that overheating is suppressed and coking of the reforming catalyst portion 622G can be prevented. Therefore, the vaporized liquid fuel that has flowed into the lower end of the reforming catalyst layer 622G is reformed over substantially the entire area in the axial direction of the reforming catalyst layer 622G, and is efficiently and stably processed.

そして、改質器620で改質処理された燃料ガスは、改質ガス流出部622TからCO変成器820およびCO選択酸化器830へ順次流通する状態に供給され、これらCO変成器820およびCO選択酸化器830により、燃料ガス中のCOが変成・選択酸化されて除去され、改質ユニット300の燃料ガス流出管760から燃料電池200へ供給される。
さらに、燃料電池200へ供給される燃料ガスは、燃料電池200の負極202側に供給される。なお、この燃料ガスの燃料電池200への流入の際、必要に応じて例えば加湿器などにて適宜加湿してもよい。この負極202側に供給された燃料ガスの水素は、必要に応じて適宜加湿されて燃料電池200の正極201側に供給された空気中の酸素と反応して水を生成するとともに、正極201および負極202間に直流電力を発生させる。
なお、負極202側の余った水素を含む燃料ガスは、例えば改質器620のバーナユニット151に供給されて燃焼される。
Then, the fuel gas reformed by the reformer 620 is supplied to the CO gas converter 820 and the CO selective oxidizer 830 sequentially from the reformed gas outlet 622T, and the CO gas converter 820 and the CO selector are selected. The CO in the fuel gas is transformed and selectively oxidized and removed by the oxidizer 830 and supplied to the fuel cell 200 from the fuel gas outlet pipe 760 of the reforming unit 300.
Further, the fuel gas supplied to the fuel cell 200 is supplied to the negative electrode 202 side of the fuel cell 200. In addition, when this fuel gas flows into the fuel cell 200, it may be appropriately humidified with a humidifier, for example, as necessary. The hydrogen of the fuel gas supplied to the negative electrode 202 side is appropriately humidified as necessary and reacts with oxygen in the air supplied to the positive electrode 201 side of the fuel cell 200 to generate water. DC power is generated between the negative electrodes 202.
The fuel gas containing surplus hydrogen on the negative electrode 202 side is supplied to the burner unit 151 of the reformer 620 and burned, for example.

一方、発電動作などの際に、例えば改質容器622の改質触媒層622Gが閉塞した場合などには、原料ガス供給部622R内の内圧が所定値以上に達し、原料ガス供給管622Sに接続された原料戻し管730の安全弁が動作する。そして、安全弁は、原料ガス供給部622R内の気化液体燃料ガスや改質ガスなどの気相成分などを原料ガス供給管622Sから原料戻し管730を介して改質ユニット300外へ流出させる。また、気化器630で生成される気化液体燃料も原料ガス供給部622Rへ供給されずに、原料戻し管730を介して改質ユニット300外へ流出させる。なお、流出される気化液体燃料などは、別途設けられた受け部などに回収してもよい。   On the other hand, for example, when the reforming catalyst layer 622G of the reforming vessel 622 is closed during a power generation operation, the internal pressure in the source gas supply unit 622R reaches a predetermined value or more and is connected to the source gas supply pipe 622S. The safety valve of the raw material return pipe 730 thus operated operates. The safety valve then causes gas phase components such as vaporized liquid fuel gas and reformed gas in the source gas supply unit 622R to flow out of the reforming unit 300 from the source gas supply pipe 622S through the source return pipe 730. Further, the vaporized liquid fuel generated in the vaporizer 630 is not supplied to the raw material gas supply unit 622R, but flows out of the reforming unit 300 through the raw material return pipe 730. In addition, you may collect | recover the vaporized liquid fuel etc. which flow out to the receiving part etc. which were provided separately.

〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記一実施形態では、内周面がCO変成容器821の外部に連通する状態に熱交換管827をCO変成容器821に貫通形成している。
このことにより、改質器620における改質処理のためのバーナユニット151の加熱後の排熱となる燃焼ガスが、CO変成器820の外面に接触して加熱するとともに、熱交換管827内も流通して内部からも加熱する状態となり、CO変成触媒が充填されてCO変成触媒層822を形成するCO変成反応領域823Cが効率よく加熱され、CO変成反応領域823Cの略均一な加熱が短時間で得られる。
特に、CO変成器820は、同じようにCOの除去を目的とするCO選択酸化器830に比して、触媒容量が多く必要で容積が大きくなるので、CO変成反応領域823Cの内部まで加熱するのに時間を要する傾向となるが、熱交換管827により全体的な加熱が効率よく得られる。
[Effects of fuel cell system]
As described above, in the above-described embodiment, the heat exchange pipe 827 is formed through the CO conversion container 821 so that the inner peripheral surface communicates with the outside of the CO conversion container 821.
As a result, the combustion gas, which becomes exhaust heat after heating of the burner unit 151 for the reforming process in the reformer 620, comes into contact with the outer surface of the CO converter 820 and heats it. The CO shift reaction region 823C, which is in circulation and is heated from the inside, is filled with the CO shift catalyst and forms the CO shift catalyst layer 822, is efficiently heated, and the CO shift reaction region 823C is heated substantially uniformly for a short time. It is obtained with.
In particular, the CO converter 820 has a larger catalyst capacity and a larger volume as compared with the CO selective oxidizer 830 that aims to remove CO in the same manner, so that the CO converter 820 is heated to the inside of the CO conversion reaction region 823C. However, the overall heat can be efficiently obtained by the heat exchange tube 827.

また、熱交換管827の軸方向が、設置した状態のCO変成器820の鉛直方向に略沿った状態としている。このことにより、加熱されにくいCO変成反応領域823C内を貫通する状態の熱交換管827内の温度はCO変成容器821の外面側の温度より低い状態となり、燃焼ガスは対流により熱交換管827内を流通し易くなる。このため、より効率的にCO変成反応領域823Cを加熱できる。
そして、熱交換管827を若干螺旋状に形成したり、フィンなどを設けたりして、CO変成触媒との接触面積が増大する構成を設けることで、さらに効率よくCO変成反応領域823Cを加熱できる。
さらに、改質器620が冷えた状態からの起動時において、反応に必要な温度への昇温(予熱)が容易である。
Further, the axial direction of the heat exchange pipe 827 is in a state substantially along the vertical direction of the installed CO transformer 820. As a result, the temperature in the heat exchange tube 827 that penetrates through the CO shift reaction region 823C that is difficult to be heated is lower than the temperature on the outer surface side of the CO shift vessel 821, and the combustion gas is convected in the heat exchange tube 827. It becomes easy to distribute. For this reason, the CO shift reaction region 823C can be heated more efficiently.
Then, the CO conversion reaction region 823C can be heated more efficiently by providing a configuration in which the heat exchange tube 827 is formed in a slightly spiral shape or provided with a fin or the like to increase the contact area with the CO conversion catalyst. .
Furthermore, when the reformer 620 is started from a cold state, it is easy to raise the temperature (preheating) to a temperature necessary for the reaction.

また、CO変成触媒が充填されてCO変成触媒層822を形成するCO変成反応領域823Cは、接続する改質ガス流入管821A1の開口縁となる図示しない流入口と、改質ガス流出口821B1との間に位置して、流入口および改質ガス流出口821B1の開口縁から離間する位置に区画形成している。具体的には、CO変成反応領域823Cを、改質ガス流入管821A1に連通するガス拡散領域823Aと、改質ガス流出口821B1に連通するガス収束領域823Bとの間に、互いに燃料ガスが流通可能に区画形成している。
このため、改質ガス流入管821A1を介して流入口から流入する燃料ガスは、ガス拡散領域823Aで拡散されてCO変成反応領域823Cを略均一に流通してガス収束領域823Bに流入して改質ガス流出口821B1へ収束されて流出されるので、燃料ガスと触媒との接触効率が向上し、燃料ガス中の残留するCOを効率よく除去できる。
なお、CO選択酸化器830も同様に、改質ガス導入管831B1に連通する拡散領域831C1と、燃料ガス導出管831A1に連通する収束領域831C4との間に、CO選択酸化触媒が充填されてCO選択酸化触媒層832を形成する反応領域831C3を区画形成しているため、流通する燃料ガスは略均一に反応領域831C3を流過し、COを効率よく除去できる。
The CO shift reaction region 823C filled with the CO shift catalyst to form the CO shift catalyst layer 822 has an inlet (not shown) serving as an opening edge of the connected reformed gas inlet pipe 821A1, and a reformed gas outlet 821B1. Are defined between the inlet and the opening edge of the reformed gas outlet 821B1. Specifically, the fuel gas flows between the CO shift reaction region 823C between the gas diffusion region 823A communicating with the reformed gas inlet pipe 821A1 and the gas converging region 823B communicating with the reformed gas outlet 821B1. The partition is formed as possible.
For this reason, the fuel gas flowing in from the inlet through the reformed gas inflow pipe 821A1 is diffused in the gas diffusion region 823A, flows substantially uniformly in the CO shift reaction region 823C, and flows into the gas convergence region 823B. Since the gas is converged to flow out to the gas outlet 821B1, the contact efficiency between the fuel gas and the catalyst is improved, and the remaining CO in the fuel gas can be efficiently removed.
Similarly, the CO selective oxidizer 830 is filled with a CO selective oxidation catalyst between the diffusion region 831C1 communicating with the reformed gas introduction pipe 831B1 and the convergence region 831C4 communicating with the fuel gas outlet pipe 831A1. Since the reaction region 831C3 for forming the selective oxidation catalyst layer 832 is partitioned, the flowing fuel gas flows through the reaction region 831C3 substantially uniformly, and CO can be efficiently removed.

そして、CO選択酸化触媒が充填され、改質器620で生成された燃料ガスが流入される流入口に連結する改質ガス導入管831B1と、CO選択酸化触媒に接触された燃料ガスを流出する流出口に連結する燃料ガス導出管831A1とを有したCO選択酸化容器831に、CO選択酸化触媒と熱交換されて加熱される純水181が内部を流通可能なCO選択酸化冷却管834を貫通して設けている。そして、CO選択酸化冷却管834の上流側に対応するCO選択酸化容器831内に、アルミナ粒子などの不活性充填材を充填している。
このため、CO選択酸化触媒と熱交換させる純水181を流通させるCO選択酸化冷却管834の上流側に不活性充填材を充填しているので、例えば起動時などで結露が生じても結露が生じる範囲は不活性充填材が充填された領域であることから、結露による水分がCO選択酸化触媒に付着して失活することを防止できる。したがって、繰り返し運転を長期間実施しても、触媒の活性を保つことができ、CO選択酸化触媒の失活による燃料ガスの流通空間の閉塞などの不都合も防止でき、CO選択酸化触媒の全量が反応に寄与して効率的なCO除去が得られ、安定して水素ガスを良好に生成できる。
The CO selective oxidation catalyst is filled, and the reformed gas introduction pipe 831B1 connected to the inlet into which the fuel gas generated by the reformer 620 is introduced, and the fuel gas in contact with the CO selective oxidation catalyst is discharged. A CO selective oxidation vessel 831 having a fuel gas outlet pipe 831A1 connected to the outflow port passes through a CO selective oxidation cooling pipe 834 through which pure water 181 heated by heat exchange with a CO selective oxidation catalyst can flow. Provided. Then, the CO selective oxidation vessel 831 corresponding to the upstream side of the CO selective oxidation cooling pipe 834 is filled with an inert filler such as alumina particles.
For this reason, since the inert filler is filled in the upstream side of the CO selective oxidation cooling pipe 834 through which the pure water 181 that exchanges heat with the CO selective oxidation catalyst is circulated, for example, even if dew condensation occurs at the time of start-up, the dew condensation occurs Since the generated range is a region filled with an inert filler, it is possible to prevent moisture due to condensation from adhering to the CO selective oxidation catalyst and deactivating. Therefore, even if the repeated operation is carried out for a long period of time, the activity of the catalyst can be maintained, inconvenience such as blockage of the fuel gas circulation space due to the deactivation of the CO selective oxidation catalyst can be prevented, and the total amount of the CO selective oxidation catalyst can be reduced. Efficient CO removal can be obtained by contributing to the reaction, and hydrogen gas can be generated stably and satisfactorily.

そして、上記一実施形態では、配管の取り回しなどのためにCO選択酸化器830を組み付けて配設した状態で、CO選択酸化容器831の鉛直方向の下部から上部へ純水181が流通する状態にCO選択酸化冷却管834を設けている。そして、この形態において、改質ガスが流通可能に充填材領域831C2と反応領域831C3とを区画するCO選択酸化区画板831D2を設けている。
このことにより、充填材領域831C2が反応領域831C3より鉛直方向で下方に位置する状態となるが、不活性充填材はCO選択酸化触媒より一般的に比重が重いアルミナ粒子にて形成しているので、互いに混じり合うことを防止でき、効率的なCO選択酸化触媒によるCOの除去が得られる。
In the above-described embodiment, the pure water 181 circulates from the vertical lower portion to the upper portion of the CO selective oxidation vessel 831 in a state where the CO selective oxidizer 830 is assembled and arranged for piping and the like. A CO selective oxidation cooling pipe 834 is provided. In this embodiment, a CO selective oxidation partition plate 831D2 is provided that partitions the filler region 831C2 and the reaction region 831C3 so that the reformed gas can flow.
As a result, the filler region 831C2 is positioned below the reaction region 831C3 in the vertical direction, but the inert filler is generally formed of alumina particles having a higher specific gravity than the CO selective oxidation catalyst. , Mixing with each other can be prevented, and CO removal by an efficient CO selective oxidation catalyst can be obtained.

また、CO選択酸化冷却管834を管部材にて螺旋状で純水181の流通する上流側すなわち充填材領域831C2に対応する部分が他の部位である他の領域より螺旋ピッチが細かい状態に形成している。
このため、CO選択酸化容器831内における結露が発生するおそれのある充填材領域831C2を縮小化でき、CO選択酸化触媒層832の反応領域831C3を十分に確保でき、CO選択酸化器830の小型化が容易に図れる。
Further, the CO selective oxidation cooling pipe 834 is spirally formed by a pipe member, and the upstream side where the pure water 181 flows, that is, the part corresponding to the filler region 831C2 is formed in a state where the helical pitch is finer than other regions. is doing.
For this reason, it is possible to reduce the filler region 831C2 in which condensation in the CO selective oxidation vessel 831 may occur, to sufficiently secure the reaction region 831C3 of the CO selective oxidation catalyst layer 832, and to reduce the size of the CO selective oxidizer 830. Can be easily achieved.

さらに、結露による悪影響を防止するための不活性充填材として、仮に結露が生じても結露により変成せず安定した特性で比較的に取扱や入手が容易なアルミナ粒子を用いている。
このため、CO選択酸化触媒による効率的なCO除去が得られるCO選択酸化器830を容易に製造できる。
Furthermore, as an inert filler for preventing adverse effects due to dew condensation, alumina particles are used that are relatively easy to handle and obtain with stable characteristics that do not change due to dew condensation even if dew condensation occurs.
For this reason, it is possible to easily manufacture the CO selective oxidizer 830 that can efficiently remove CO by the CO selective oxidation catalyst.

また、不活性充填材として、CO選択酸化触媒と略同径の粒状に形成したものを用いている。
このため、CO選択酸化触媒を充填した反応領域831C3と不活性充填材を充填した充填材領域831C2との燃料ガスの流通抵抗が略同等となり、結露による悪影響を防止するために不活性充填材を充填する構成でもCO選択酸化器830を容易に製造できる。
Moreover, what was formed in the granule of the substantially the same diameter as a CO selective oxidation catalyst is used as an inert filler.
For this reason, the flow resistance of the fuel gas between the reaction region 831C3 filled with the CO selective oxidation catalyst and the filler region 831C2 filled with the inert filler becomes substantially equal, and the inert filler is used in order to prevent adverse effects due to condensation. The CO selective oxidizer 830 can be easily manufactured even with the filling configuration.

さらに、ユニット構成として、改質器620とともに、CO変成器820およびCO選択酸化器830の双方をも合わせて組み込んでいる。
このため、改質器620で改質した改質ガスがCO変成器820およびCO選択酸化器830で直ちに処理されて、例えば燃料電池200用の水素ガスとして供給する構成が容易に得られ、ユニット化により家庭用などにも容易に利用でき、小型化が容易に図れる。また、改質ユニット300は、熱交換装置640や気化器630とも合わせたユニット構成としている。このため、より良好な熱効率が容易に得られるとともに、小型化が容易に図れる。
Furthermore, as a unit configuration, both the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 are incorporated together with the reformer 620.
For this reason, the reformed gas reformed by the reformer 620 is immediately processed by the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830, so that, for example, a configuration for supplying hydrogen gas for the fuel cell 200 can be easily obtained. It can be easily used for home use and the like, and can be downsized easily. Further, the reforming unit 300 has a unit configuration combined with the heat exchange device 640 and the vaporizer 630. For this reason, better thermal efficiency can be easily obtained, and downsizing can be easily achieved.

また、水蒸気を生成させる構成として、熱交換装置640のみならず、CO変成器820およびCO選択酸化器830の過熱防止のための冷却水である純水181を流通させるCO変成冷却管824およびCO選択酸化冷却管834をそれぞれ設けている。
このため、高温の改質ガスをCO変成やCO除去のために冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料に混合して原料ガスを調製するための水蒸気を生成する構成とを共有化でき、構成のさらなる簡略化および熱効率のさらなる向上が得られる。
そして、CO変成器820のCO変成容器821を、一面が開口する略箱状のCO変成容器本体部821Aと、このCO変成容器本体部821Aの一面を閉塞して例えば溶接により取り付けられるCO変成容器蓋部821Bとにて構成している。同様に、CO選択酸化器830のCO選択酸化容器831を、一面が開口する略箱状のCO選択酸化容器本体部831Aと、このCO選択酸化容器本体部831Aの一面を閉塞して例えば溶接により取り付けられるCO選択酸化容器蓋部831Bとにて構成している。このため、CO変成容器821およびCO選択酸化容器831を容易に形成でき、製造性を向上できる。
さらに、CO選択酸化冷却管834からCO変成冷却管824へ冷却水となる純水181を流通させている。すなわち、CO選択酸化に必要な温度よりCO変成に必要な温度が高いことから、温度の低い順に冷却されることとなり、適正な温度で流通する純水181による各部位の冷却が得られ、良好な処理が得られる。
Further, as a configuration for generating steam, not only the heat exchange device 640 but also the CO conversion cooling pipe 824 and the CO conversion passage through which pure water 181 that is cooling water for preventing overheating of the CO conversion device 820 and the CO selective oxidizer 830 is circulated. A selective oxidation cooling pipe 834 is provided.
For this reason, it is possible to share a configuration in which a high-temperature reformed gas is cooled for CO conversion and CO removal and a configuration in which steam is generated to prepare raw material gas by mixing with liquid fuel that has been separately desulfurized, Further simplification of configuration and further improvement of thermal efficiency are obtained.
Then, the CO conversion container 821 of the CO converter 820 includes a substantially box-shaped CO conversion container main body 821A whose one surface is open, and a CO conversion container attached by, for example, welding by closing one surface of the CO conversion container main body 821A. It is comprised with the cover part 821B. Similarly, the CO selective oxidation container 831 of the CO selective oxidizer 830 is closed by substantially welding a box-shaped CO selective oxidation container main body portion 831A having one surface open and one surface of the CO selective oxidation container main body portion 831A, for example, by welding. It is comprised with the CO selective oxidation container cover part 831B attached. For this reason, the CO conversion container 821 and the CO selective oxidation container 831 can be easily formed, and the productivity can be improved.
Further, pure water 181 serving as cooling water is circulated from the CO selective oxidation cooling pipe 834 to the CO conversion cooling pipe 824. That is, since the temperature required for CO transformation is higher than the temperature required for CO selective oxidation, cooling is performed in order from the lowest temperature, and each part is cooled by pure water 181 flowing at an appropriate temperature, which is good. Processing is obtained.

そして、上記一実施形態では、改質ユニット300を、それぞれ連結して一体構成となる改質外装ケース610、配管外装ケース710およびCO除去外装ケース810内に収容した一体構成としている。
このため、改質ユニット300が略円塔状の構成となり、表面積を低減でき、熱損失を防止でき、エネルギ効率を向上できる。さらには、略円筒状に構成される簡単な構成の断熱部500にて断熱処理することが容易となり、施工性を向上できる。
また、上記一実施形態では、改質ユニット300として、改質容器622に対応する位置が上部ケース612の径小な段差状の略円塔状に構成している。
すなわち、最も高温となる改質容器622の位置における断熱材511Bの厚さが厚くなるので、その分を径小に形成することで、改質ユニット300の最大外径を最小限にすることができ、小型化が容易に図れる。
さらには、改質ユニット300は、外周面が段差のない円筒状に構成されることとなり、外観も向上できる。
In the above-described embodiment, the reforming unit 300 is integrated with the reforming outer case 610, the pipe outer case 710, and the CO removal outer case 810 that are integrally connected to each other.
For this reason, the reforming unit 300 has a substantially columnar configuration, the surface area can be reduced, heat loss can be prevented, and energy efficiency can be improved. Furthermore, it becomes easy to heat-treat with the heat insulation part 500 of the simple structure comprised in substantially cylindrical shape, and workability | operativity can be improved.
In the above-described embodiment, the reforming unit 300 is configured such that the position corresponding to the reforming vessel 622 is a substantially circular tower having a stepped shape with a small diameter of the upper case 612.
That is, since the thickness of the heat insulating material 511B at the position of the reforming vessel 622 that is the highest temperature is increased, the maximum outer diameter of the reforming unit 300 can be minimized by forming a correspondingly small diameter. Can be easily reduced in size.
Furthermore, the reforming unit 300 is configured in a cylindrical shape with no step on the outer peripheral surface, and the appearance can be improved.

そして、上記一実施形態では、改質ユニット300の断熱部500として、略円筒状のブロック形状としている。
このため、改質ユニット300の組み付けや保守点検のための解体などが容易にでき、製造性の向上や保守点検などの管理が容易にできる。特に、いわゆる半割形状である半円弧状のブロック体により略円筒状の断熱部500を構成している。このため、より改質ユニット300の組み付けや解体などが容易にできる。
また、中間断熱部520の配設状態で、中間断熱部520の上端面が段差となる下部ケース611の上端縁より所定の寸法となる改質外装ケース610などの熱膨張の寸法分以上で上方に位置する状態に構成している。
このため、改質外装ケース610などのユニット本体部400の熱膨張により、下部ケース611上に上部断熱部530が乗り上げる状態となって段差の位置となる中間断熱部520と上部断熱部530との間に隙間が生じて熱損失が生じる不都合を容易に防止できる。
In the above-described embodiment, the heat insulating portion 500 of the reforming unit 300 has a substantially cylindrical block shape.
Therefore, assembly of the reforming unit 300 and disassembly for maintenance and inspection can be facilitated, and manufacturability can be improved and management such as maintenance and inspection can be facilitated. In particular, the substantially cylindrical heat insulating portion 500 is configured by a semicircular arc block body having a so-called half shape. For this reason, the modification unit 300 can be assembled and disassembled more easily.
Further, when the intermediate heat insulating portion 520 is disposed, the upper end surface of the intermediate heat insulating portion 520 is higher than the thermal expansion dimension of the modified outer case 610 having a predetermined dimension from the upper edge of the lower case 611 where the upper end surface is a step. It is configured to be located in
For this reason, due to the thermal expansion of the unit main body 400 such as the reformed exterior case 610, the upper heat insulating part 530 rides on the lower case 611, and the intermediate heat insulating part 520 and the upper heat insulating part 530 are positioned at the level difference. It is possible to easily prevent the inconvenience that a gap is generated between them and heat loss occurs.

さらに、上記一実施形態では、改質ユニット300のユニット本体部400の外装ケースを構成する下部に位置するCO除去外装ケース810の下部に、外周面に外方へ鍔状に突出し断熱部500を載置支持する断熱材支持部812を設けている。
このため、改質ユニット300の必要部分の断熱が得られ、断熱部500を最小限にできるとともに、必要な部分を断熱するための断熱部500の位置ずれを防止でき、確実な断熱が簡単な構成で容易に得られる。
Further, in the above-described embodiment, the heat insulating portion 500 is protruded outwardly in a bowl shape on the outer peripheral surface at the lower portion of the CO removing outer case 810 positioned at the lower portion constituting the outer case of the unit main body 400 of the reforming unit 300. A heat insulating material support portion 812 for mounting and supporting is provided.
For this reason, the heat insulation of the required part of the reforming unit 300 is obtained, the heat insulating part 500 can be minimized, and the displacement of the heat insulating part 500 for heat insulating the required part can be prevented, and reliable heat insulation is simple. Easy to get in configuration.

また、上記一実施形態では、改質ユニット300における鉛直方向の上部にバーナユニット151を設け、このバーナユニット151の燃焼ガスを、改質ユニット300内を鉛直方向の下部へ流通させて、改質ユニット300の下部に設けた排ガス口811Cから排気している。
このため、バーナユニット151の燃焼ガスが流通する際にCO変成器820およびCO選択酸化器830を加熱することにより、燃焼ガスの熱エネルギを有効利用でき、エネルギ効率を向上できる。
In the above embodiment, the reformer unit 300 is provided with the burner unit 151 at the upper part in the vertical direction, and the combustion gas of the burner unit 151 is circulated through the reformer unit 300 to the lower part in the vertical direction. The exhaust gas is exhausted from an exhaust gas port 811C provided at the lower part of the unit 300.
For this reason, by heating the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 when the combustion gas in the burner unit 151 flows, the thermal energy of the combustion gas can be used effectively, and the energy efficiency can be improved.

そして、上記一実施形態では、改質ユニット300の上部に改質器620を配設するとともに下部にCO変成器820およびCO選択酸化器830を配設し、これら改質器620とCO変成器820およびCO選択酸化器830との間に配管部700を設けて配管している。
このため、燃料電池200の燃料ガスの原料となる液体燃料111および水蒸気として供給する純水181の取り合いが、改質ユニット300の中間位置からとなり、各配管の総長さが最短となり、装置の小型化や配管作業が容易にできる。さらに、配管の総長さが最短となることにより、漏れのリスクも低減でき、比較的に安価に製造できる。
また、燃料ガス流出管760を改質ユニット300の中間位置である配管位置から導出し、生成した燃料ガスを外部へ流出させている。
このため、例えば下部から燃料ガスを流出させる構成とした場合に、この流出する位置より燃料電池200が鉛直方向の上方に配設されることで、燃料ガス中の水蒸気分が凝縮して配管中に溜まる不都合を防止でき、燃料ガスを燃料電池200へ安定して供給させる構成が容易に得られる。
さらに、水蒸気生成手段である熱交換装置640を改質ユニット300の中間位置、すなわち、改質容器622と、CO変成器820およびCO選択酸化器830との間に位置して配設している。
このため、改質に必要となる改質容器622における温度、水蒸気を生成させるのに必要な温度、CO変成器820およびCO選択酸化器830の予熱に必要な温度が順に低くなるので、鉛直方向における上方から下方に従って順に温度が低くなる順の配置関係となる。したがって、バーナユニット151の燃焼ガスを利用するうえで必要とされる温度が高い順番で配置されているので、適正な温度の燃焼ガスによる各部位の加熱が得られ、良好な熱効率が容易に得られる。
In the above embodiment, the reformer 620 is disposed at the upper part of the reforming unit 300, and the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 are disposed at the lower part. The reformer 620 and the CO converter A piping unit 700 is provided between the 820 and the CO selective oxidizer 830 for piping.
For this reason, the liquid fuel 111, which is the raw material for the fuel gas of the fuel cell 200, and the pure water 181 supplied as water vapor are from the middle position of the reforming unit 300, the total length of each pipe is minimized, and the size of the apparatus is reduced. And piping work can be done easily. Furthermore, since the total length of the piping is the shortest, the risk of leakage can be reduced and the manufacturing can be made relatively inexpensively.
Further, the fuel gas outflow pipe 760 is led out from the piping position which is an intermediate position of the reforming unit 300, and the generated fuel gas is caused to flow out to the outside.
For this reason, for example, when the fuel gas is allowed to flow out from the lower portion, the fuel cell 200 is disposed above the flow-out position in the vertical direction, so that the water vapor content in the fuel gas is condensed and in the piping. Therefore, the fuel gas can be supplied stably to the fuel cell 200 with ease.
Further, a heat exchange device 640 serving as a steam generating means is disposed at an intermediate position of the reforming unit 300, that is, between the reforming vessel 622, the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830. .
For this reason, the temperature in the reforming vessel 622 necessary for reforming, the temperature necessary for generating steam, and the temperature necessary for preheating the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 are sequentially reduced in the vertical direction. The arrangement relationship is such that the temperature decreases in order from the upper side to the lower side. Therefore, since the temperature required for using the combustion gas of the burner unit 151 is arranged in the order of high temperature, each part can be heated by the combustion gas at an appropriate temperature, and good thermal efficiency can be easily obtained. It is done.

また、上記一実施形態では、改質ユニット300における鉛直方向の上部すなわち上端部にバーナユニット151を設けている。
このため、バーナユニット151の着脱が容易となり、バーナユニット151の保守点検などの管理が容易となる。特に上端部に設けることで、取付ボルト612Dによる着脱のみでよく、保守点検などの管理がより容易となるとともに、構成の簡略化が容易に得られる。
さらに、燃焼ガスを鉛直方向の略下方に向けて流出する状態にバーナユニット151を配設するとともに、バーナユニット151の下方に位置して上方に向けて開口する状態に整流管622Lを配設している。
このため、バーナユニット151からの液垂れや、運転停止時の整流管622Lの表面における水分などの凝縮など、バーナユニット151に液垂れすることを防止できる。したがって、液垂れによるバーナユニット151のつまりや損傷などを防止できるとともに、安定した燃焼ガスを発生でき、安定した運転が容易に得られる。
Further, in the above-described embodiment, the burner unit 151 is provided on the upper portion, that is, the upper end portion of the reforming unit 300 in the vertical direction.
Therefore, the burner unit 151 can be easily attached and detached, and management such as maintenance and inspection of the burner unit 151 is facilitated. In particular, by providing it at the upper end, it is only necessary to attach and detach with the mounting bolt 612D, and management such as maintenance and inspection becomes easier, and simplification of the configuration can be easily obtained.
Further, the burner unit 151 is disposed in a state in which the combustion gas flows out substantially downward in the vertical direction, and a rectifying pipe 622L is disposed in a state of being positioned below the burner unit 151 and opening upward. ing.
For this reason, it is possible to prevent liquid from dripping from the burner unit 151 such as liquid dripping from the burner unit 151 and condensation of moisture on the surface of the rectifying pipe 622L when operation is stopped. Therefore, the burner unit 151 can be prevented from being clogged or damaged by dripping, and a stable combustion gas can be generated, and a stable operation can be easily obtained.

さらに、上記一実施形態では、改質ユニット300として、燃料電池200の燃料ガスの原料となる液体燃料111および水蒸気として供給する純水181の取り合いとなる配管や、燃料ガスを外部へ流出する配管などを底部に設けない構成、すなわち、改質水供給管720、原料戻し管730、脱硫燃料供給管740、空気供給管750、燃料ガス流出管760および冷却水管770を中間部の配管部700で配管している。
このため、底部における配管のためのスペースを確保するための台座などが不要となり、改質ユニット300の設置スペースを縮小化できる。特に、中間部での配管により、配管処理が容易にできるとともに、原料の取り合いなどが最短距離ででき、装置の小型化や配管作業の向上などが容易に得られる。また、燃料電池システム100としてユニット化した際のケース内での改質ユニット300の配置が容易にできる。
Further, in the above-described embodiment, as the reforming unit 300, a pipe that is a joint between the liquid fuel 111 that is a raw material of the fuel gas of the fuel cell 200 and the pure water 181 that is supplied as water vapor, or a pipe that flows out the fuel gas to the outside. Etc., that is, a reforming water supply pipe 720, a raw material return pipe 730, a desulfurized fuel supply pipe 740, an air supply pipe 750, a fuel gas outflow pipe 760 and a cooling water pipe 770 in the intermediate pipe section 700. Piping.
For this reason, a pedestal or the like for securing a space for piping at the bottom is not necessary, and the installation space for the reforming unit 300 can be reduced. In particular, piping at the intermediate portion facilitates piping processing, enables raw materials to be brought together in the shortest distance, and facilitates downsizing of the apparatus and improvement of piping work. Further, the reforming unit 300 can be easily arranged in the case when the fuel cell system 100 is unitized.

また、上記一実施形態では、改質ユニット300のユニット本体部400の外装ケースを構成する改質外装ケース610、配管外装ケース710およびCO除去外装ケース810を鋼板にて円筒状に形成、特に鋼板の板巻き管を用いて形成している。
このため、任意の径寸法に容易に形成できるので、例えばいわゆる半割状の部材を合わせるなどの構成では寸法公差などにより内径が異なることで合わせることが困難となるなどの不都合が生じることがない。従って、あらかじめ適切な板厚にて円筒状に形成された板巻き管により、外装ケースを容易に形成できる。
In the above embodiment, the reforming outer case 610, the pipe outer case 710, and the CO removal outer case 810 constituting the outer case of the unit main body 400 of the reforming unit 300 are formed in a cylindrical shape with a steel plate, particularly a steel plate. It is formed using the plate winding tube.
For this reason, since it can be easily formed to have an arbitrary diameter, there is no inconvenience that, for example, a configuration in which so-called halved members are combined makes it difficult to match due to a difference in inner diameter due to a dimensional tolerance or the like. . Therefore, the exterior case can be easily formed by the plate-wound tube formed in a cylindrical shape with an appropriate plate thickness in advance.

そして、上述した改質ユニット300を燃料電池システム100として利用している。
このため、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
The reforming unit 300 described above is used as the fuel cell system 100.
For this reason, it is possible to provide a small system configuration that can generate power efficiently and stably, and it can be easily used for home use, and the use can be easily expanded.

〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
[Modification of Embodiment]
The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to each of the above-described embodiments, and within the scope of achieving the objects and effects of the present invention. Needless to say, variations and improvements are included in the content of the present invention. In addition, the specific structure and shape in carrying out the present invention may be used as other structures and shapes within the scope of achieving the object and effect of the present invention.

すなわち、本発明の改質ユニット300としては、上述したように、燃料電池システム100に利用する形態で説明したが、燃料電池システム100に利用する例えば水素ガス製造装置などとして、適用してもよい。
また、ユニット構成としては、上述したように、熱交換装置640、気化器630、CO変成器820、CO選択酸化器830の全てを組み込む構成に限られない。
さらに、CO変成器820およびCO選択酸化器830を対向する状態に配設したが、例えばCO変成器820およびCO選択酸化器830が上下方向に位置する状態に配設したり、いずれか一方を円柱状に形成していずれか他方を一方の外周側に環状に配設される状態に形成したりするなどしてもよい。
That is, as described above, the reforming unit 300 of the present invention has been described as being used in the fuel cell system 100, but may be applied as, for example, a hydrogen gas production apparatus used in the fuel cell system 100. .
Further, as described above, the unit configuration is not limited to a configuration in which all of the heat exchange device 640, the vaporizer 630, the CO converter 820, and the CO selective oxidizer 830 are incorporated.
Furthermore, although the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 are arranged to face each other, for example, the CO converter 820 and the CO selective oxidizer 830 are arranged in a state where they are positioned in the vertical direction, It may be formed in a columnar shape, and the other may be formed in a state of being annularly arranged on one outer peripheral side.

そして、CO変成器820に熱交換管827を設けて説明したが、CO選択酸化器830のみ、あるいは双方にそれぞれ設けてもよい。
また、熱交換管827は、上述したように、円筒状に限らず、多角形状や楕円筒状、星形状など、各種断面形状のものを利用できる。そして、鉛直方向に軸方向が略沿う状態に熱交換管827を設けて説明したが、この限りではなく、例えば、軸方向が水平方向に略沿う状態や、斜めとなる状態などとしてもよい。また、屈曲したり、螺旋状としたり、分岐したりするなどしてもよい。また、熱交換管827の触媒に接触する側となる外周面にフィンなどを設けて表面積が増大する構成としてもよい。
Further, the heat exchanger tube 827 is provided in the CO converter 820, but it may be provided only in the CO selective oxidizer 830 or both.
In addition, as described above, the heat exchange tube 827 is not limited to a cylindrical shape, and may have various cross-sectional shapes such as a polygonal shape, an elliptical cylindrical shape, and a star shape. In addition, the heat exchange pipe 827 is provided in a state in which the axial direction is substantially along the vertical direction, but the present invention is not limited to this. Further, it may be bent, spiraled or branched. In addition, a fin or the like may be provided on the outer peripheral surface of the heat exchange tube 827 that comes into contact with the catalyst to increase the surface area.

そして、CO選択酸化器830に不活性充填材を充填する構成を例示したが、CO変成器820に不活性充填材を充填してもよい。特に、CO選択酸化器830を用いずCO変成後に燃料電池200へ燃料ガスを供給しても損傷しない燃料電池200を用いる場合、CO変成器820におけるCO変成冷却管824の上流側で結露を生じるおそれがあることから、この領域に不活性充填材を充填する構成に特に有効である。
なお、CO選択酸化冷却管834を有するCO選択酸化器830を設ける場合、純水181は既に結露を生じない温度まで加熱されてCO変成器820に流入するので、CO変成器820に設ける必要はない。
そして、CO選択酸化器830を設けない構成で、CO変成器820のCO変成冷却管824に鉛直方向の下部から上部へ純水181が流通する構成とし、このCO変成冷却管824における上流側に対応する位置に不活性充填材を充填するとよい。すなわち、不活性充填材を充填する領域をCO変成触媒が充填される領域より鉛直方向の下方に位置させるとよい。この構成により、仮に結露が発生しても水分がCO変成触媒に滴下して失活させてしまう不都合を防止でき、より確実に結露による触媒失活を防止できる。さらには、一般的にCO変成触媒の比重よりアルミナ粒子の比重が重いため、CO変成区画板823Dを設けずとも、外部からの振動が加わってCO変成触媒と不活性充填材とが混合してしまう不都合も防止できる。したがって、区画する部材を省略でき、構成の簡略化が容易に得られ、製造性の向上およびコストの低減が容易に得られる。
なお、CO選択酸化器830を設けるがCO選択酸化冷却管834を設けない構成でも同様である。すなわち、CO変成器820における純水181の流通する上流側に対応する位置では結露を生じるおそれがあることから、この領域に不活性充填材を充填する。
In addition, although the configuration in which the CO selective oxidizer 830 is filled with the inert filler is illustrated, the CO converter 820 may be filled with the inert filler. In particular, when the fuel cell 200 that is not damaged even if the fuel gas is supplied to the fuel cell 200 after the CO conversion without using the CO selective oxidizer 830, dew condensation occurs on the upstream side of the CO conversion cooling pipe 824 in the CO converter 820. Since there exists a possibility, it is especially effective for the structure filled with an inert filler in this area | region.
When the CO selective oxidizer 830 having the CO selective oxidation cooling pipe 834 is provided, the pure water 181 has already been heated to a temperature at which no dew condensation occurs and flows into the CO converter 820. Therefore, it is necessary to provide the CO converter 820. Absent.
In addition, with the configuration in which the CO selective oxidizer 830 is not provided, the pure water 181 flows through the CO conversion cooling pipe 824 of the CO converter 820 from the lower part to the upper part in the vertical direction, and upstream of the CO conversion cooling pipe 824. A corresponding position may be filled with an inert filler. That is, the region filled with the inert filler is preferably positioned below the region filled with the CO shift catalyst in the vertical direction. With this configuration, even if dew condensation occurs, it is possible to prevent the inconvenience that moisture drops on the CO conversion catalyst and deactivates it, and more reliably prevents deactivation of the catalyst due to dew condensation. Furthermore, since the specific gravity of alumina particles is generally heavier than the specific gravity of the CO shift catalyst, the CO shift catalyst and the inert filler are mixed by external vibrations without providing the CO shift partition plate 823D. It is possible to prevent inconvenience. Therefore, the member to partition can be abbreviate | omitted, the simplification of a structure can be obtained easily, and the improvement of manufacturability and reduction of cost can be obtained easily.
The same applies to a configuration in which the CO selective oxidizer 830 is provided but the CO selective oxidation cooling pipe 834 is not provided. That is, in the CO transformer 820, condensation may occur at a position corresponding to the upstream side through which the pure water 181 flows, and thus this region is filled with an inert filler.

また、CO選択酸化器830のCO選択酸化冷却管834に鉛直方向の下部から上部へ純水181を流通させる構成を例示したが、CO変成器820のように、上部から下部へ流通する状態に配管してもよい。この構成によれば、冷却水管770、CO選択酸化冷却水834およびCO変成冷却管824の配管取り回しが容易となり、組立製造性を向上できる。   Further, the configuration in which the pure water 181 is circulated from the lower part to the upper part in the vertical direction in the CO selective oxidizer cooling pipe 834 of the CO selective oxidizer 830 is illustrated. However, like the CO converter 820, the pure water 181 is circulated from the upper part to the lower part. You may pipe. According to this configuration, the piping of the cooling water pipe 770, the CO selective oxidation cooling water 834, and the CO shift cooling pipe 824 can be easily performed, and assembly manufacturability can be improved.

そして、CO選択酸化冷却管834を純水181の流通する上流側となる充填材領域831C2の領域で螺旋ピッチが他の領域での螺旋ピッチより細かく形成したが、同ピッチに形成してもよい。   The CO selective oxidation cooling pipe 834 is formed with a finer pitch in the region of the filler region 831C2 on the upstream side through which the pure water 181 circulates, but may be formed in the same pitch. .

さらに、上記各実施形態において、改質容器622への原料ガスの供給および改質容器622からの改質ガスの流出の構成として、二重管構造の流通部622Pを用いることなく、例えば、改質容器622の軸方向の一端側から原料ガスを供給させ、他端側から改質ガスを回収するなど、いずれの構成も利用できる。   Further, in each of the above-described embodiments, as a configuration of supplying the raw material gas to the reforming vessel 622 and outflow of the reforming gas from the reforming vessel 622, for example, the modified portion is not used without using the double-pipe structure circulation portion 622P. Any configuration can be used such as supplying the raw material gas from one end side of the quality container 622 in the axial direction and recovering the reformed gas from the other end side.

また、整流管622Lを設けた構成としたが、設けずに燃焼筒部621Aの加熱による輻射熱を利用するなどしてもよい。
さらに、乱流部622L3を設けなくてもよい。また、乱流部622L3を整流管622Lの外周面に設けたが、例えば、燃焼筒部621Aの内周面に設けたり、整流管622Lの外周面と燃焼筒部621Aの内周面との間に配設したりするなどしてもよい。
Further, although the rectifying pipe 622L is provided, the radiant heat generated by heating the combustion cylinder portion 621A may be used without providing the rectifying pipe 622L.
Furthermore, the turbulent flow part 622L3 may not be provided. Further, the turbulent flow part 622L3 is provided on the outer peripheral surface of the rectifying pipe 622L. For example, the turbulent part 622L3 is provided on the inner peripheral surface of the combustion cylinder part 621A, or between It may be arranged on the surface.

そして、改質ユニット300の上端部に位置してバーナユニット151を設けて説明したが、上端に限らず、例えば上部ケース612の周面となる上部に位置して配設するなどしてもよい。
また、下方に向けて燃焼ガスを噴出する状態にバーナユニット151を配設したが、外周側から内周側に噴出させたり、外周側から周方向に渦流となるように噴出させたりするなどしてもよい。
同様に、排ガス口811CをCO除去外装ケース810の下部胴体部811に開口形成したが、例えばCO除去外装ケース810の底板部813に開口形成して排ガス管840を下部胴体部811の底板部813より下端側から延設させるなどしてもよい。すなわち、温度センサの配線のために底板部813にて上げ底状となっている部分を利用してもよい。
そして、外装ケースを構成する改質外装ケース610、配管外装ケース710およびCO除去外装ケース810を管材にて形成したが、管材にて形成する構成に限らず、例えば鋳造形成したもの、鋼板からプレス加工したものなど、各種構成を利用できる。
さらに、外装ケースとしては、改質外装ケース610、配管外装ケース710およびCO除去外装ケース810にて構成する他に、例えば改質外装ケース610、配管外装ケース710およびCO除去外装ケース810が一連となる一体構成としたり、2つあるいは4つ以上の部材を連結して構成したりするなどしてもよい。
また、各配管として、改質水供給管720、原料戻し管730、脱硫燃料供給管740、空気供給管750、燃料ガス流出管760および冷却水管770を鉛直方向の中間部である配管部700に集めた構成としたが、下部や上部など、底面から配管しない構成であればよい。さらには、各配管を中間部に集める構成に限らず、例えば排ガス管840のように、上部や下部に適宜配管してもよい。
In addition, the burner unit 151 is provided at the upper end of the reforming unit 300. However, the burner unit 151 is not limited to the upper end. For example, the reformer unit 300 may be disposed at the upper portion that is the peripheral surface of the upper case 612. .
Further, although the burner unit 151 is disposed in a state in which the combustion gas is ejected downward, the burner unit 151 is ejected from the outer peripheral side to the inner peripheral side, or from the outer peripheral side to be swirled in the circumferential direction. May be.
Similarly, the exhaust gas port 811C is formed in the lower body portion 811 of the CO removal exterior case 810. For example, the exhaust gas pipe 840 is formed in the bottom plate portion 813 of the CO removal exterior case 810 to form the exhaust gas pipe 840 in the bottom plate portion 813 of the lower body portion 811. You may extend from the lower end side. That is, the bottom plate portion 813 may have a raised bottom shape for the temperature sensor wiring.
Then, the modified outer case 610, the pipe outer case 710, and the CO removal outer case 810 constituting the outer case are formed of the pipe material. However, the present invention is not limited to the structure formed of the pipe material. Various configurations such as processed ones can be used.
Furthermore, as the exterior case, in addition to the modified exterior case 610, the piping exterior case 710, and the CO removal exterior case 810, for example, the modified exterior case 610, the piping exterior case 710, and the CO removal exterior case 810 are a series. Or may be configured by connecting two or four or more members.
Further, as each pipe, a reforming water supply pipe 720, a raw material return pipe 730, a desulfurized fuel supply pipe 740, an air supply pipe 750, a fuel gas outflow pipe 760, and a cooling water pipe 770 are connected to a pipe portion 700 which is an intermediate portion in the vertical direction. Although it was set as the collected structure, what is necessary is just the structure which does not pipe from bottom, such as a lower part and an upper part. Furthermore, it is not limited to the configuration in which the respective pipes are collected in the middle part, and for example, as in the exhaust gas pipe 840, the pipes may be appropriately provided in the upper part or the lower part.

また、液体燃料111を主要原料として発電する構成を例示したが、例えば原料ガスを主要原料として用い、例えば災害などで都市ガスが供給されない状態やLPGのボンベ残量が少ないなどにより原料ガスの供給が得られない場合に、制御装置がその旨を流量計や圧力計などにより検出し、適宜バルブを切り替えて原料ガスに代えて液体燃料111を供給して上述したように発電させてもよい。
さらに、利用者の手動切替により、液体燃料111と原料ガスとを適宜切り替えて供給させ発電させたり、液体燃料111と原料ガスとの燃料費と発電量とに基づいて、制御装置が自動的に供給させる原料を切り替えたりしてもよい。
Moreover, although the structure which produces electric power using the liquid fuel 111 as a main raw material was illustrated, for example, raw material gas is used as a main raw material, for example, supply of raw material gas by the state where city gas is not supplied by a disaster etc. May not be obtained, the control device may detect this by using a flow meter, a pressure gauge, or the like, and switch the valves as appropriate to supply the liquid fuel 111 instead of the raw material gas to generate power as described above.
Further, by manual switching of the user, the liquid fuel 111 and the raw material gas are switched and supplied to generate electric power, or the control device automatically operates based on the fuel cost and the power generation amount of the liquid fuel 111 and the raw material gas. You may change the raw material to supply.

そして、原料ガス供給管622Sに気化器630と原料戻し部622S2を設けて、液体燃料111と炭化水素原料ガスとの改質容器622への供給経路が一部共通する構成としたが、例えば水蒸気混合ガスの改質容器622への供給経路と、安全弁が作動して改質容器622内の気相成分を流出させる原料戻し管730を有する経路とが、それぞれ別々の配管構成としてもよい。なお、原料ガス供給管622Sの一部共通により、より構成の簡略化が得られるとともに、異なる原料でも水蒸気を混合させる構成が容易に得られ、構成の簡略化による小型化や製造性の向上なども容易に得られるので好ましい。   The raw material gas supply pipe 622S is provided with a vaporizer 630 and a raw material return unit 622S2, and the supply path of the liquid fuel 111 and the hydrocarbon raw material gas to the reforming vessel 622 is partially shared. The supply path of the mixed gas to the reforming container 622 and the path having the raw material return pipe 730 for operating the safety valve and allowing the gas phase component in the reforming container 622 to flow out may have different piping configurations. It should be noted that a part of the raw material gas supply pipe 622S can simplify the structure more easily, and can easily obtain a structure in which water vapor is mixed even with different raw materials. Is also preferable because it can be easily obtained.

また、下部断熱部510の配管下凹部512と、中間断熱部520の配管上凹部522とにて、配管のための開口を設ける構成を例示したが、例えば下部断熱部510または中間断熱部520のいずれかに配管のための凹部を設ける構成としてもよい。なお、いずれか一方に設ける場合には、組立性の点で、中間断熱部520に設ける構成とすることが好ましい。   Moreover, although the structure which provides the opening for piping in the piping lower recessed part 512 of the lower heat insulation part 510 and the piping upper recessed part 522 of the intermediate heat insulation part 520 was illustrated, for example of the lower heat insulation part 510 or the intermediate heat insulation part 520 It is good also as a structure which provides the recessed part for piping in either. In addition, when providing in either one, it is preferable to set it as the structure provided in the intermediate | middle heat insulation part 520 from the point of assembly property.

その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。   In addition, the specific structure and shape in the implementation of the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.

本発明は、灯油などの液体燃料や液化石油ガスなどの炭化水素原料ガスなど、炭化水素原料を含有する原料ガスを用いて、改質触媒中でバーナによる加熱で水素ガスを含有する改質ガスを生成させ、残留するCOを触媒にて除去する構成に利用できる。特に、燃料電池システムにおける改質ユニットとして有効に利用できる。   The present invention relates to a reformed gas containing hydrogen gas by heating with a burner in a reforming catalyst using a raw material gas containing a hydrocarbon raw material such as a liquid fuel such as kerosene or a hydrocarbon raw material gas such as liquefied petroleum gas. And the remaining CO can be removed with a catalyst. In particular, it can be effectively used as a reforming unit in a fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the present invention. 前記燃料電池システムにおける改質ユニットの概略構成を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows schematic structure of the reforming unit in the said fuel cell system. 前記改質ユニットの改質部の改質外装ケース内の概略構成を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows schematic structure in the modification | reformation exterior case of the modification part of the said modification unit. 前記改質ユニットの改質部を示す底面図である。It is a bottom view which shows the modification part of the said modification unit. 前記改質部の燃焼室部の概略構成を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows schematic structure of the combustion chamber part of the said modification | reformation part. 前記改質部の整流管を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the rectification | straightening pipe | tube of the said modification part. 前記改質容器の外側筒状体に取り付けられた保持リング部を示す平面図である。It is a top view which shows the holding | maintenance ring part attached to the outer side cylindrical body of the said modification | reformation container. 前記改質ユニットの熱交換装置を示す側面図である。It is a side view which shows the heat exchange apparatus of the said modification | reformation unit. 前記改質ユニットの配管部の配管外装ケースを示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the piping exterior case of the piping part of the said modification | reformation unit. 前記配管外装ケースを示す平面断面図である。It is a plane sectional view showing the piping exterior case. 前記改質ユニットのユニット本体部の配管部における配管状態を示す一部を切り欠いた平面図である。It is the top view which notched a part which shows the piping state in the piping part of the unit main-body part of the said modification | reformation unit. 前記改質ユニットのCO除去部のCO除去外装ケースを示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the CO removal exterior case of the CO removal part of the said modification | reformation unit. 前記CO除去部のCO変成器を示す側面図である。It is a side view which shows the CO transformer of the said CO removal part. 前記CO変成器を示す一部を切り欠いた正面図である。It is the front view which notched a part which shows the said CO transformer. 前記CO変成器を示す平面図である。It is a top view which shows the said CO transformer. 前記CO除去部のCO選択酸化器を示す側面図である。It is a side view which shows the CO selective oxidizer of the said CO removal part. 前記CO選択酸化器を示す一部を切り欠いた正面図である。It is the front view which notched a part which shows the said CO selective oxidizer. 前記CO選択酸化器を示す平面図である。It is a top view which shows the said CO selective oxidizer. 前記CO選択酸化器の区画板を示す平面図である。It is a top view which shows the partition plate of the said CO selective oxidizer.

符号の説明Explanation of symbols

100………燃料電池システム
111………液体燃料
151………加熱装置であるバーナユニット
200………燃料電池
210………酸素含有気体供給手段としてのブロワ
300………改質ユニット
610………筐体を構成する改質外装ケース
620………改質器
710………筐体を構成する配管外装ケース
810………筐体を構成するCO除去外装ケース
820………CO除去器としてのCO変成器
821………ケース体としてのCO変成容器
821B1…流出口としての改質ガス流出口
823A……拡散領域としてのガス拡散領域
823B……収束領域としてのガス収束領域
823C……反応領域としてのCO変成反応領域
827………熱交換管
830………CO除去器としても機能するCO選択酸化器
831………ケース体としてのCO選択酸化容器
831C1…拡散領域
831C2…反応領域
831C3…収束領域としても機能し得る充填材領域
831C4…収束領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ......... Fuel cell system 111 ......... Liquid fuel 151 ......... Burner unit 200 which is a heating device 200 ......... Fuel cell 210 ......... Blower 300 as an oxygen-containing gas supply means ......... Reforming unit 610 ... ...... Modified exterior case 620 ......... Reformer 710 ......... Pipe exterior case 810 composing casing 810 ... CO removal exterior case 820 composing casing ...... CO remover CO converter 821 as a CO body 821B1 as a casing body 821B1 reformed gas outlet as an outlet 823A gas diffusion area as a diffusion area 823B gas convergence area as a convergence area 823C CO conversion reaction region 827 as a reaction region ......... Heat exchange tube 830 ......... CO selective oxidizer 831 that also functions as a CO remover ......... Case CO selective oxidation vessel 831C1 ... diffusion region 831C2 ... filler region 831C4 ... converging region also can function as a reaction region 831C3 ... converging region as

Claims (6)

液体燃料および炭化水素原料ガスのうちの少なくともいずれか一方を水蒸気とともに改質触媒中で加熱装置にて加熱して水素ガス(H2)を含有する改質ガスを生成させる改質器と、この改質器で生成された前記改質ガスを触媒と接触させて残留する一酸化炭素(CO)を除去するCO除去器とを、1つの筐体内に収容した改質ユニットであって、
前記CO除去器は、
前記触媒が充填される収容空間を内部に有し、前記収容空間に連通し前記改質ガスが流入される流入口および前記触媒に接触された前記改質ガスを流出する流出口を有したケース体と、
内周面が前記ケース体の外部に連通する状態に前記ケース体に貫通して設けられた熱交換管と、を備えた
ことを特徴とした改質ユニット。
A reformer configured to generate a reformed gas containing hydrogen gas (H 2 ) by heating at least one of a liquid fuel and a hydrocarbon feed gas together with steam in a reforming catalyst in a heating device; A reforming unit in which a CO remover that removes residual carbon monoxide (CO) by bringing the reformed gas generated in a reformer into contact with a catalyst is housed in one housing;
The CO remover is
A case having an accommodating space filled with the catalyst therein, an inlet that communicates with the accommodating space and into which the reformed gas flows, and an outlet that flows out the reformed gas in contact with the catalyst Body,
And a heat exchange pipe provided through the case body in a state in which an inner peripheral surface communicates with the outside of the case body.
請求項1に記載の改質ユニットであって、
前記熱交換管は、軸方向が鉛直方向に略沿った状態に設けられた
ことを特徴とした改質ユニット。
The reforming unit according to claim 1,
The reforming unit, wherein the heat exchange pipe is provided in a state in which an axial direction is substantially along a vertical direction.
請求項1または請求項2に記載の改質ユニットであって、
前記CO除去器は、前記触媒として前記残留するCOを変成するCO変成触媒が充填された
ことを特徴とした改質ユニット。
The reforming unit according to claim 1 or 2,
The reformer unit, wherein the CO remover is filled with a CO shift catalyst that converts the residual CO as the catalyst.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の改質ユニットであって、
前記CO除去器は、前記触媒が前記流入口および前記流出口の間に前記流入口および前記流出口の開口縁から離間する位置に充填された
ことを特徴とした改質ユニット。
A reforming unit according to any one of claims 1 to 3,
The reformer unit, wherein the CO remover is packed in a position where the catalyst is separated from an opening edge of the inlet and the outlet between the inlet and the outlet.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の改質ユニットであって、
前記ケース体の収容空間には、前記流入口に連通する拡散領域と、前記流出口に連通する収束領域と、前記拡散領域および前記収束領域との間に前記改質ガスを流通可能に連通し前記触媒が充填される反応領域と、が区画形成された
ことを特徴とした改質ユニット。
A reforming unit according to any one of claims 1 to 3,
In the housing space of the case body, the reformed gas communicates between the diffusion region communicating with the inflow port, the convergence region communicating with the outflow port, and the diffusion region and the convergence region. A reforming unit characterized in that a reaction zone filled with the catalyst is partitioned.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の改質ユニットと、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記改質ユニットで生成された改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
The reforming unit according to any one of claims 1 to 5,
An oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas;
A fuel cell that generates power using the reformed gas generated by the reforming unit and the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply means;
A fuel cell system comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101972321B1 (en) * 2019-03-13 2019-04-25 국방과학연구소 Fuel reformer

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