JP2010235427A - Fuel reformer and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化水素系の原燃料を改質して燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器と、それら複数の反応器を内部に収容する外装容器とを備える燃料改質装置、及び、その製造方法に関する。 The present invention includes a plurality of reactors for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component of a fuel cell, and the plurality of reactors accommodated therein. The present invention relates to a fuel reformer including an outer container and a manufacturing method thereof.
燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスは、天然ガスなどの炭化水素を含む原燃料を水蒸気改質して得るのが一般的である。原燃料の水蒸気改質によって水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置において、その水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、燃焼用ガスを燃焼させることで得た燃焼熱を水蒸気改質反応に必要な熱として供給する必要がある。特許文献1には、燃焼部を取り囲むように筒状の水蒸気改質部が設けられた多重円筒管型の燃料改質装置が記載されている。多重円筒管型の燃料改質装置は、燃焼部で得た燃焼熱を効率良く水蒸気改質部に伝達できるため、高い熱効率が得られる。また、外観上は単純な円柱構造物となっており、且つ、高温部分(燃焼部)が最表面に露出していないため、高性能な断熱材が不要であることに加えて、断熱施工が容易であるというメリットがある。一方で、多重円筒管型の燃料改質装置は反応器の内部構造が複雑であり、特に家庭用途などの小型の多重円筒管型の燃料改質装置の場合は、反応器の製造コストは高くなるというデメリットがある。
The reformed gas containing hydrogen as a main component as a fuel for a fuel cell is generally obtained by steam reforming a raw fuel containing a hydrocarbon such as natural gas. In a fuel reformer that generates reformed gas containing hydrogen as the main component by steam reforming of the raw fuel, the steam reforming reaction is an endothermic reaction, so the combustion heat obtained by burning the combustion gas is reduced. It is necessary to supply heat necessary for the steam reforming reaction.
特許文献2には、多重円筒管型とは異なる構造の燃料改質装置が記載されている。特許文献2に記載の燃料改質装置は、改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成される反応器(燃焼部、水蒸気改質部など)を複数備え、それら複数の反応器(平板型モジュール)を並列に密着して並べて構成してある。このタイプの燃料改質装置は、複数の反応器を密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて反応器の内部構造が単純なので、反応器の製造コストを低くできるというメリットがある。
特許文献2に記載の燃料改質装置では、各反応器を接続する配管の形状が複雑になる。例えば、各反応器の処理空間は反応器の外部で配管により互いに接続されており、反応器自体の形状も、複数の皿形状の容器形成用部材をそれらの間に板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して二つの処理空間を備えるように構成されており、溶接部分が外側に突出している。
従って、特許文献2に記載の燃料改質装置では、複数の板状に成型した断熱材に対して、配管接続の形状や反応器の溶接部分などの位置に合わせた複雑な穴加工や溝加工を施した上で、それらの板状断熱材を組み合わせて断熱施工を行う必要があった。そのため、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストが高くなるというデメリットが生じていた。
In the fuel reformer described in
Therefore, in the fuel reformer described in
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置及びその製造方法を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel reforming apparatus that has a simple structure and that can reduce the cost of heat insulation work, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料改質装置の特徴構成は、炭化水素系の原燃料を改質して燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器と、前記複数の反応器を内部に収容する外装容器とを備え、
前記反応器は、前記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成され、
複数の前記反応器は、並列に密着して並べられた状態で前記外装容器の内部に収容され、
前記外装容器の内部に充填された粒状断熱材により前記複数の反応器が前記外装容器から断熱されている点にある。
In order to achieve the above object, the fuel reforming apparatus according to the present invention is characterized by reforming a hydrocarbon-based raw fuel to generate a reformed gas containing hydrogen as a main component of a fuel cell. A plurality of reactors, and an outer container containing the plurality of reactors inside,
The reactor is configured as a flat module with a processing space used in the reformed gas generation processing step inside,
The plurality of reactors are housed inside the outer container in a state of being closely arranged in parallel,
The plurality of reactors are insulated from the outer container by the granular heat insulating material filled in the outer container.
上記特徴構成によれば、外装容器に収容された、並列に密着して並べられた状態の複数の反応器の断熱は、外装容器の内部に充填される粒状断熱材によって確実に行われる。つまり、粒状断熱材を用いることで、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストがほとんど不要になる。また、燃料改質装置を製造するに際して複数の反応器(平板型モジュール)を互いに密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて反応器の内部構造は単純になり且つ製造コストを低くできる。
従って、構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置を提供できる。
According to the above characteristic configuration, the heat insulation of the plurality of reactors housed in the outer container and arranged in close contact in parallel is reliably performed by the granular heat insulating material filled in the outer container. That is, by using the granular heat insulating material, the processing cost of the heat insulating material and the assembly cost including the heat insulating material become almost unnecessary. In addition, since a plurality of reactors (flat plate modules) may be arranged in close contact with each other when manufacturing a fuel reformer, the internal structure of the reactor becomes simpler than a multi-cylindrical tube type fuel reformer. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
Therefore, it is possible to provide a fuel reforming apparatus that has a simple structure and can reduce the cost of heat insulation work.
本発明に係る燃料改質装置の別の特徴構成は、前記複数の反応器の前記処理空間は、前記反応器の外部で配管により互いに接続されている点にある。 Another characteristic configuration of the fuel reformer according to the present invention is that the processing spaces of the plurality of reactors are connected to each other by piping outside the reactor.
上記特徴構成によれば、前記配管の形状が複雑であっても、複数の反応器及び配管の断熱は、外装容器の内部に充填される粒状断熱材によって容易に且つ確実に行うことができる。 According to the above characteristic configuration, even if the shape of the pipe is complicated, the heat insulation of the plurality of reactors and the pipe can be easily and reliably performed by the granular heat insulating material filled in the exterior container.
本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記反応器は、複数の皿形状の容器形成用部材を、それらの間に板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている点にある。 Still another characteristic configuration of the fuel reformer according to the present invention is that the reactor is connected by welding a plurality of dish-shaped container forming members with a plate-shaped partition member positioned therebetween. Thus, there are two processing spaces.
上記特徴構成によれば、二つの処理空間を備えた反応器を用いることにより、反応器の設置数を少なくすることができ、それに伴って、組立作業を簡略化することができる。更に、この二つの処理空間を備えた反応器を用いて、互いに熱交換させる必要のある二つの処理空間を形成することにより、効率よく熱交換させて熱効率を向上させることができる。 According to the above characteristic configuration, the number of reactors installed can be reduced by using a reactor having two processing spaces, and as a result, assembly work can be simplified. Furthermore, by using the reactor provided with these two processing spaces, two processing spaces that need to be heat-exchanged with each other are formed, so that heat can be efficiently exchanged and the thermal efficiency can be improved.
本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記外装容器が、金属、樹脂及びセラミックスの何れかで構成される点にある。 Yet another characteristic configuration of the fuel reformer according to the present invention is that the outer container is made of any one of metal, resin, and ceramics.
上記特徴構成によれば、金属、樹脂及びセラミックスの何れかを用いることで、外装容器としての必要な強度と加工のし易さを得ることができる。 According to the above characteristic configuration, by using any one of metal, resin, and ceramics, it is possible to obtain the necessary strength and ease of processing as an outer container.
上記目的を達成するための本発明に係る燃料改質装置の製造方法の特徴構成は、上記特徴構成の何れかを備える燃料改質装置の製造方法であって、
並列に密着して並べられ、前記反応器の外部で配管により前記処理空間が互いに接続された状態の前記複数の反応器で構成される装置本体を、前記外装容器の一部を構成する下部容器に設置した状態で前記粒状断熱材を前記下部容器に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する側面部材を前記下部容器に組み付けて前記装置本体の側面を取り囲んだ状態で前記粒状断熱材を前記側面部材の内側に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する上面部材を前記側面部材に組み付けて前記外装容器に蓋をする工程と、を有する点にある。
In order to achieve the above object, a characteristic configuration of a method for manufacturing a fuel reformer according to the present invention is a method for manufacturing a fuel reformer including any one of the above-described characteristic configurations,
An apparatus main body composed of the plurality of reactors arranged in close contact in parallel and connected to each other by piping outside the reactor, and a lower container constituting a part of the outer container Filling the lower container with the granular heat insulating material in a state installed in
A step of assembling a side surface member constituting a part of the exterior container to the lower container and filling the granular heat insulating material inside the side surface member in a state of surrounding the side surface of the apparatus main body;
A step of assembling an upper surface member constituting a part of the outer container to the side member and covering the outer container.
上記特徴構成によれば、外装容器に収容された、並列に密着して並べられた状態の複数の反応器の断熱は、外装容器の内部に充填される粒状断熱材によって確実に行われる。つまり、粒状断熱材を用いることで、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストが大幅に低減される。また、燃料改質装置を製造するに際して複数の反応器を互いに密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて反応器の構造は単純で且つ製造コストを低くできる。
加えて、粒状断熱材を充填し難い装置本体の下部には、側面部材及び上面部材を組み付けない状態で粒状断熱材の充填が行われる。その結果、装置本体の下部に対して確実に粒状断熱材を充填できる。そして、装置本体の下部に対して確実に粒状断熱材を充填した後で、装置本体の側面を取り囲む側面部材を組み付けて、装置本体の全体を粒状断熱材で覆うことができる。
According to the above characteristic configuration, the heat insulation of the plurality of reactors housed in the outer container and arranged in close contact in parallel is reliably performed by the granular heat insulating material filled in the outer container. That is, by using the granular heat insulating material, the processing cost of the heat insulating material and the assembly cost including the heat insulating material are greatly reduced. In addition, since a plurality of reactors may be arranged in close contact with each other when manufacturing the fuel reformer, the structure of the reactor is simple and the manufacturing cost can be reduced as compared with a multi-cylinder tube type fuel reformer.
In addition, the lower part of the apparatus main body that is difficult to be filled with the granular heat insulating material is filled with the granular heat insulating material in a state where the side surface member and the upper surface member are not assembled. As a result, the granular heat insulating material can be reliably filled into the lower portion of the apparatus main body. And after filling a granular heat insulating material with respect to the lower part of an apparatus main body reliably, the side member surrounding the side surface of an apparatus main body can be assembled | attached, and the whole apparatus main body can be covered with a granular heat insulating material.
本発明に係る燃料改質装置の製造方法の別の特徴構成は、前記粒状断熱材を充填するときに前記外装容器に振動を加える点にある。 Another characteristic configuration of the fuel reformer manufacturing method according to the present invention is that vibration is applied to the outer container when the granular heat insulating material is filled.
上記特徴構成によれば、振動を加えることで粒状断熱材同士の隙間を小さくして粒状断熱材の充填率を上げることができる。その結果、装置本体の断熱を更に確実に行える。 According to the above characteristic configuration, by applying vibration, the gap between the granular heat insulating materials can be reduced and the filling rate of the granular heat insulating materials can be increased. As a result, it is possible to further reliably insulate the apparatus main body.
以下に、図面を参照して、発電出力700W級の家庭用燃料電池システムにおいて、炭化水素系の原燃料を改質して、燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置の構成について説明する。
図1は、燃料改質装置の構成を説明する図である。図1に示すように、燃料改質装置Rが備える装置本体Mは、改質ガスを生成するための複数の反応器(脱硫処理部1、水蒸気生成部2、燃焼部4、水蒸気改質部3、変成処理部5、選択酸化部6)を有する。図1において、装置本体Mは断面図で示す。以下に説明するように、装置本体Mは外装容器Cに収容される。図2は、装置本体Mが外装容器Cに収容されている状態を説明する図であり、図3は、装置本体Mと外装容器Cとを備える燃料改質装置Rの斜視図である。図2及び図3に示すように、外装容器Cの内部に充填された粒状断熱材Kにより、複数の反応器を有する装置本体Mは外装容器Cから断熱されている。
In the following, referring to the drawings, in a household fuel cell system with a power generation output of 700 W, reforming a hydrocarbon-based raw fuel to produce a reformed gas mainly composed of hydrogen as fuel for the fuel cell The structure of the fuel reforming apparatus will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a fuel reformer. As shown in FIG. 1, the apparatus main body M included in the fuel reformer R includes a plurality of reactors (
まず、脱硫処理部1から選択酸化部6に至るガスの流路について説明する。
図1に示すように、原燃料ガス用熱交換器Eaの原燃料ガス通流部16に原燃料ガス供給路21を接続して、そこから原燃料ガスを供給する。そして、原燃料ガス通流部16、脱硫処理部1、被改質ガス用熱交換器Epの被改質ガス通流部13、水蒸気改質部3、保温用通流部7、被改質ガス用熱交換器Epの上流側改質処理ガス通流部12、原燃料ガス用熱交換器Eaの下流側改質処理ガス通流部15、変成処理部5、選択酸化部6の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路22で接続している。
First, the gas flow path from the
As shown in FIG. 1, a raw fuel
脱硫処理部1は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガス(炭化水素系の原燃料)を脱硫処理する。水蒸気生成部2は、燃焼部4から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部11と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部11による加熱にて蒸発させる蒸発部Vとを有する。燃焼部4は、燃焼用ガスを燃焼して燃焼熱を発生させる。燃焼用ガスとしては、燃料電池(図示せず)から排出された排燃料ガス(発電反応に用いられなかった水素を含むガス)を用いることができ、原燃料ガスを燃焼用ガスとして用いることもできる。水蒸気改質部3は、燃焼部4で発生された燃焼熱を利用して原燃料ガスを水蒸気改質して上記改質ガスを生成する。具体的には、水蒸気改質部3には、ルテニウム、ニッケル、白金などの改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填される。水蒸気改質部3には、改質処理温度(即ち、反応器の温度)を検出する温度センサ38が設けられている。そして、水蒸気改質部3に被改質ガス(後述する脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス)を通流させて、原燃料ガスを水素と一酸化炭素と二酸化炭素とを含む改質ガスに改質する。原燃料ガスが、メタンを主成分とする天然ガスである場合、水蒸気改質部3では、燃焼部4による例えば650℃〜750℃程度の加熱下でメタンと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含むガスに改質処理される。
The
〔化1〕
CH4+H2O→CO+3H2
〔化2〕
CH4+2H2O→CO2+4H2
[Chemical formula 1]
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2
[Chemical 2]
CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2
変成処理部5は、水蒸気改質部3にて生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減するように処理する。具体的には、変成処理部5においては、改質処理ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが、例えば200℃〜300℃程度の反応温度で下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理される。
The
〔化3〕
CO+H2O→CO2+H2
[Chemical formula 3]
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
選択酸化部6は、変成処理部5から排出される変成処理ガス中に残留している一酸化炭素を除去する。具体的には、選択酸化部6においては、ルテニウムや白金、パラジウム、ロジウム等の触媒作用によって、100℃〜200℃程度の反応温度で変成処理ガス中に残っている一酸化炭素が、添加された空気中の酸素によって酸化される。その結果、一酸化炭素濃度の低い(例えば10ppm以下)、水素リッチな燃料ガスが生成される。
生成された燃料ガスは、燃料ガス路23を通じて燃料電池に供給される。本実施形態では、選択酸化部6から排出された選択酸化処理ガス(燃料電池に供給される燃料ガス)の温度は100℃〜200℃程度であり、例えば固体高分子型の燃料電池の動作温度は70℃〜80℃程度であるので、燃料ガス路23には、選択酸化部6から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池の動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器(図示せず)が設けられている。
また、上述したように、燃料電池から排出される排燃料ガス(発電反応に用いられなかった水素を含むガス)は、排燃料ガス路24を通じて一対のパイプバーナ44に燃焼用ガスとして供給される。
The
The generated fuel gas is supplied to the fuel cell through the
Further, as described above, the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell (a gas containing hydrogen that has not been used in the power generation reaction) is supplied as a combustion gas to the pair of
〔水蒸気生成部への原料水の供給経路〕
次に、水蒸気生成部2の蒸発部Vへの原料水の供給経路について説明する。
変成処理部5と選択酸化部6とを接続するガス処理用流路22には、原料水供給路25を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器17と、更に、もう1つの水冷熱交換器(図示せず)と、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ34とが順に設けられている。
更に、原料水供給路25における原料水予熱用熱交換器17よりも下流側の箇所には、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部18が設けられている。蛇行状通流部18は、装置本体Mの外壁部のうちの、燃焼部4を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けられる。その結果、装置本体Mの外壁部からの伝導熱および輻射熱により、蛇行状通流部18を通流する原料水が予熱される。
以上のようにして、水蒸気生成部2の蒸発部Vに供給する原料水を、原料水予熱用熱交換器17及び蛇行状通流部18を用いて予熱する。
[Supply water supply path to the steam generator]
Next, the supply path of the raw material water to the evaporation part V of the water
In the gas
Further, a
As described above, the raw water supplied to the evaporation section V of the water
〔燃焼部等の装置構成〕
燃焼部4は、燃焼用ガス(排燃料ガス)を火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部4Fと、その有炎燃焼部4Fに対して、その有炎燃焼部4Fの火炎形成方向下流側に配置されて、有炎燃焼部4Fにて燃焼しなかった燃焼用ガスを燃焼触媒4cにて燃焼させる触媒燃焼部4Cを備える。有炎燃焼部4Fには、改質装置用の加熱バーナとしての一対のパイプバーナ44が設けられる。パイプバーナ44にはイグナイタ4iを用いて点火される。燃焼部4の外表面の最高温度は例えば600℃〜700℃である。
[Device configuration such as combustion section]
The
図1において一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用空気が、燃焼用ブロア28から燃焼用空気路29を通って一対のパイプバーナ44に供給される。
更に、燃焼用ブロア28に接続した酸化用空気供給路31が、変成処理部5と選択酸化部6とを接続するガス処理用流路22に接続される。それにより、燃焼用ブロア28からの空気は酸化用空気として選択酸化部6に供給される。但し、酸化用空気供給路31には開閉弁35が設けられており、開閉弁35を閉止作動させることで選択酸化部6への空気の供給を遮断可能である。
As indicated by a one-dot chain line arrow in FIG. 1, combustion air is supplied from the
Further, an oxidizing
〔装置本体Mを通流するガスの熱交換〕
次に、装置本体Mを通流するガスの熱交換について説明する。
燃料改質装置の装置本体Mには、水蒸気改質部3から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、水蒸気改質部3を保温する保温用通流部7と、高温の改質処理ガスにより水蒸気改質部3に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Epと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部1に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Eaと、変成処理部5を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部8と、変成処理部5および選択酸化部6を冷却する冷却用ファン10とが設けられている。
[Heat exchange of gas flowing through the device body M]
Next, heat exchange of gas flowing through the apparatus main body M will be described.
A high temperature reforming treatment gas discharged from the
被改質ガス用熱交換器Epでは、保温用通流部7から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部12と、水蒸気改質部3に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部13との熱交換が行われる。
原燃料ガス用熱交換器Eaでは、上流側改質処理ガス通流部12から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部15と、脱硫処理部1に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部16との熱交換が行われる。
In the to-be-reformed gas heat exchanger Ep, the reforming gas to be supplied to the upstream reforming process
In the raw fuel gas heat exchanger Ea, the downstream reforming process
〔水蒸気と原燃料ガスとの混合〕
原燃料ガス供給路21から供給される原燃料ガスを脱硫処理部1で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと水蒸気路26からの水蒸気とを混合する。具体的には、図1に示すように、装置本体Mにおいて、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路25を水蒸気生成部2の蒸発部Vに接続し、蒸発部Vにて生成された水蒸気を送出する水蒸気路26を、脱硫処理部1と被改質ガス通流部13とを接続するガス処理用流路22に接続する。その結果、ガス処理用流路22を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気が混合される。
[Mixing of steam and raw fuel gas]
The raw fuel gas supplied from the raw fuel
〔燃焼部から排出される燃焼ガスの利用形態〕
図1において、破線矢印にて示すように、燃焼部4から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部11、変成部冷却用通流部8の順に流すように、それら燃焼部4、水蒸気生成用加熱通流部11、変成部冷却用通流部8が燃焼ガス路27により接続されている。そして、水蒸気生成用加熱通流部11においては、燃焼ガスによって蒸発部Vを加熱し、変成部冷却用通流部8においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部5を冷却する。
[Usage form of combustion gas discharged from the combustion section]
In FIG. 1, as indicated by broken line arrows, the combustion gas discharged from the
〔燃料改質装置の装置本体の構成〕
図1及び図2に示すように、燃料改質装置Rが備える複数の反応器(脱硫処理部1、水蒸気生成部2、燃焼部4、水蒸気改質部3、変成処理部5、選択酸化部6)は、上記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとしての容器Bを用いて形成される。それら複数の容器B(複数の反応器:平板型モジュール)は、並列に密着して並べられた状態で装置本体Mを構成する。複数の容器Bを並べるに当たっては、上述したような伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で並べ、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材19を介在させた状態で並べてある。また、容器Bは、皿形状の容器形成用部材b1を、それらの間に板状の仕切り部材b2を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている。本実施形態では、図1に示すように、燃焼部4を直接覆うように設けられている断熱材19は皿状容器部材b1で覆われ、その皿状容器部材b1は板状部材b2に溶接接続される。従って、図2に示すように、燃焼部4を取り囲んでいる断熱材19は装置本体Mの外部からは見えない。
更に、図示しないが、並列に密着して並べられた状態の複数の容器Bを、並び方向に沿った両方から金属製のパネルなどで挟んで固定している。それにより、複数の容器B(装置本体M)を一体として取り扱うことができる。
[Configuration of fuel reformer main unit]
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of reactors (
Furthermore, although not shown in figure, the some container B of the state arrange | positioned closely in parallel is pinched | interposed and fixed by the metal panels etc. from both along the arrangement direction. Thereby, a plurality of containers B (apparatus body M) can be handled as one.
図4は、外装容器Cの上下方向と垂直な方向に向けて並列に密着して並べられた容器Bを配管P(例えば、ガス処理用流路22、燃料ガス路23、排燃料ガス路24、原料水供給路25、水蒸気路26、燃焼ガス路27、燃焼用空気路29)で接続する方法を説明する図である。尚、図4は、容器Bを配管Pで接続する方法を例示する目的で描いたものであり、実際の配管Pの寸法、位置及び形状とは異なる。同様に、図2に示す配管Pも例示目的で描いたものである。
FIG. 4 shows a pipe P (for example, a gas
図2及び図4に示すように、容器Bには、配管Pの一部を構成する接続部47が上下方向に向けて溶接接続されている。そして、接続部47同士が、U字型の配管P(ガス処理用流路22、燃料ガス路23、排燃料ガス路24、原料水供給路25、水蒸気路26、燃焼ガス路27、燃焼用空気路29)で接続される。その結果、上述した複数の反応器の内部の処理空間が、配管Pで接続される。
以上のようにして、装置本体Mを構成する複数の容器B(反応器)の処理空間の少なくとも一対又は全部が、容器Bのそれぞれから上下方向に引き出される配管Pによって接続される。
また、図示していないが、外装容器Cの側面部材C2には、原燃料ガス供給路21や燃料ガス路23、排燃料ガス路24、原料水供給路25、燃焼用空気路29などを形成する配管径とほぼ同様の孔があけられていて、その孔を通して、それらの配管が燃料改質装置Rの外側に張り出しており、燃料改質装置Rの外部にある原燃料供給設備や原料水供給設備、燃焼用ブロア28、燃料電池などと接続されている。さらに、外装容器Cの側面部材C2には、装置本体Mに取り付けられている温度センサ38などの複数の温度センサ(例えば、熱電対、サーミスタなど)や電気ヒータなどのケーブル類を通す孔があけられている。
As shown in FIG.2 and FIG.4, the
As described above, at least a pair or all of the processing spaces of the plurality of containers B (reactors) constituting the apparatus main body M are connected by the pipes P drawn from the containers B in the vertical direction.
Although not shown, the side fuel C2 of the outer container C is formed with the raw fuel
〔燃料改質装置の製造方法〕
以下に、図2〜図8を参照して燃料改質装置の製造方法について説明する。
図5は、外装容器Cの一部を構成する下部容器C1に装置本体Mを設置する状態を示す図であり、図6は、粒状断熱材を下部容器に充填する工程を説明する図である。図示するように、下部容器C1は、矩形の平板部材C1aに側面部材C1bが装着された浅い器状に形成されている。この工程では、装置本体Mを外装容器Cの一部を構成する下部容器C1に設置した状態で粒状断熱材Kを下部容器C1に充填する。
[Manufacturing method of fuel reformer]
Below, with reference to FIGS. 2-8, the manufacturing method of a fuel reformer is demonstrated.
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the apparatus main body M is installed in the lower container C1 constituting a part of the outer container C, and FIG. 6 is a diagram illustrating a process of filling the lower container with the granular heat insulating material. . As shown in the drawing, the lower container C1 is formed in a shallow vessel shape in which a side plate member C1b is mounted on a rectangular flat plate member C1a. In this step, the granular heat insulating material K is filled in the lower container C1 in a state where the apparatus main body M is installed in the lower container C1 constituting a part of the outer container C.
装置本体Mを下部容器C1に安定して設置するため、本実施形態では、装置本体Mの下部と下部容器C1との間に板状断熱材Tを介在させてある。図2及び図4に示したように、本実施形態で用いる板状断熱材Tは、三層構造である。容器Bに対して接する一層目の板状断熱材T1には、接続部47が貫通できる孔が形成されている。二層目の板状断熱材T2には、容器Bの外部において水平方向に引き回されるU字型の配管Pが通る孔が形成されている。三層目の板状断熱材T3には孔は形成されていない。
また、図5及び図6に示すように、本実施形態で説明する下部容器C1の側面部材C1bの一部は切欠かれている。但し、その部分には装置本体M及び板状断熱材Tが外装容器Cの内側から密着するため、粒状断熱材Kが下部容器C1の切欠き部分から外部に流出することはない。
In order to stably install the apparatus main body M in the lower container C1, in this embodiment, a plate-like heat insulating material T is interposed between the lower part of the apparatus main body M and the lower container C1. As shown in FIGS. 2 and 4, the plate-like heat insulating material T used in the present embodiment has a three-layer structure. In the first-layer plate-shaped heat insulating material T <b> 1 in contact with the container B, a hole through which the
Moreover, as shown in FIG.5 and FIG.6, a part of side member C1b of the lower container C1 demonstrated by this embodiment is notched. However, since the apparatus main body M and the plate-like heat insulating material T are in close contact with the portion from the inside of the outer container C, the granular heat insulating material K does not flow out from the cutout portion of the lower container C1.
装置本体Mの下部に板状断熱材Tを装着するとき、先ず、接続部47が上下方向に向けて溶接接続されている状態の複数の容器Bを、並列に密着して並べる。その状態では、接続部47のみが容器Bに接続されているので、接続部47が板状断熱材T1に形成された孔を貫通するように板状断熱材T1を装置本体Mの下部に装着できる。次に、接続部47に対してU字型の配管Pを溶接接続し、その配管Pが板状断熱材T2の孔に嵌るように板状断熱材T2を板状断熱材T1に重ね合わせる。その後、板状断熱材T3を板状断熱材T2に重ね合わせることで、図2及び図4に示すように、装置本体Mの下部への板状断熱材T(T1、T2、T3)の装着が完了する。そして、図5及び図6に示すように、板状断熱材Tが下部に装着された装置本体Mを下部容器C1に設置する。
When the plate-like heat insulating material T is attached to the lower part of the apparatus main body M, first, a plurality of containers B in a state where the
本実施形態において、外装容器Cは、金属、樹脂及びセラミックスの何れかで構成される。樹脂及びセラミックスを用いる場合は、金属よりも断熱性を有するものが好ましい。外装容器Cに充填される粒状断熱材K及び板状断熱材Tとしては、日本マイクロサーム社のマイクロサーム等を使用できる。このような断熱材は、燃焼部4の外表面の最高温度である例えば600℃〜700℃の温度で良好な断熱性能を示すので、使用する断熱材の量を減らすことができ、燃料改質装置をコンパクトにすることができる。なお、粒状断熱材Kとしては、例えば、粒径がおよそ0.3〜2.5mmの範囲にあり、嵩密度が150〜350kg/m3のものを用いることができる。
In this embodiment, the exterior container C is comprised with either a metal, resin, and ceramics. When using resin and ceramics, what has heat insulation rather than a metal is preferable. As the granular heat insulating material K and the plate-shaped heat insulating material T filled in the outer container C, a microtherm manufactured by Nippon Microtherm Co., Ltd. can be used. Since such a heat insulating material exhibits good heat insulating performance at a temperature of, for example, 600 ° C. to 700 ° C., which is the maximum temperature of the outer surface of the
図7は、外装容器の一部を構成する側面部材を下部容器に組み付けた状態を示す図である。図8は、粒状断熱材を側面部材の内側に充填した後、外装容器の一部を構成する上面部材を側面部材に組み付けて外装容器に蓋をする工程を説明する図である。
図7に示すように、装置本体Mが設置された下部容器C1に対して、外装容器Cの一部を構成する側面部材C2を組み付けて装置本体Mの側面を取り囲む。そして、装置本体Mの側面を側面部材C2で取り囲んだ状態で、図8に示すように、粒状断熱材Kを側面部材C2の内側に充填する。本実施形態では、下部容器C1に装着される側面部材C2の一部は切欠かれており、下部容器C1の切欠き部分と側面部材C2の切欠き部分とは対応する。上述したように、その切欠き部分には装置本体Mが外装容器Cの内側から密着するため、粒状断熱材Kが側面部材C2の切欠き部分から外部に流出することはない。また、その切欠き部分に対応する装置本体Mには、冷却用ファン10が装着されている。
その後、外装容器Cの一部を構成する上面部材C3を側面部材C2に組み付けて外装容器Cに蓋をすることで、図2及び図3に示した燃料改質装置Rが得られる。また、図2及び図3に示すように、下部容器C1及び側面部材C2が切欠かれて装置本体Mが外部に露出している部分を、セラミック断熱材CTで覆っている。
FIG. 7 is a view showing a state in which a side member constituting a part of the exterior container is assembled to the lower container. FIG. 8 is a diagram for explaining a process of attaching a top surface member constituting a part of the outer container to the side member and covering the outer container after the granular heat insulating material is filled inside the side member.
As shown in FIG. 7, a side member C <b> 2 constituting a part of the outer container C is assembled to the lower container C <b> 1 in which the apparatus main body M is installed to surround the side surface of the apparatus main body M. And in the state which surrounded the side surface of the apparatus main body M with the side member C2, as shown in FIG. 8, the granular heat insulating material K is filled inside the side member C2. In the present embodiment, a part of the side member C2 attached to the lower container C1 is notched, and the notched part of the lower container C1 corresponds to the notched part of the side member C2. As described above, since the apparatus main body M is in close contact with the cutout portion from the inside of the outer container C, the granular heat insulating material K does not flow out of the cutout portion of the side member C2. A cooling
Then, the fuel reformer R shown in FIGS. 2 and 3 is obtained by assembling the upper surface member C3 constituting a part of the outer container C to the side member C2 and covering the outer container C. Moreover, as shown in FIGS. 2 and 3, the lower container C1 and the side member C2 are notched and the portion where the apparatus main body M is exposed to the outside is covered with a ceramic heat insulating material CT.
本実施形態では、粒状断熱材Kを充填するときに外装容器C(下部容器C1、側面部材C2)に振動を加えている。振動を加えることで粒状断熱材K同士の隙間を小さくして粒状断熱材Kの充填率を上げることができ、その結果、装置本体Mの断熱を更に確実に行える。 In the present embodiment, when the granular heat insulating material K is filled, vibration is applied to the exterior container C (lower container C1, side member C2). By applying vibration, the gap between the granular heat insulating materials K can be reduced and the filling rate of the granular heat insulating material K can be increased. As a result, the heat insulation of the apparatus main body M can be performed more reliably.
以上のように、外装容器Cに収容された、並列に密着して並べられた状態の複数の反応器の断熱は、外装容器Cの内部に充填される粒状断熱材Kによって確実に行われる。つまり、粒状断熱材Kを用いることで、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストがほとんど不要になる。また、燃料改質装置Rを製造するに際して複数の反応器を互いに密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて構造は単純になり且つ製造コストを低くできる。 As described above, the heat insulation of the plurality of reactors stored in the outer container C and arranged in close contact in parallel is reliably performed by the granular heat insulating material K filled in the outer container C. That is, by using the granular heat insulating material K, the processing cost of the heat insulating material and the assembly cost including the heat insulating material become almost unnecessary. Further, since a plurality of reactors may be arranged in close contact with each other when manufacturing the fuel reformer R, the structure is simpler and the manufacturing cost can be reduced as compared with the fuel reformer of the multi-cylindrical tube type.
<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、発電出力700W級の家庭用燃料電池システムに用いる燃料改質装置について説明したが、システムのサイズは発電出力700W級に制限されることは無く、その他の発電出力の家庭用燃料電池システム用の燃料改質装置にも用いることができる。本発明は、このような断熱作業スペースが確保しにくい家庭用などの小型の燃料改質装置に特に好適であるが、大型の燃料改質装置にも適用できる。
<Another embodiment>
<1>
In the above embodiment, the fuel reformer used in the household fuel cell system with a power generation output of 700 W has been described. However, the size of the system is not limited to the power generation output of 700 W, and other types of household fuel with a power generation output are used. It can also be used in a fuel reformer for battery systems. The present invention is particularly suitable for a small-sized fuel reformer for home use where it is difficult to secure such a heat insulating work space, but can also be applied to a large-sized fuel reformer.
<2>
上記実施形態では、外装容器Cの側面部材C2に、原燃料ガス供給路21や燃料ガス路23、排燃料ガス路24、原料水供給路25、燃焼用空気路29などを形成する配管径とほぼ同様の孔をあけて、その孔を通して、それらの配管が燃料改質装置Rの外側に張り出しており、燃料改質装置Rの外部にある原燃料供給設備や原料水供給設備、燃焼用ブロア28、燃料電池などと接続されている場合や、装置本体Mに取付られている複数の温度センサ(例えば、熱電対、サーミスタなど)や電気ヒータなどのケーブル類を通す孔があけられている場合について説明した。これらの側面部材C2にあけた孔と配管との隙間や、側面部材C2にあけた孔とケーブル類の隙間から粒状断熱材Kが流出する場合には、樹脂等で塞いでも良い。
<2>
In the above-described embodiment, the pipe diameter that forms the raw fuel
本発明は、構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置を製造するために利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used to manufacture a fuel reformer that has a simple structure and can reduce the cost of heat insulation work.
3 水蒸気改質部
4 燃焼部
B 容器(反応器、平板型モジュール)
b1 容器形成用部材
b2 仕切り部材
C 外装容器
C1 下部容器
C2 側面部材
C3 上面部材
K 粒状断熱材
M 装置本体
P 配管
R 燃料改質装置
3 Steam reforming
b1 container forming member b2 partition member C outer container C1 lower container C2 side member C3 upper surface member K granular heat insulating material M apparatus main body P pipe R fuel reformer
Claims (6)
前記反応器は、前記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成され、
複数の前記反応器は、並列に密着して並べられた状態で前記外装容器の内部に収容され、
前記外装容器の内部に充填された粒状断熱材により前記複数の反応器が前記外装容器から断熱されている燃料改質装置。 A plurality of reactors for reforming a hydrocarbon-based raw fuel to generate reformed gas mainly composed of hydrogen to be used as fuel for a fuel cell, and an outer container containing the plurality of reactors inside With
The reactor is configured as a flat module with a processing space used in the reformed gas generation processing step inside,
The plurality of reactors are housed inside the outer container in a state of being closely arranged in parallel,
A fuel reformer in which the plurality of reactors are thermally insulated from the outer container by a granular heat insulating material filled in the outer container.
並列に密着して並べられ、前記反応器の外部で配管により前記処理空間が互いに接続された状態の前記複数の反応器で構成される装置本体を、前記外装容器の一部を構成する下部容器に設置した状態で前記粒状断熱材を前記下部容器に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する側面部材を前記下部容器に組み付けて前記装置本体の側面を取り囲んだ状態で前記粒状断熱材を前記側面部材の内側に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する上面部材を前記側面部材に組み付けて前記外装容器に蓋をする工程と、を有する燃料改質装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the fuel reformer according to any one of claims 1 to 4,
An apparatus main body composed of the plurality of reactors arranged in close contact in parallel and connected to each other by piping outside the reactor, and a lower container constituting a part of the outer container Filling the lower container with the granular heat insulating material in a state installed in
A step of assembling a side surface member constituting a part of the outer container to the lower container and surrounding the side surface of the apparatus main body with the granular heat insulating material inside the side surface member;
Assembling an upper surface member constituting a part of the outer container to the side member and covering the outer container.
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