JP2014205599A - Reforming apparatus - Google Patents

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Hiroshi Miyagawa
浩 宮川
和人 小笠原
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和人 小笠原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reforming apparatus which can generate hydrogen in a short time after starting thereof.SOLUTION: A reforming apparatus 1 includes a plasma generator 12 which generates plasma in a catalyst part by decomposing a hydrogen-containing compound by catalytic reaction of a catalyst, and a control device 16 which controls starting of the plasma generator 12. When temperature of the catalyst is lower than a catalytic reaction temperature for decomposing the hydrogen-containing compound at the time of starting the reforming apparatus 1, the control device 16 starts the plasma generator 12.

Description

本発明は、触媒反応により水素含有化合物を分解して水素を発生させる改質装置の技術に関する。   The present invention relates to a technology of a reformer that generates hydrogen by decomposing a hydrogen-containing compound by catalytic reaction.

近年、水素を燃料とする燃料電池で駆動される自動車等の開発が活発に行われている。水素を燃料とする燃料電池からの排ガスには、内燃機関からの排ガスのように有害物質や二酸化炭素を含まないので、燃料電池は環境汚染及び地球温暖化を抑制できるクリーンエネルギーとして最適である。しかし、自動車用の燃料電池等にあっては、燃料である水素の供給手段が課題となっている。   In recent years, automobiles driven by a fuel cell using hydrogen as a fuel have been actively developed. Since the exhaust gas from the fuel cell using hydrogen as fuel does not contain harmful substances and carbon dioxide like the exhaust gas from the internal combustion engine, the fuel cell is optimal as clean energy that can suppress environmental pollution and global warming. However, in fuel cells and the like for automobiles, a means for supplying hydrogen as a fuel has been a problem.

例えば、特許文献1及び2には、触媒反応により、水素含有化合物を分解して水素を生成する改質装置を用いて、燃料電池に水素を供給する方法が開示されている。   For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of supplying hydrogen to a fuel cell using a reformer that decomposes a hydrogen-containing compound and generates hydrogen by a catalytic reaction.

特表2004−525058号公報JP-T-2004-525058 特開2003−40602号公報JP 2003-40602 A

ところで、触媒反応を利用した水素含有化合物の分解反応は一般的に平衡反応であり、触媒温度が低ければ低いほど、水素含有化合物の分解は起こり難く、水素の生成量は低下する。したがって、改質装置の始動時において、触媒の温度が、触媒反応により水素含有化合物を分解する温度未満の場合、加熱装置で触媒を加熱しても、触媒反応により水素含有化合物が分解する温度に達するまでの間は水素含有化合物の分解は起こらない。その結果、従来の改質装置では、改質装置の始動時から水素生成までに長い時間を必要としていた。   By the way, the decomposition reaction of the hydrogen-containing compound using the catalytic reaction is generally an equilibrium reaction, and the lower the catalyst temperature, the less the hydrogen-containing compound is decomposed and the lower the amount of hydrogen generated. Therefore, when the temperature of the catalyst is lower than the temperature at which the hydrogen-containing compound is decomposed by the catalytic reaction when the reformer is started, even if the catalyst is heated by the heating device, the temperature is such that the hydrogen-containing compound is decomposed by the catalytic reaction. In the meantime, no decomposition of the hydrogen-containing compounds takes place. As a result, the conventional reformer requires a long time from the start of the reformer to the hydrogen generation.

そこで、本発明の目的は、改質装置の始動から短時間で水素の生成を可能とする改質装置を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a reformer that can generate hydrogen in a short time after the reformer is started.

本実施形態は、触媒の触媒反応により水素含有化合物を分解して、水素を発生させる触媒部内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記プラズマ発生手段の起動を制御するプラズマ起動制御手段と、を備える改質装置であって、前記プラズマ起動制御手段は、改質装置の始動の際に、前記触媒の温度が、前記水素含有化合物を分解する触媒反応温度より低い温度の場合、前記プラズマ発生手段を起動させる。   In the present embodiment, a plasma generating unit that decomposes a hydrogen-containing compound by a catalytic reaction of a catalyst to generate plasma in a catalyst unit that generates hydrogen, and a plasma activation control unit that controls activation of the plasma generating unit, The plasma starting control means includes the plasma generating means when the temperature of the catalyst is lower than the catalytic reaction temperature for decomposing the hydrogen-containing compound when the reforming apparatus is started. Start up.

前記改質装置において、前記触媒部を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の起動を制御する加熱制御手段と、を備え、前記加熱制御手段は、改質装置の始動の際に、前記加熱手段を起動させることが好ましい。   The reforming apparatus includes a heating unit that heats the catalyst unit, and a heating control unit that controls activation of the heating unit, and the heating control unit includes the heating unit when starting the reforming unit. Is preferably activated.

また、前記改質装置において、前記加熱手段は、前記触媒部に酸素を供給して、前記触媒上での前記水素含有化合物と前記酸素との酸化反応による反応熱で前記触媒部を加熱する酸化反応加熱手段を含むことが好ましい。   Further, in the reforming apparatus, the heating means supplies oxygen to the catalyst unit, and oxidizes the catalyst unit with heat of reaction caused by an oxidation reaction between the hydrogen-containing compound and the oxygen on the catalyst. It is preferable to include a reaction heating means.

また、前記改質装置において、前記プラズマ発生手段の停止を制御するプラズマ停止制御手段を備え、前記触媒の温度が、前記触媒反応温度以上となった際に、前記プラズマ発生手段を停止させることが好ましい。   The reforming apparatus may further include a plasma stop control unit that controls stop of the plasma generation unit, and the plasma generation unit may be stopped when the temperature of the catalyst becomes equal to or higher than the catalyst reaction temperature. preferable.

本発明によれば、改質装置の始動から短時間で水素の生成を可能とする改質装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reformer which can produce | generate hydrogen in a short time after starting of a reformer can be provided.

本実施形態に係る改質装置の構成の一例を示す模式概観図である。1 is a schematic overview showing an example of a configuration of a reformer according to an embodiment. 図1の改質室の構成の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of a structure of the reforming chamber of FIG. 本実施形態の改質装置及び従来の改質装置の始動特性示す図である。It is a figure which shows the starting characteristic of the reformer of this embodiment, and the conventional reformer. 他の実施形態に係る改質装置の構成の一例を示す模式概観図である。It is a schematic overview which shows an example of a structure of the reformer which concerns on other embodiment.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

図1は、本実施形態に係る改質装置の構成の一例を示す模式概観図である。図1に示すように、改質装置1は、改質室10と、プラズマ発生装置12、加熱装置14、制御装置16、温度センサ18、水素含有化合物流入ライン20、水素含有化合物排出ライン22を備えている。図1に示す温度センサ18は改質室10内に設けられている。図1に示すように改質室10の水素含有化合物入口(不図示)には、水素含有化合物流入ライン20が接続され、改質室10の水素含有化合物出口(不図示)には、水素含有化合物排出ライン22が接続されている。   FIG. 1 is a schematic overview showing an example of the configuration of the reformer according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the reformer 1 includes a reforming chamber 10, a plasma generator 12, a heater 14, a controller 16, a temperature sensor 18, a hydrogen-containing compound inflow line 20, and a hydrogen-containing compound discharge line 22. I have. A temperature sensor 18 shown in FIG. 1 is provided in the reforming chamber 10. As shown in FIG. 1, a hydrogen-containing compound inflow line 20 is connected to a hydrogen-containing compound inlet (not shown) of the reforming chamber 10, and a hydrogen-containing compound outlet (not shown) of the reforming chamber 10 is hydrogen-containing. A compound discharge line 22 is connected.

図2は、図1の改質室の構成の一例を示す模式断面図である。図2に示すように、改質室10は、触媒部28と加熱部30とが誘電体32により区画され、触媒部28と加熱部30とが誘電体32を介して交互に積層された構造となっている。触媒部28は改質室10の水素含有化合物入口を介して水素含有化合物流入ライン20と連通し、水素含有化合物出口を介して水素含有化合物排出ライン22に連通している。すなわち、水素含有化合物は、水素含有化合物流入ライン20から触媒部28に導入され、触媒部28内を通過し、水素含有化合物排出ライン22から排出される。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the reforming chamber of FIG. As shown in FIG. 2, the reforming chamber 10 has a structure in which the catalyst unit 28 and the heating unit 30 are partitioned by the dielectric 32, and the catalyst unit 28 and the heating unit 30 are alternately stacked via the dielectric 32. It has become. The catalyst unit 28 communicates with the hydrogen-containing compound inflow line 20 through the hydrogen-containing compound inlet of the reforming chamber 10 and communicates with the hydrogen-containing compound discharge line 22 through the hydrogen-containing compound outlet. That is, the hydrogen-containing compound is introduced into the catalyst unit 28 from the hydrogen-containing compound inflow line 20, passes through the catalyst unit 28, and is discharged from the hydrogen-containing compound discharge line 22.

本実施形態の触媒部は、水素含有化合物を触媒の触媒反応により分解して水素を発生させることができる構造であれば特に制限されるものではないが、図2に示す触媒部28は、波状の基材34aに触媒を担持した触媒担持基材を一対の誘電体32間等で形成される空間に設置した構造となっている。その他の例としては、ペレット状の多孔質基材に触媒を担持した触媒担持ペレットを、一対の誘電体32間等で形成される空間に充填した構造等が挙げられる。基材34aの材質は特に制限されるものではないが、導電性基材であることが好ましい。   The catalyst portion of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a structure capable of generating hydrogen by decomposing a hydrogen-containing compound by a catalytic reaction of the catalyst, but the catalyst portion 28 shown in FIG. In this structure, a catalyst-carrying substrate carrying a catalyst on the substrate 34a is installed in a space formed between a pair of dielectrics 32 and the like. Other examples include a structure in which a catalyst-carrying pellet in which a catalyst is carried on a pellet-shaped porous substrate is filled in a space formed between a pair of dielectrics 32 and the like. The material of the base material 34a is not particularly limited, but is preferably a conductive base material.

触媒は、水素含有化合物を触媒反応により分解して水素を発生させることができる触媒であれば特に制限されるものではなく、例えば、ルテニウム、白金、ロジウム、ニッケル、鉄、コバルトなどの遷移金属あるいはこれらの酸化物等が挙げられる。水素含有化合物は、メタノール、シクロヘキサン等の炭化水素化合物、アンモニア等の非炭化水素化合物等が挙げられる。   The catalyst is not particularly limited as long as it is a catalyst capable of generating hydrogen by decomposing a hydrogen-containing compound by a catalytic reaction. For example, a transition metal such as ruthenium, platinum, rhodium, nickel, iron, cobalt or the like These oxides are mentioned. Examples of the hydrogen-containing compound include hydrocarbon compounds such as methanol and cyclohexane, and non-hydrocarbon compounds such as ammonia.

本実施形態の加熱装置は、加熱媒体又は熱源からの熱で触媒部を加熱する構造を有するものであれば特に制限されるものではないが、図1の加熱装置14は、加熱媒体流入ライン24、加熱媒体排出ライン26、加熱部30と、を備えており、加熱媒体流入ライン24には、エンジンの排ガス等の加熱媒体が導入される。図1に示す改質室10の加熱媒体入口(不図示)には、加熱媒体流入ライン24が接続され、加熱媒体入口を介して加熱部30に連通している。また図1に示す改質室10の加熱媒体出口(不図示)には、加熱媒体排出ライン26が接続され、加熱媒体出口を介して加熱部30に連通している。すなわち、加熱媒体流入ライン24から加熱部30に加熱媒体が供給され、加熱部30内を通過する際に、触媒部28と熱交換され、触媒部28を加熱し、熱交換された加熱媒体は加熱媒体排出ライン26から排出される。なお、図2に示す加熱部30内には、波状の基材34bが設置されているが、加熱媒体が通過する構造であれば、これに制限されるものではない。基材34bの材質は特に制限されるものではないが、導電性基材であることが好ましい。   The heating device of the present embodiment is not particularly limited as long as it has a structure for heating the catalyst unit with heat from a heating medium or a heat source, but the heating device 14 in FIG. The heating medium discharge line 26 and the heating unit 30 are provided, and a heating medium such as engine exhaust gas is introduced into the heating medium inflow line 24. A heating medium inlet line 24 is connected to a heating medium inlet (not shown) of the reforming chamber 10 shown in FIG. 1 and communicates with the heating unit 30 via the heating medium inlet. A heating medium discharge line 26 is connected to a heating medium outlet (not shown) of the reforming chamber 10 shown in FIG. 1, and communicates with the heating unit 30 via the heating medium outlet. That is, when the heating medium is supplied from the heating medium inflow line 24 to the heating unit 30 and passes through the heating unit 30, heat exchange with the catalyst unit 28 is performed to heat the catalyst unit 28, and the heat exchanged heat medium is It is discharged from the heating medium discharge line 26. In addition, although the corrugated base material 34b is installed in the heating part 30 shown in FIG. 2, if it is a structure through which a heating medium passes, it will not restrict | limit to this. The material of the base material 34b is not particularly limited, but is preferably a conductive base material.

また、加熱装置の他の例としては、燃焼器を設置して、燃焼器から供給される加熱媒体を加熱部30に供給して触媒部28を加熱する構造であってもよい。また、熱源からの熱で触媒部28を加熱する加熱装置としてはヒータ等が挙げられ、該ヒータを改質室10の外壁等に設置して、ヒータからの熱で改質室10内の触媒部28を加熱してもよい。   As another example of the heating device, a structure in which a combustor is installed and a heating medium supplied from the combustor is supplied to the heating unit 30 to heat the catalyst unit 28 may be used. Moreover, a heater etc. are mentioned as a heating apparatus which heats the catalyst part 28 with the heat from a heat source, this heater is installed in the outer wall etc. of the reforming chamber 10, and the catalyst in the reforming chamber 10 with the heat from a heater is mentioned. The part 28 may be heated.

本実施形態のプラズマ発生装置は、触媒部28内にプラズマを発生させることができる構造を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、バリア放電によってプラズマを発生させるバリア放電プラズマ発生装置、高周波放電によってプラズマを発生させる高周波放電プラズマ発生装置、マイクロ波によってプラズマを発生させるマイクロ波プラズマ発生装置等が挙げられる。図1に示すプラズマ発生装置12は、バリア放電プラズマ発生装置であり、図2に示すように、触媒部28の基材34aに高電圧を印加するための高電圧電源36を備えている。本実施形態では、触媒部28の基材34aが高電圧電極として作用し、加熱部30の基材34bが接地電極として作用し、高電圧電極に高電圧が印加された際に、誘電体32を介して高電圧電極と接地電極間に電位差を生じさせ、触媒部28内にプラズマを発生させる。なお、本実施形態では、触媒部28及び加熱部30の基材34a,34bをそれぞれ電極として利用しているが、別途触媒部28に高電圧電極、加熱部30に設置電極を設置してもよい。   The plasma generator of the present embodiment is not particularly limited as long as it has a structure capable of generating plasma in the catalyst unit 28. For example, a barrier discharge plasma generator for generating plasma by barrier discharge Examples thereof include a high-frequency discharge plasma generator that generates plasma by high-frequency discharge, and a microwave plasma generator that generates plasma by microwave. The plasma generator 12 shown in FIG. 1 is a barrier discharge plasma generator and includes a high voltage power source 36 for applying a high voltage to the base material 34a of the catalyst unit 28 as shown in FIG. In the present embodiment, the base material 34a of the catalyst unit 28 acts as a high voltage electrode, the base material 34b of the heating unit 30 acts as a ground electrode, and when a high voltage is applied to the high voltage electrode, the dielectric 32 is provided. A potential difference is generated between the high voltage electrode and the ground electrode via the electrode, and plasma is generated in the catalyst portion 28. In the present embodiment, the base materials 34a and 34b of the catalyst unit 28 and the heating unit 30 are respectively used as electrodes. However, a high voltage electrode may be separately installed on the catalyst unit 28 and an installation electrode may be installed on the heating unit 30. Good.

制御装置16は、例えばマイクロコンピュータを主とするデジタル回路で構成され、加熱装置14の起動及び停止、プラズマ発生装置12の起動及び停止等を制御するものである。本実施形態では、制御装置16により加熱装置14の起動及び停止、プラズマ発生装置12の起動及び停止を制御しているが、加熱装置14の起動を制御する加熱起動制御装置、加熱装置14の停止を制御する加熱停止制御装置、プラズマ発生装置12の起動を制御するプラズマ発生制御装置、プラズマ発生装置12の停止を制御するプラズマ停止制御装置がそれぞれ独立して存在していてもよい。   The control device 16 is composed of a digital circuit mainly including a microcomputer, for example, and controls the start and stop of the heating device 14 and the start and stop of the plasma generator 12. In the present embodiment, the control device 16 controls the start and stop of the heating device 14 and the start and stop of the plasma generator 12. However, the heating start control device that controls the start of the heating device 14 and the stop of the heating device 14 are controlled. There may be an independent heating stop control device that controls the plasma generation control device, a plasma generation control device that controls the startup of the plasma generation device 12, and a plasma stop control device that controls the stop of the plasma generation device 12.

水素含有化合物流入ライン20に設けられるバルブ38、加熱媒体流入ライン24に設けられるバルブ40は制御装置16と電気的に接続されており、制御装置16により、バルブ38及び40の開閉が制御されるようになっている。   The valve 38 provided in the hydrogen-containing compound inflow line 20 and the valve 40 provided in the heating medium inflow line 24 are electrically connected to the control device 16, and the control device 16 controls the opening and closing of the valves 38 and 40. It is like that.

温度センサ18は、触媒部28内に設置され、触媒の温度を検出するものであり、制御装置16と電気的に接続されている。   The temperature sensor 18 is installed in the catalyst unit 28 and detects the temperature of the catalyst, and is electrically connected to the control device 16.

以下に、本実施形態に係る改質装置1の動作の一例について説明する。   Below, an example of operation | movement of the reforming apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.

まず、改質装置1を始動する際に、制御装置16により、水素含有化合物流入ライン20に設けられたバルブ38が開かれ、水素含有化合物が水素含有化合物流入ライン20から改質室10の触媒部28内に供給される。ここで、改質装置1を始動する際とは、例えばイグニッションスイッチのONにより制御装置16の電源がONになった際等である。   First, when the reformer 1 is started, the valve 16 provided in the hydrogen-containing compound inflow line 20 is opened by the control device 16, and the hydrogen-containing compound is transferred from the hydrogen-containing compound inflow line 20 to the catalyst in the reforming chamber 10. It is supplied into the unit 28. Here, when the reforming apparatus 1 is started, for example, when the power of the control apparatus 16 is turned on by turning on the ignition switch.

水素含有化合物が触媒部28内を通過する際に、触媒の触媒反応により水素含有化合物が分解され水素が生成されるが、通常、触媒の温度が、水素含有化合物が分解する触媒反応温度に達していなければ、水素含有化合物は分解され難く、水素はほとんど生成されない。また、改質装置1の始動時において、加熱装置14を起動させても、触媒の温度が、水素含有化合物が分解する触媒反応温度に達するまでには時間が掛かるため、その間は水素がほとんど生成されない。したがって従来の改質装置では、改質装置の始動時から水素生成までに長い時間を必要としていた。これに対し、本実施形態の改質装置1では、改質装置1の始動から短時間で水素を生成させるために、制御装置16により以下の制御を行っている。   When the hydrogen-containing compound passes through the catalyst portion 28, the hydrogen-containing compound is decomposed and hydrogen is generated by the catalytic reaction of the catalyst. Usually, the temperature of the catalyst reaches the catalyst reaction temperature at which the hydrogen-containing compound decomposes. Otherwise, the hydrogen-containing compound is difficult to decompose and little hydrogen is produced. Further, even when the heating device 14 is started at the time of starting the reforming device 1, it takes time until the temperature of the catalyst reaches the catalytic reaction temperature at which the hydrogen-containing compound is decomposed. Not. Therefore, in the conventional reformer, a long time is required from the start of the reformer to the hydrogen generation. On the other hand, in the reformer 1 of the present embodiment, the following control is performed by the controller 16 in order to generate hydrogen in a short time after the reformer 1 is started.

本実施形態では、改質装置1を始動させる際に、温度センサ18により触媒の温度が検出され、検出された温度データが制御装置16に出力される。そして、制御装置16では、検出された温度データと予め設定されている第1規定温度とを比較して、温度データが予め設定されている第1規定温度未満の場合に、プラズマ発生装置12を起動させる。具体的には、制御装置16からプラズマ発生装置12の高電圧電源36に出力指令が送信され、高電圧電源36から触媒部28に高電圧が印加されることにより、触媒部28内にプラズマを発生させる。ここで、第1規定温度は、触媒反応により水素含有化合物が分解する触媒反応温度であり、例えば、触媒が白金、水素含有化合物がメチルシクロヘキサンの場合であれば、300℃〜400℃の範囲内で設定され、例えば、触媒がゼオライト、水素含有化合物がヘプタンの場合であれば、500℃〜600℃の範囲内で設定される。   In the present embodiment, when the reformer 1 is started, the temperature of the catalyst is detected by the temperature sensor 18, and the detected temperature data is output to the controller 16. Then, the control device 16 compares the detected temperature data with a preset first specified temperature, and when the temperature data is lower than the preset first specified temperature, the plasma generator 12 is turned on. Start. Specifically, an output command is transmitted from the control device 16 to the high voltage power source 36 of the plasma generator 12, and a high voltage is applied from the high voltage power source 36 to the catalyst unit 28, thereby generating plasma in the catalyst unit 28. generate. Here, the first specified temperature is a catalytic reaction temperature at which a hydrogen-containing compound is decomposed by a catalytic reaction. For example, when the catalyst is platinum and the hydrogen-containing compound is methylcyclohexane, the temperature is within a range of 300 ° C to 400 ° C. For example, when the catalyst is zeolite and the hydrogen-containing compound is heptane, the temperature is set within a range of 500 ° C to 600 ° C.

そして、触媒部28内にプラズマを発生させることにより、プラズマの放電エネルギの一部が水素含有化合物の分解に利用される。プラズマの放電エネルギによる水素含有化合物の分解のメカニズムは、プラズマの放電エネルギが水素含有化合物や触媒に作用する等して、直接水素含有化合物を分解するか、又は触媒反応の活性化エネルギを低下させ、触媒反応による水素含有化合物の分解を起こりやすくして、水素が生成されるものと考えられる。このように、改質装置1の始動の際に、触媒部28内にプラズマを発生させることにより、触媒の温度が、水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定温度)より低い温度であっても、水素含有化合物が分解して水素を生成させることができるため、改質装置1の始動から短時間で水素を生成させることができる。触媒部28内で生成した水素は、水素含有化合物排出ライン22から排出され、例えば、燃料電池に供給され、燃料電池の燃料として利用される。   And by generating plasma in the catalyst part 28, a part of discharge energy of plasma is utilized for decomposition | disassembly of a hydrogen containing compound. The mechanism of decomposition of the hydrogen-containing compound by the plasma discharge energy is such that the plasma discharge energy acts on the hydrogen-containing compound or the catalyst to directly decompose the hydrogen-containing compound or reduce the activation energy of the catalytic reaction. It is considered that hydrogen is generated by facilitating decomposition of the hydrogen-containing compound by catalytic reaction. As described above, when the reformer 1 is started, plasma is generated in the catalyst unit 28 so that the temperature of the catalyst is lower than the catalyst reaction temperature (first specified temperature) for decomposing the hydrogen-containing compound. Even if it exists, since a hydrogen containing compound can decompose | disassemble and can produce | generate hydrogen, it can produce | generate hydrogen in a short time after the start-up of the reformer 1. FIG. The hydrogen generated in the catalyst unit 28 is discharged from the hydrogen-containing compound discharge line 22 and supplied to, for example, a fuel cell and used as fuel for the fuel cell.

図3は、本実施形態の改質装置及び従来の改質装置の始動特性を示す図である。本実施形態の改質装置は、図1に示すプラズマ発生装置12及び加熱装置14を備える改質装置1であり、従来の改質装置は加熱装置14のみを備える改質装置である。従来の改質装置では、改質装置の始動と同時に加熱装置14を起動させて、触媒部28を加熱させても、図3に示すように、触媒の温度が水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定温度)に達するまで水素発生は起こらない。その結果、改質装置を起動させてから水素発生までに時間が掛かる。一方、本実施形態の改質装置1では、前述の通り、触媒の温度が第1規定温度未満の場合でも、プラズマ発生装置12によるプラズマの放電エネルギにより水素含有化合物が分解され水素発生が起こるため、改質装置1を起動させてから水素発生までの時間を短縮することができる。   FIG. 3 is a diagram showing the starting characteristics of the reformer of this embodiment and the conventional reformer. The reformer of this embodiment is the reformer 1 including the plasma generator 12 and the heating device 14 shown in FIG. 1, and the conventional reformer is a reformer including only the heater 14. In the conventional reforming apparatus, even if the heating apparatus 14 is started simultaneously with the start of the reforming apparatus and the catalyst unit 28 is heated, the catalytic reaction in which the temperature of the catalyst decomposes the hydrogen-containing compound as shown in FIG. Hydrogen evolution does not occur until the temperature (first specified temperature) is reached. As a result, it takes time from the start of the reformer to the generation of hydrogen. On the other hand, in the reformer 1 of this embodiment, as described above, even when the temperature of the catalyst is lower than the first specified temperature, the hydrogen-containing compound is decomposed by the plasma discharge energy from the plasma generator 12, and hydrogen is generated. The time from the start of the reformer 1 to the generation of hydrogen can be shortened.

また、触媒部28内に発生させたプラズマの放電エネルギの一部は触媒の加熱にも利用される。したがって、プラズマ発生装置12を起動させ、触媒部28内にプラズマを発生させることにより、触媒の温度を、水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定温度)以上に昇温することも可能であるが、プラズマによる触媒部28の加熱のみでは、触媒の温度が第1規定温度に達するまでに時間が掛かる場合がある。また、触媒部28の触媒反応による水素含有化合物の分解は吸熱反応であるため、プラズマによる触媒部28の加熱のみでは、触媒の温度を第1規定温度以上に維持することが困難となる場合がある。   Part of the plasma discharge energy generated in the catalyst section 28 is also used for heating the catalyst. Therefore, by starting the plasma generator 12 and generating plasma in the catalyst unit 28, the temperature of the catalyst can be raised to a temperature higher than the catalytic reaction temperature (first specified temperature) for decomposing the hydrogen-containing compound. However, it may take time for the temperature of the catalyst to reach the first specified temperature only by heating the catalyst portion 28 with plasma. In addition, since the decomposition of the hydrogen-containing compound by the catalytic reaction of the catalyst portion 28 is an endothermic reaction, it may be difficult to maintain the temperature of the catalyst at the first specified temperature or higher only by heating the catalyst portion 28 with plasma. is there.

そこで、本実施形態では、改質装置1の始動の際に、加熱装置14を起動させ、触媒部28を加熱することが好ましい。具体的には、改質装置1の始動の際に、制御装置16により加熱媒体流入ライン24に設けられるバルブ40を解放する(加熱装置14の起動)。これにより、加熱媒体としての排ガスが改質室10内の加熱部30に供給され、改質室10内の加熱部30を通過する際に、触媒部28と熱交換されて、触媒部28が加熱される。熱交換された排ガスは加熱媒体排出ライン26を通り、系外へ排出される。燃焼器を備える加熱装置の場合には、改質装置1の始動の際に、制御装置16により燃焼器を起動させる。これにより、燃焼器から供給される加熱媒体が改質室10内の加熱部30に供給され、触媒部28が加熱される。   Therefore, in the present embodiment, it is preferable to start the heating device 14 and heat the catalyst unit 28 when the reforming device 1 is started. Specifically, when the reforming apparatus 1 is started, the control apparatus 16 releases the valve 40 provided in the heating medium inflow line 24 (activation of the heating apparatus 14). Thereby, the exhaust gas as the heating medium is supplied to the heating unit 30 in the reforming chamber 10, and is exchanged with the catalyst unit 28 when passing through the heating unit 30 in the reforming chamber 10. Heated. The exhaust gas subjected to heat exchange passes through the heating medium discharge line 26 and is discharged outside the system. In the case of a heating device provided with a combustor, the combustor is activated by the control device 16 when the reformer 1 is started. Thereby, the heating medium supplied from the combustor is supplied to the heating unit 30 in the reforming chamber 10 and the catalyst unit 28 is heated.

加熱装置14の起動は、触媒の温度に関わらず、改質装置1の始動の際に、加熱装置14を起動させることが好ましい。これは、触媒の温度が水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定温度)未満であれば、プラズマ発生装置12と加熱装置14により、触媒の温度を第1規定温度までより早く昇温させることが可能となるからである。また、触媒の温度が水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定温度)以上であっても、加熱装置14により触媒の温度を第1規定温度以上に維持させることも容易となる。なお、加熱装置14を起動させる時は、プラズマ発生装置12と同時に起動させてもよいし、プラズマ発生装置12の起動の前又は後に起動させてもよい。   The heating device 14 is preferably started when the reforming device 1 is started, regardless of the catalyst temperature. If the temperature of the catalyst is lower than the catalyst reaction temperature (first specified temperature) for decomposing the hydrogen-containing compound, the temperature of the catalyst is raised to the first specified temperature faster by the plasma generator 12 and the heating device 14. It is because it becomes possible to make it. Moreover, even if the temperature of the catalyst is equal to or higher than the catalyst reaction temperature (first specified temperature) for decomposing the hydrogen-containing compound, the heating device 14 can easily maintain the temperature of the catalyst at the first specified temperature or higher. In addition, when starting the heating apparatus 14, you may start simultaneously with the plasma generator 12, and you may start before or after the start of the plasma generator 12. FIG.

そして、加熱装置14及びプラズマ発生装置12により触媒部28が加熱され、触媒の温度が水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定値)以上となった際には、例えば、図3に示すように、触媒反応だけで水素含有化合物を分解し水素を十分に生成させることができるため、省エネルギの観点等から、制御装置16によりプラズマ発生装置12を停止させることが好ましい。なお、前述の通り、触媒反応は吸熱反応であるため、加熱装置14は起動させたままにしておくことが好ましい。   When the catalyst unit 28 is heated by the heating device 14 and the plasma generator 12 and the temperature of the catalyst becomes equal to or higher than the catalytic reaction temperature (first specified value) for decomposing the hydrogen-containing compound, for example, FIG. As shown, since the hydrogen-containing compound can be decomposed and hydrogen can be generated sufficiently only by the catalytic reaction, it is preferable to stop the plasma generator 12 by the control device 16 from the viewpoint of energy saving. As described above, since the catalytic reaction is an endothermic reaction, it is preferable to keep the heating device 14 activated.

次に、他の実施形態の改質装置の構成の一例を説明する。   Next, an example of the configuration of the reforming apparatus according to another embodiment will be described.

図4は、他の実施形態に係る改質装置の構成の一例を示す模式概観図である。図4に示す改質装置2は、改質室42と、プラズマ発生装置44、酸化反応加熱装置46、制御装置48、温度センサ50、水素含有化合物流入ライン52、水素含有化合物排出ライン54を備えている。図4では、改質室42及びプラズマ発生装置44の構成を示すために、これらを断面図で表している。図4に示す改質室42内には、格子状に配置した基材34cを設置し、基材34c上に触媒を担持又は格子内に触媒を充填した触媒部56が設けられている。図4に示すプラズマ発生装置44は高周波放電によるプラズマ発生装置であり、改質室42の外周に配置されるプラズマ発生用コイル電極58と、高周波電源60と、を備える。そして、プラズマ発生用コイル電極58は高周波電源60と電気的に接続されて、高周波電源60は制御装置48と電気的に接続されている。   FIG. 4 is a schematic overview showing an example of the configuration of a reformer according to another embodiment. The reformer 2 shown in FIG. 4 includes a reforming chamber 42, a plasma generator 44, an oxidation reaction heater 46, a controller 48, a temperature sensor 50, a hydrogen-containing compound inflow line 52, and a hydrogen-containing compound discharge line 54. ing. In FIG. 4, in order to show the structure of the modification | reformation chamber 42 and the plasma generator 44, these are represented with sectional drawing. In the reforming chamber 42 shown in FIG. 4, a base material 34c arranged in a lattice shape is installed, and a catalyst portion 56 that supports the catalyst on the base material 34c or is filled with a catalyst in the lattice is provided. The plasma generator 44 shown in FIG. 4 is a plasma generator using high-frequency discharge, and includes a plasma generating coil electrode 58 disposed on the outer periphery of the reforming chamber 42 and a high-frequency power source 60. The plasma generating coil electrode 58 is electrically connected to the high frequency power source 60, and the high frequency power source 60 is electrically connected to the control device 48.

図4に示すように改質室42の導入口(不図示)には、水素含有化合物流入ライン52が接続され、導入口を介して触媒部56と連通し、改質室42の排出口(不図示)には、水素含有化合物流入ライン52が接続され、排出口を介して触媒部56と連通している。   As shown in FIG. 4, a hydrogen-containing compound inflow line 52 is connected to an inlet (not shown) of the reforming chamber 42, communicates with the catalyst unit 56 via the inlet, and discharge ports ( (Not shown) is connected to the hydrogen-containing compound inflow line 52 and communicates with the catalyst unit 56 through the discharge port.

本実施形態の酸化反応加熱装置46は、触媒部56に酸素を供給して、水素含有化合物と酸素との酸化反応による反応熱で触媒部56を加熱するものである。図4に示す酸化反応加熱装置46は、空気流入ライン62、ブロワ(不図示)を備えている。空気流入ライン62の一端はブロワに接続され、多端は、水素含有化合物流入ライン52に接続されており、ブロワから供給される空気が、水素含有化合物流入ライン52で水素含有化合物と混合されるようになっている。なお、本実施形態では、触媒部56の加熱を効率的に行うために、改質室42の外周に断熱材68を設置している。   The oxidation reaction heating device 46 of the present embodiment supplies oxygen to the catalyst unit 56 and heats the catalyst unit 56 with heat of reaction caused by an oxidation reaction between a hydrogen-containing compound and oxygen. The oxidation reaction heating device 46 shown in FIG. 4 includes an air inflow line 62 and a blower (not shown). One end of the air inflow line 62 is connected to the blower, and the other end is connected to the hydrogen-containing compound inflow line 52 so that the air supplied from the blower is mixed with the hydrogen-containing compound in the hydrogen-containing compound inflow line 52. It has become. In the present embodiment, a heat insulating material 68 is provided on the outer periphery of the reforming chamber 42 in order to efficiently heat the catalyst unit 56.

制御装置48はマイクロコンピュータを主とするデジタル回路で構成され、酸化反応加熱装置46の起動及び停止、プラズマ発生装置44の起動及び停止等を制御するものである。また、本実施形態では、水素含有化合物流入ライン52に設けられる流量調整バルブ64及び空気流入ライン62に設けられる流量調整バルブ66は、制御装置48と電気的に接続され、制御装置48により、水素含有化合物と空気の流量が調整されるように構成されている。   The control device 48 is composed of a digital circuit mainly composed of a microcomputer, and controls the start and stop of the oxidation reaction heating device 46, the start and stop of the plasma generator 44, and the like. In the present embodiment, the flow rate adjustment valve 64 provided in the hydrogen-containing compound inflow line 52 and the flow rate adjustment valve 66 provided in the air inflow line 62 are electrically connected to the control device 48, It is comprised so that the flow rate of a containing compound and air may be adjusted.

温度センサ50は、触媒部56内に設置され、触媒の温度を検出するものであり、制御装置48と電気的に接続されている。   The temperature sensor 50 is installed in the catalyst unit 56 and detects the temperature of the catalyst, and is electrically connected to the control device 48.

以下に、本実施形態に係る改質装置2の動作の一例について説明する。   Below, an example of operation | movement of the reforming apparatus 2 which concerns on this embodiment is demonstrated.

まず、改質装置2を始動する際(例えばイグニッションスイッチがONにされ、制御装置48の電源がONになった際)に、水素含有化合物流入ライン52に設けられた流量調整バルブ64が開放され、水素含有化合物が水素含有化合物流入ライン52から改質室42内の触媒部56に供給される。   First, when the reformer 2 is started (for example, when the ignition switch is turned on and the power supply of the control device 48 is turned on), the flow rate adjustment valve 64 provided in the hydrogen-containing compound inflow line 52 is opened. The hydrogen-containing compound is supplied from the hydrogen-containing compound inflow line 52 to the catalyst unit 56 in the reforming chamber 42.

また、改質装置1を始動させる際に、温度センサ50により触媒の温度が検出され、検出された温度データが制御装置48に出力される。そして、制御装置48において、検出された温度データと予め設定されている水素含有化合物を分解する触媒反応温度(第1規定温度)とを比較し、温度データが予め設定されている第1規定温度未満の場合に、プラズマ発生装置44を起動させる。具体的には、制御装置48により高周波電源60からプラズマ発生用コイル電極58に出力指令が出され、高周波電源60からプラズマ発生用コイル電極58に電力が供給されることにより、触媒部56内にプラズマを発生させる。これにより、プラズマの放電エネルギの一部が水素含有化合物の分解に利用されるため、改質装置2の始動から短時間で水素生成が可能となる。また、前述の通り、触媒部56内にプラズマを発生させることにより、プラズマの放電エネルギの一部は触媒部56の加熱にも利用されている。   Further, when the reformer 1 is started, the temperature of the catalyst is detected by the temperature sensor 50, and the detected temperature data is output to the controller 48. Then, in the control device 48, the detected temperature data is compared with a preset catalyst reaction temperature (first specified temperature) for decomposing the hydrogen-containing compound, and the first specified temperature at which the temperature data is set in advance. If it is less, the plasma generator 44 is activated. Specifically, an output command is issued from the high frequency power supply 60 to the plasma generating coil electrode 58 by the control device 48, and power is supplied from the high frequency power supply 60 to the plasma generating coil electrode 58. Generate plasma. As a result, part of the plasma discharge energy is used for the decomposition of the hydrogen-containing compound, so that hydrogen can be generated in a short time from the start of the reformer 2. Further, as described above, by generating plasma in the catalyst unit 56, a part of the plasma discharge energy is also used for heating the catalyst unit 56.

さらに、改質装置1を始動させる際に、制御装置48により、酸化反応加熱装置46を起動させる(具体的には、ブロワの起動及び空気流入ライン62に設けられる流量調整バルブ66の開放)。酸化反応加熱装置46の起動により、空気が空気流入ライン62から水素含有化合物流入ライン52に供給され、水素含有化合物と空気との混合気が改質室42の触媒部56に供給される。触媒部56では、水素含有化合物の一部が前述したようにプラズマの放電エネルギ(一部)により触媒上で分解して水素が生成され、プラズマの放電エネルギの一部は水素含有化合物の酸化を生じさせることに利用されて、水素含有化合物の一部が触媒上で酸素と酸化反応して発熱し、触媒部56が加熱される。   Further, when the reformer 1 is started, the oxidation reaction heating device 46 is started by the control device 48 (specifically, the blower is started and the flow rate adjustment valve 66 provided in the air inflow line 62 is opened). By starting the oxidation reaction heating device 46, air is supplied from the air inflow line 62 to the hydrogen-containing compound inflow line 52, and a mixture of the hydrogen-containing compound and air is supplied to the catalyst unit 56 of the reforming chamber 42. In the catalyst unit 56, as described above, a part of the hydrogen-containing compound is decomposed on the catalyst by the plasma discharge energy (part), and hydrogen is generated, and part of the plasma discharge energy is oxidized by the hydrogen-containing compound. A part of the hydrogen-containing compound is used for the generation to generate heat by oxidation reaction with oxygen on the catalyst, and the catalyst unit 56 is heated.

このように、触媒部56の温度に関わらず、改質装置2の始動の際に、酸化反応加熱装置46を起動させて、触媒部56を加熱させることにより、触媒部56をより効率的に加熱することが可能となる。   In this way, regardless of the temperature of the catalyst unit 56, when the reforming apparatus 2 is started, the oxidation reaction heating device 46 is activated to heat the catalyst unit 56, thereby making the catalyst unit 56 more efficient. It becomes possible to heat.

酸化反応加熱装置46を起動させて、触媒部56に供給する空気の流量は、水素含有化合物の流量に対して当量比が12〜5の範囲とすることが好ましい。水素含有化合物の流量に対する空気量が当量比12以上となると、酸化反応が十分に起こらず、触媒部56を十分に加熱することができない場合がある。また、水素含有化合物の流量に対する空気量が当量比5未満となると、分解反応により生成した水素を酸化により消費する虞があり、効率的でない。なお、流量は前述の通り、制御装置48により水素含有化合物流入ライン52及び空気流入ライン62に設けられる流量調整バルブ(64,66)の開度を調整すること等により行われる。   The flow rate of the air supplied to the catalyst unit 56 by starting the oxidation reaction heating device 46 is preferably in the range of 12 to 5 with respect to the flow rate of the hydrogen-containing compound. When the amount of air with respect to the flow rate of the hydrogen-containing compound is equal to or greater than 12, the oxidation reaction does not occur sufficiently, and the catalyst unit 56 may not be heated sufficiently. Further, if the amount of air with respect to the flow rate of the hydrogen-containing compound is less than 5, the hydrogen generated by the decomposition reaction may be consumed by oxidation, which is not efficient. As described above, the flow rate is adjusted by adjusting the opening degree of the flow rate adjustment valves (64, 66) provided in the hydrogen-containing compound inflow line 52 and the air inflow line 62 by the control device 48.

そして、酸化反応加熱装置46及びプラズマ発生装置44により触媒部56が加熱され、触媒の温度が水素含有化合物が分解する触媒反応温度(第1規定値温度)以上となった際には、触媒反応だけで水素含有化合物を分解し水素を生成させることができるため、省エネルギの観点等から、制御装置48によりプラズマ発生装置44を停止させることが好ましい。なお、前述の通り、触媒反応は吸熱反応であるため、酸化反応加熱装置46は起動させたままにしておくことが好ましい。   When the catalyst unit 56 is heated by the oxidation reaction heating device 46 and the plasma generator 44 and the temperature of the catalyst becomes equal to or higher than the catalyst reaction temperature (first specified value temperature) at which the hydrogen-containing compound is decomposed, the catalytic reaction Since the hydrogen-containing compound can be decomposed to generate hydrogen alone, it is preferable to stop the plasma generator 44 by the controller 48 from the viewpoint of energy saving. As described above, since the catalytic reaction is an endothermic reaction, it is preferable to leave the oxidation reaction heating device 46 activated.

本実施形態の改質装置は、図1に示す加熱装置14及び図4に示す酸化反応加熱装置46を併用してもよい。   In the reformer of this embodiment, the heating device 14 shown in FIG. 1 and the oxidation reaction heating device 46 shown in FIG. 4 may be used in combination.

1 改質装置、10,42 改質室、12,44 プラズマ発生装置、14 加熱装置、16,48 制御装置、18,50 温度センサ、20,52 水素含有化合物流入ライン、22,54 水素含有化合物排出ライン、24 加熱媒体流入ライン、26 加熱媒体排出ライン、28,56 触媒部、30 加熱層、32 誘電体、34a,34b,34c 基材、36 高電圧電源、38,40 バルブ、46 酸化反応加熱装置、58 プラズマ発生用コイル電極、60 高周波電源、62 空気流入ライン、64,66 流量調整バルブ、66 流量調整バルブ、68 断熱材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reforming apparatus, 10,42 Reforming chamber, 12,44 Plasma generation apparatus, 14 Heating apparatus, 16,48 Control apparatus, 18,50 Temperature sensor, 20,52 Hydrogen-containing compound inflow line, 22,54 Hydrogen-containing compound Discharge line, 24 Heating medium inflow line, 26 Heating medium discharge line, 28,56 Catalyst part, 30 Heating layer, 32 Dielectric, 34a, 34b, 34c Base material, 36 High voltage power supply, 38, 40 Valve, 46 Oxidation reaction Heating device, 58 plasma generating coil electrode, 60 high frequency power supply, 62 air inflow line, 64, 66 flow rate adjusting valve, 66 flow rate adjusting valve, 68 heat insulating material.

Claims (4)

触媒の触媒反応により水素含有化合物を分解して、水素を発生させる触媒部内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段の起動を制御するプラズマ起動制御手段と、を備える改質装置であって、
前記プラズマ起動制御手段は、改質装置の始動の際に、前記触媒の温度が、前記水素含有化合物を分解する触媒反応温度より低い温度の場合、前記プラズマ発生手段を起動させることを特徴とする改質装置。
Plasma generating means for decomposing a hydrogen-containing compound by a catalytic reaction of the catalyst and generating plasma in a catalyst part for generating hydrogen;
A plasma starting control means for controlling the starting of the plasma generating means, and a reformer comprising:
The plasma activation control means activates the plasma generation means when the temperature of the catalyst is lower than a catalytic reaction temperature for decomposing the hydrogen-containing compound when the reformer is started. Reformer.
前記触媒部を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の起動を制御する加熱制御手段と、を備え、
前記加熱制御手段は、改質装置の始動の際に、前記加熱手段を起動させることを特徴とする請求項1記載の改質装置。
Heating means for heating the catalyst part;
Heating control means for controlling the activation of the heating means,
The reforming apparatus according to claim 1, wherein the heating control means starts the heating means when the reforming apparatus is started.
前記加熱手段は、前記触媒部に酸素を供給して、前記触媒上での前記水素含有化合物と前記酸素との酸化反応による反応熱で前記触媒部を加熱する酸化反応加熱手段を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の改質装置。   The heating unit includes an oxidation reaction heating unit that supplies oxygen to the catalyst unit and heats the catalyst unit with reaction heat generated by an oxidation reaction between the hydrogen-containing compound and the oxygen on the catalyst. The reformer according to claim 1 or 2. 前記プラズマ発生手段の停止を制御するプラズマ停止制御手段を備え、
前記触媒の温度が、前記触媒反応温度以上となった際に、前記プラズマ発生手段を停止させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の改質装置。
Plasma stop control means for controlling stop of the plasma generating means,
The reforming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein when the temperature of the catalyst becomes equal to or higher than the catalytic reaction temperature, the plasma generating unit is stopped.
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