JP2020015636A - Fuel reformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を改質する改質触媒を含有する隔壁を備えた燃料改質器に関する。 The present invention relates to a fuel reformer provided with a partition containing a reforming catalyst for reforming fuel.
炭化水素燃料を改質して水素などの改質ガスを生成する燃料改質器が知られている。改質ガスは、例えば排ガスの浄化や燃料に利用される。 A fuel reformer that reforms a hydrocarbon fuel to generate a reformed gas such as hydrogen is known. The reformed gas is used for, for example, purification of exhaust gas and fuel.
排ガスの浄化用途としては例えばSCR(選択触媒還元)システムに用いられる還元ガスが挙げられる。燃料用途としては、例えば、燃料電池の燃料極側に供給される水素、化学工場のエネルギー源として用いられる改質燃料が挙げられる。 As an application for purifying exhaust gas, for example, there is a reducing gas used in an SCR (selective catalytic reduction) system. Examples of fuel applications include hydrogen supplied to the fuel electrode side of a fuel cell and reformed fuel used as an energy source in a chemical factory.
特許文献1には、ロジウム触媒、白金触媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒などの触媒により炭化水素系燃料を改質して水素を生成する燃料改質装置が提案されている。この燃料改質装置では、改質部に、触媒の比表面積を大きくした高密度部と、触媒の比表面積を小さくした低密度部とを形成することにより、水素の生成効率の向上を目指している。
しかしながら、特許文献1に記載の燃料改質装置では、改質触媒として、ロジウム、白金等の酸化力の高い貴金属種が用いられている。このような改質触媒は炭化水素燃料を二酸化炭素や水にまで完全に酸化しやすい。つまり、炭化水素燃料の部分酸化が起こり難くなり、水素や含酸素炭化水素などを含む改質ガスの生成が抑制される。その結果、改質ガスに求められる還元力が十分に得られなくなる。
However, in the fuel reformer described in
例えば車両用途の燃料改質器には、燃費向上などの観点から、小型化、軽量化が求められる。車両用途以外でも、小型化、軽量化は、運搬性の向上や設置場所の多様化に貢献する。しかし、改質触媒が酸化力の高い貴金属種を含有する場合には、還元力の高い改質ガスを生成するために、改質触媒の炭化水素燃料に対する酸化力を低く制御する必要性が生じる。そこで、改質器への燃料供給のタイミング、燃料供給量、改質器内の温度などの調整が要求される。したがって、燃料改質器には、各種センサや制御装置の装着が必要となり、燃料改質器の大型化や重量化を余儀なくされる傾向がある。 For example, a fuel reformer for a vehicle is required to be reduced in size and weight from the viewpoint of improving fuel efficiency. For applications other than vehicles, downsizing and weight saving contribute to improved transportability and diversification of installation locations. However, when the reforming catalyst contains a noble metal species having a high oxidizing power, it is necessary to control the oxidizing power of the reforming catalyst to hydrocarbon fuel to be low in order to generate a reforming gas having a high reducing power. . Therefore, it is necessary to adjust the timing of fuel supply to the reformer, the amount of fuel supply, the temperature inside the reformer, and the like. Therefore, it is necessary to mount various sensors and control devices on the fuel reformer, and the fuel reformer tends to be increased in size and weight.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、軽量化、小型化が可能であり、還元力の高い改質ガスの生成を促進させることができる燃料改質器を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and aims to provide a fuel reformer that can be reduced in weight and size and that can promote generation of a reforming gas having a high reducing power. It is.
本発明の一態様は、炭化水素燃料(F)から改質ガス(GR)を生成する燃料改質器(1)であって、
反応器(2)と、
上記反応器の内部を区画し、第1主面(31)と第2主面(32)とを有する隔壁(3)と、
上記第1主面に面し、酸化雰囲気に曝される酸化反応室(21)と、
上記第2主面に面し、上記炭化水素燃料が供給される共に還元雰囲気に曝される燃料改質室(22)と、を有し、
上記隔壁が金属及び/又は金属酸化物かならなる改質触媒を含有し、該改質触媒が、Pt、Rh、Ru、Pd、Au、Os、及びIrを実質的に含まない、燃料改質器にある。
One aspect of the present invention is a fuel reformer (1) for producing a reformed gas (G R ) from a hydrocarbon fuel (F),
A reactor (2);
A partition (3) that partitions the inside of the reactor and has a first main surface (31) and a second main surface (32);
An oxidation reaction chamber (21) facing the first main surface and exposed to an oxidizing atmosphere;
A fuel reforming chamber (22) facing the second main surface and supplied with the hydrocarbon fuel and exposed to a reducing atmosphere;
Fuel reforming, wherein the partition contains a reforming catalyst comprising a metal and / or a metal oxide, wherein the reforming catalyst is substantially free of Pt, Rh, Ru, Pd, Au, Os, and Ir. In the bowl.
上記燃料改質器は、反応器と隔壁とを有する。隔壁は反応器の内部を酸化反応室と燃料改質室とに区画する。隔壁は金属及び/又は金属酸化物からなる改質触媒を含有する。隔壁中の改質触媒は、第1主面側では酸化反応室の酸化雰囲気により酸化され、第2主面側では炭化水素燃料により還元される。したがって、改質触媒は、金属と金属酸化物との間で可逆的に変化する。 The fuel reformer has a reactor and a partition. The partition partitions the inside of the reactor into an oxidation reaction chamber and a fuel reforming chamber. The partition contains a reforming catalyst composed of a metal and / or a metal oxide. The reforming catalyst in the partition is oxidized by the oxidizing atmosphere of the oxidation reaction chamber on the first main surface side and is reduced by the hydrocarbon fuel on the second main surface side. Therefore, the reforming catalyst changes reversibly between the metal and the metal oxide.
第2主面側では、改質触媒が還元されると共に、炭化水素燃料が酸化される。炭化水素燃料は、酸化力の弱い金属酸化物中の酸素によって酸化されるため、部分酸化されやすい。さらに、改質触媒は、Pt、Rh、Ru、Pd、Au、Os、及びIrを含有していないため、金属の状態であっても炭化水素燃料に対する酸化力が抑制される。これにより、炭化水素燃料が完全に酸化されて二酸化炭素や水が発生することを抑制し、炭化水素燃料が部分的に酸化されて水素や含酸素炭化水素を発生しやすくなる。したがって、還元力の高い改質ガスの生成が促進される。 On the second principal surface side, the reforming catalyst is reduced and the hydrocarbon fuel is oxidized. Since hydrocarbon fuel is oxidized by oxygen in a metal oxide having weak oxidizing power, it is likely to be partially oxidized. Furthermore, since the reforming catalyst does not contain Pt, Rh, Ru, Pd, Au, Os, and Ir, the oxidizing power for the hydrocarbon fuel is suppressed even in a metal state. This suppresses generation of carbon dioxide and water due to complete oxidation of the hydrocarbon fuel, and facilitates generation of hydrogen and oxygen-containing hydrocarbon by partially oxidizing the hydrocarbon fuel. Therefore, generation of a reformed gas having a high reducing power is promoted.
上記態様では、隔壁が改質触媒を含有する。つまり、改質触媒は、隔壁に固定され、所謂固定床を形成する。したがって、例えば改質触媒が流動する流動床を有する改質器に比べて、燃料改質器の小型化、軽量化が可能になる。 In the above embodiment, the partition contains the reforming catalyst. That is, the reforming catalyst is fixed to the partition walls to form a so-called fixed bed. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the fuel reformer, for example, as compared to a reformer having a fluidized bed in which the reforming catalyst flows.
改質触媒としては、酸化力の高い触媒を必ずしも必要としない。したがって、改質触媒の酸化力を例えば弱く制御するために、燃料供給量、燃料供給のタイミング、改質器内の温度などの諸条件の調整の必要がない。つまり、諸条件の調整のための各種センサや制御装置を減らしたり、なくしたりすることが可能になる。その結果、燃料改質器の小型化、軽量化が可能になる。 As the reforming catalyst, a catalyst having high oxidizing power is not necessarily required. Therefore, in order to control the oxidizing power of the reforming catalyst to be weak, for example, there is no need to adjust various conditions such as the fuel supply amount, the fuel supply timing, and the temperature inside the reformer. That is, it is possible to reduce or eliminate various sensors and control devices for adjusting various conditions. As a result, the size and weight of the fuel reformer can be reduced.
以上のごとく、上記態様によれば、軽量化、小型化が可能であり、還元力の高い改質ガスの生成を促進できる燃料改質器を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a fuel reformer that can be reduced in weight and size and can promote generation of a reformed gas having a high reducing power.
Note that reference numerals in parentheses described in the claims and means for solving the problems indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described below, and limit the technical scope of the present invention. Not something.
(実施形態1)
燃料改質器に係る実施形態について、図1を参照して説明する。燃料改質器1は、炭化水素燃料Fを改質し、改質ガスGRを生成するために用いられる。炭化水素燃料Fとしては、軽油、ガソリン、天然ガス等の化石燃料が例示される。
(Embodiment 1)
An embodiment according to a fuel reformer will be described with reference to FIG. The
改質ガスGRは、例えば水素、含酸素炭化水素を含む。含酸素炭化水素は、酸素が結合した炭化水素であり、炭化水素を「HC」で表すと、含酸素炭化水素は「HCO」で表される。 Reformed gas G R include, for example, hydrogen, oxygenated hydrocarbons. The oxygen-containing hydrocarbon is a hydrocarbon to which oxygen is bonded, and when the hydrocarbon is represented by “HC”, the oxygen-containing hydrocarbon is represented by “HCO”.
図1に例示されるように、燃料改質器1は、反応器2と隔壁3とを有する。隔壁3は、反応器2の内部を酸化反応室21と燃料改質室22とに区画する。
As illustrated in FIG. 1, the
隔壁3は、例えば板状であり、第1主面31と第2主面32とを有する。隔壁3は、金属及び/又は金属酸化物からなる改質触媒を含有する。金属と金属酸化物とは、隔壁3内で相互に可逆的に変化しうる。金属としては、Pt、Rh、Ru、Pd、Au、Os、Ir以外の金属が例示される。本明細書では、Pt、Rh、Ru、Pd、Au、Os、Irのことを、適宜「高酸化力金属」という。改質触媒の金属は、具体的には、遷移金属、希土類、高酸化力金属以外の貴金属などである。遷移金属としては、具体的には、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Znなどが例示される。希土類としては、具体的には、Y、La、Ce、Pr、Ndなどが例示される。高酸化力金属以外の貴金属としてはAgが例示される。金属酸化物は、高酸化力金属以外の金属を含む酸化物であるが、単一の金属を含有する酸化物だけでなく、2種以上の金属を含有する複合酸化物を含む概念である。金属酸化物は、蛍石型複合酸化物、ペロブスカイト型複合酸化物、スピネル型複合酸化物などからなるイオン伝導性の固体電解質を含む。
The
隔壁3は、改質触媒を含有していればよく、隔壁3の全体が改質触媒から構成されていてもよいが、隔壁3が基材と、基材中に分散された改質触媒とから構成されていてもよい。隔壁3は、単層から構成されていても、積層体から構成されていてもよい。図1では、単層の隔壁3を例示する。
The
酸化反応室21は、隔壁3によって区画された反応室であり、隔壁3の第1主面31に面する。酸化反応室21は、酸化雰囲気に曝される。酸化雰囲気は例えば酸素を含むガス雰囲気である。酸素を含むガスのことを、「酸素含有ガス」という。酸素含有ガスGOを酸化反応室21に供給することにより、酸化反応室21内を容易に酸化雰囲気にすることができる。
The
酸化反応室21における酸素ガス濃度は、酸化反応が進行しやすくなるという観点から、例えば5体積%以上であることが好ましく、7体積%以上であることがより好ましく、10体積%以上であることがさらに好ましい。酸素ガス濃度は、例えば図示しない酸素センサによりモニタされる。
The oxygen gas concentration in the
酸素含有ガスGOとしては、内燃機関から排出される排ガス、大気等が例示される。つまり、酸化雰囲気は、例えば排ガス雰囲気、大気雰囲気である。排ガス、大気を酸化反応室21に供給することにより、酸化反応室21内を容易に酸化雰囲気にすることができる。排ガスを供給する場合には、燃料改質器1における燃料の改質反応に排ガスの熱を利用できるという利点もある。
Examples of the oxygen-containing gas G O include exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the atmosphere, and the like. That is, the oxidizing atmosphere is, for example, an exhaust gas atmosphere or an air atmosphere. By supplying the exhaust gas and the atmosphere to the
酸化反応室21は、ガス流路によって構成されており、酸化反応室21のガス流路の上流には流路調整弁11が設けられていることが好ましい。例えば、酸化反応室21にガス導入口、ガス排出口を設け、ガス導入口、ガス排出口に、それぞれ酸化ガス導入管211、酸化ガス排出管212を接続することにより、ガス流路を形成することができる。流路調整弁11は、酸化反応室21内への例えば酸素含有ガスGOの流量を調整するものである。流路調整弁11は、酸化反応室内への酸素含有ガスGOの流入をせき止め、流量を0にすることも可能である。流路調整弁11によって、酸素含有ガスGOの流量を調整することにより、酸化反応室21における酸化反応を制御することができる。流路調整弁11の設置位置は適宜調整可能である。
The
酸化反応室21内では隔壁3が酸化される。具体的には、改質触媒の金属が酸化されて金属酸化物が生成する。隔壁3の酸化は、第1主面31側で進行する。第1主面31のことを酸化面ということもできる。
The
燃料改質室22は、隔壁3によって区画された反応室であり、隔壁3の第2主面32に面する。燃料改質室22内には、炭化水素燃料Fが供給され、燃料改質室22は還元雰囲気に曝される。
The
燃料改質室22は、ガス流路によって構成されており、燃料改質室22のガス流路の上流には燃料噴射弁5が設けられていることが好ましい。例えば、燃料改質室22にガス導入口、ガス排出口を設け、ガス導入口、ガス排出口に、それぞれ燃料導入管221、改質ガス排出管222を接続することにより、ガス流路を形成することができる。燃料噴射弁5は、燃料改質室22内に炭化水素燃料Fを供給するものである。燃料噴射のタイミング、噴射量の制御は、燃料噴射弁5に電気的に接続された、図示しない燃料噴射制御回路に
より行うことができる。
The
燃料噴射弁5は、例えば、燃料改質室22のガス導入口に接続された燃料導入管221内に炭化水素燃料Fを供給することができる。これにより、燃料改質室22の上流に炭化水素燃料Fが供給され、気流により燃料改質室22内に炭化水素燃料Fが導入される。燃料噴射弁5の噴射口の設置位置を調整することにより、例えば、燃料改質室22内に炭化水素燃料Fを直接供給させることも可能である。いずれの場合であっても、燃料噴射弁5は、燃料改質室22内に炭化水素燃料Fを供給するように構成される。ガス排出口からは燃料改質室22内で生成した改質ガスGRが排出され、改質ガスGRは各種用途に利用される。
The fuel injection valve 5 can supply the hydrocarbon fuel F into a
燃料改質室22のガス流路の上流には、流路調整弁を設けることができる。この流路調整弁により、燃料改質室22内への炭化水素燃料Fの流入や、その流量を調整することができる。燃料噴射弁5、流路調整弁の設置位置は適宜調整可能である。燃料改質室のガス流路の上流に設けられる流路調整弁の図示は省略する。
A flow path adjustment valve can be provided upstream of the gas flow path of the
燃料改質器1は、燃料噴射弁5を少なくとも2つ備えることができる。具体的には、第1燃料噴射弁51及び第2燃料噴射弁52を備えることができる。第1燃料噴射弁51及び第2燃料噴射弁52は、両者が時間的な位相差をもって燃料改質室22内に燃料を供給するように構成されていることが好ましい。この場合には、第1燃料噴射弁51と第2燃料噴射弁52とから例えば交互に炭化水素燃料Fを噴射させることが可能になる。したがって、噴射のタイミング、噴射量の制御が容易になり、最適なタイミング、量で炭化水素燃料Fを供給しやすくなる。第1燃料噴射弁51、第2燃料噴射弁52による噴射制御は、例えば、図示しない燃料噴射制御回路により行われる。
The
燃料改質室22内では、隔壁3が還元される。具体的には、改質触媒の金属酸化物が還元されて金属が生成する。隔壁3の還元は、第2主面32側で進行する。第2主面32のことを還元面ということもできる。
In the
隔壁3の第1主面31側では隔壁3の酸化反応が起こり、第2主面32側では隔壁3の還元反応が起こる。具体的には、第1主面側では金属が酸化されて金属酸化物が生成、第2主面側では金属酸化物が還元されて金属が生成する。したがって、図1に例示されるように、隔壁3は、酸化反応室21内の酸素を第1主面31側で受け取り、第2主面32側で炭化水素燃料F(具体的にはHC)に渡すという役割を果たす。隔壁3内では、第1主面31側で改質触媒の金属が金属酸化物になり、第2主面32側で金属酸化物が金属になることにより、あたかも酸素が第1主面31から第2主面32側に移動するような挙動を示す。図1では、金属をMeで表し、金属酸化物をMeOで表す。隔壁内での酸化反応、還元反応がより起こり易くなるという観点から、隔壁3の厚みは、0.01mm〜0.1mmであることが好ましく、0.015mm〜0.05mmであることがより好ましい。
An oxidation reaction of the
燃料改質室22では、金属酸化物が還元されて金属が生成すると共に、炭化水素燃料Fの酸化が起こる。炭化水素燃料Fの酸化には、金属酸化物中の酸素が利用される。金属酸化物中の酸素は、ガス状の酸素と比べると酸化力が低いため、炭化水素燃料Fの部分酸化が促進される。さらに、改質触媒が高酸化力金属を含有していないため、炭化水素燃料Fに対する強力な酸化作用を回避できる。したがって、隔壁3中の改質触媒によって炭化水素燃料Fが二酸化炭素や水にまで完全に酸化されることを抑制できる。このように、燃料改質室22では、金属酸化物中の酸素による緩やかな酸化と、強力な酸化作用の回避とにより、炭化水素燃料Fの部分酸化が起こり易くなる。したがって、炭化水素燃料Fから含酸素炭化水素や水素が生成しやすくなる。
In the
燃料改質室22での部分酸化による炭化水素燃料Fの改質反応は、以下の式(1)、式(2)で表される。式(1)は水素への改質反応を表し、式(2)は含酸素炭化水素への改質反応を表す。なお、式(1)、式(2)において、HCは炭化水素、Meは金属、MeOは金属酸化物、HCOは含酸素炭化水素を表す。
HC+MeO → Me+CO+1/2H2 ・・・(1)
HC+MeO → Me+HCO ・・・(2)
The reforming reaction of the hydrocarbon fuel F by the partial oxidation in the
HC + MeO → Me + CO + 1 / 2H 2 (1)
HC + MeO → Me + HCO (2)
燃料改質室22は、酸素ガスを実質的に含まないことが好ましい。燃料改質室22内の酸素ガス濃度を実質的に0体積%にしたり、0体積%に近づけることにより、炭化水素燃料Fの完全酸化がさらに抑制される。しかし、燃料改質室22内の酸素ガス濃度を0体積%に保つことは、燃料改質室22内のガス組成の制御を困難にする。したがって、燃料改質室22内のガス組成の制御が容易になるという観点からは、燃料改質室22内の酸素ガスの存在はある程度許容される。
It is preferable that the
この許容量は、改質ガスGRの種類(具体的には成分組成)に依存する。例えば含酸素炭化水素を生成しやすくする場合には、燃料改質室22内における酸素ガス濃度を5体積%未満にすることが好ましい。水素を生成しやすくする場合には、燃料改質室22内における酸素ガス濃度を1体積%未満にすることが好ましい。例えば炭化水素燃料Fが軽油の場合には、燃料改質室22内における炭化水素燃料に対する酸素の量は、モル比で、0.5〜10であることが好ましく、5〜8であることがより好ましく、6〜7であることがさらに好ましい。このモル比は、酸素(単位:モル)/燃料(単位:モル)で表されている。
The tolerance is dependent on the type of reformed gas G R (specifically, component composition). For example, in order to easily generate oxygen-containing hydrocarbons, it is preferable that the oxygen gas concentration in the
燃料改質室22内における酸素ガス濃度は、例えば、図示しない酸素センサによりモニタされる。酸素ガス濃度の制御は、燃料改質室22内への炭化水素燃料Fの供給により行われる。具体的には、燃料改質器22内に炭化水素燃料Fを供給すると、燃料改質室22内の酸素ガスが消費されて酸素ガス濃度が低下する。燃料噴射弁5を備える場合には、酸素ガス濃度が所定値以上となった場合に、燃料噴射弁5により炭化水素燃料Fを噴射させればよい。これにより、燃料改質室22内の酸素ガス濃度を例えば所定値未満に保つことが可能になる。
The oxygen gas concentration in the
酸化反応室21での隔壁3の酸化反応は発熱反応である。燃料改質室22での隔壁3の還元反応は吸熱反応である。酸化反応によって発生した熱は、隔壁3を伝わって還元反応に使用される。燃料改質器1においては熱収支の制御が可能である。具体的には、還元反応量(つまり、吸熱反応量)と酸化反応量(つまり、発熱反応量)とを制御することにより、改質器の温度制御が可能になる。図1において、「ht」は熱を示し、破線矢印は熱の移動を示す。
The oxidation reaction of the
反応器2内の温度は100〜500℃に調整されていることが好ましい。この場合には、含酸素炭化水素、水素の生成がより促進される。その結果、還元力の高い改質ガスGRの生成がより促進される。
The temperature in the
含酸素炭化水素が生成しやすくなるという観点からは、反応器2内の温度は200〜400℃であることが好ましい。水素が生成しやすくなるという観点からは、反応器2内の温度は300〜500℃であることが好ましい。
From the viewpoint that oxygen-containing hydrocarbons are easily generated, the temperature in the
反応器2内の温度調整は、例えば酸化反応室21での酸化反応と、燃料改質室22での還元反応のバランスにより制御することができる。これは、酸化反応が発熱反応であり、還元反応が吸熱反応であるため、両者のバランスを調整することにより、隔壁3の温度調整が可能であるからである。したがって、反応器2内を加熱するヒータの設置を回避することが可能になる。
The temperature adjustment in the
具体的には、酸化反応室21における、酸素ガス濃度を高めたり、酸素含有ガスGOの流量を増やしたり、燃料改質室22内への炭化水素燃料Fの供給量を減らすことにより、反応器2内の温度を高めることができる。これに対し、燃料改質室22内への炭化水素燃料Fの供給量を増やすことにより、反応器2内の温度を下げることができる。
Specifically, by increasing the oxygen gas concentration in the
燃料改質器1はヒータ48を備えてもよい。この場合には、ヒータ48により反応器2内を加熱することができ、燃料改質器1の温度を調整することができる。これにより、温度制御が容易になる。
The
図1に例示されるように、燃料改質器1においては、隔壁3は反応器2の内部を酸化反応室21と燃料改質室22とに区画する。隔壁3は金属及び/又は金属酸化物からなる改質触媒を含有する。隔壁3中の改質触媒は、第1主面31側では酸化反応室21の酸素により酸化され、第2主面32側では炭化水素燃料Fにより還元される。第2主面32側では、改質触媒の還元と共に、炭化水素燃料Fの酸化が起こる。炭化水素燃料Fは、酸化力の弱い金属酸化物中の酸素によって酸化される。したがって、炭化水素燃料Fの部分酸化が起こりやすくなる。つまり、炭化水素燃料Fの完全酸化が抑制され、部分酸化が促進される。したがって、含酸素炭化水素、水素を含む、還元力の高い改質ガスGRの生成が促進される。
As illustrated in FIG. 1, in the
改質触媒は、隔壁3に固定され、所謂固定床を形成しており、改質触媒自体は流動しない。したがって、改質触媒を流動させるための流動スペースや流動装置が必要なくなり、燃料改質器1の小型化、軽量化を可能にする。
The reforming catalyst is fixed to the
改質触媒は遷移金属及び/又は遷移金属酸化物からなり、隔壁3は、改質触媒として、高酸化力金属のような酸化力の高い貴金属種を必要としない。したがって、酸化力の高い触媒の酸化能を例えば弱めるために、燃料供給量、燃料供給のタイミング、改質器内の温度などの諸条件を調整する必要がない。つまり、これらの条件の調整するために必要な各種センサや制御装置を減らしたり、なくしたりすることが可能になる。その結果、燃料改質器1の小型化、軽量化が可能になる。隔壁3は、部分酸化を大きく妨げない範囲で例えばAgのような貴金属を含有することも可能であるが、炭化水素燃料Fの完全酸化をより十分に抑制するという観点からは、改質触媒は実質的に貴金属を含有していないことが好ましい。
The reforming catalyst is made of a transition metal and / or a transition metal oxide, and the
隔壁3中の改質触媒は、高酸化力金属を実質的に含有しない。これは、改質触媒の部分酸化を大きく妨げない範囲での高酸化力金属の含有を許容することを意味する。高酸化力金属は、改質触媒の酸化反応又は還元反応に影響を与えない程度の微量であることが好ましい。炭化水素燃料Fの完全酸化をより十分に抑制するという観点からは、改質触媒は、高酸化力金属を全く含有しなくてもよく、貴金属を実質的に含有ないことが好ましい。
The reforming catalyst in the
改質触媒としては、固体電解質を用いることができる。この場合には、酸化反応室21内の酸素が例えば酸素イオンとして隔壁3の第1主面31から固体電解質3内に取り込まれて、酸素イオンが固体電解質内を第2主面32側に移動する。そして、第2主面32から炭化水素燃料Fに酸素が渡される。この場合には、酸素の伝達がスムーズになり、酸化反応、還元反応が進行しやすい。さらに、固体電解質により緻密な隔壁3を形成することができる。緻密な隔壁3は、酸化反応室21の酸素含有ガスGoが、隔壁3を透過して燃料改質室22に到達すること防ぎ、燃料改質室22の炭化水素燃料Fや改質ガスGRが、隔壁3を透過して酸化反応室21に到達することを防ぐ。固体電解質としては、イットリア安定化ジルコニア(つまり、YSZ)、ZrO2、CeO2、Bi2O3等が例示される。
As the reforming catalyst, a solid electrolyte can be used. In this case, oxygen in the
隔壁3を積層体によって形成し、隔壁3の各層を構成する改質触媒として、それぞれ異なる材料を用いてもよい。この場合には、複数の金属、複数の固体電解質をそれぞれ用いたり、金属と固体電解質とを併用することもできる。
The
燃料改質器1、改質ガスGRの用途は特に限定されない。改質ガスGRは、例えば還元性の燃料として用いられる。具体的には、改質ガスGRは、燃料電池の燃料極側に供給される燃料、工場で使用される改質燃料等として用いられる。
The
改質ガスGRは、後述の実施形態2で説明されるNOxの浄化などの排ガスの浄化に用いられる。この場合には、還元力の高い改質ガスGRにより、NOxを十分に浄化することができる。より具体的には、改質ガスGRを選択触媒還元(SCR)システムに適用することができる。この場合には、改質ガスGRの高い還元力によってSCRシステムの浄化性能が向上する。
Reformed gas G R is used for purifying exhaust gas, such as purification of NOx as described in the
本形態の燃料改質器1は、上記のごとく、小型、軽量化が可能である。したがって、燃料改質器1は車載用に好適である。設置スペースを小さくすることができ、燃費の向上が可能になる。
As described above, the
(実施形態2)
排ガス浄化に用いられる、車載用の燃料改質器1の実施形態について説明する。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
(Embodiment 2)
An embodiment of a vehicle-mounted
図2に例示されるように、燃料改質器1は、選択触媒還元(つまり、SCR)を用いた排ガス浄化システム6に用いられる。燃料改質器1は、排ガス浄化システム6における還元剤の生成装置として用いられる。
As illustrated in FIG. 2, the
燃料改質器1は、エンジンなどの内燃機関の後処理装置に用いられる。図2に例示されるように、燃料改質器1は、例えば、ディーゼルエンジンなどのエンジン61とSCR触媒62との間に設置される。SCR触媒62は、図示しないハニカム構造の基材と、この基材に担持された、図示しない浄化触媒とから構成され、排ガス管63を拡径した拡径管内に配置される。燃料改質器1は、例えば実施形態1と同様の構成とすることができる。
The
燃料改質器1は、エンジン61から排出される排ガスが流れる排ガス管63に接続される。より具体的には、排ガス管63から分岐するバイパス管64が燃料改質器1の酸化反応室21に連結される。バイパス管64の上流側が酸化反応室21のガス導入口に連結され、バイパス管64の下流側が酸化反応室21のガス排出口に連結される。
The
バイパス管64を流れる排ガスは、ガス導入口から酸化反応室21内に供給され、ガス排出口から酸化反応室21外へ排出される。次いで、排ガスはバイパス管64を通って排ガス管63に戻されてSCR触媒62に至る。バイパス経路を通らない排ガスは、エンジン61から排ガス管63を通ってSCRに供給される。排ガスは、酸素含有ガスGOの1種であり、酸化反応室21内を酸化雰囲気にする。
The exhaust gas flowing through the
バイパス管64には流路調整弁11を設けることができる。流路調整弁11により、酸化反応室21内への排ガスの供給、供給量の制御が可能になる。
The
燃料改質室22のガス導入口からは、炭化水素燃料Fが供給される。炭化水素燃料Fの供給には、燃料噴射弁5が用いられる。燃料噴射弁5は、例えば、ガス導入口に連結される燃料導入管221内に炭化水素燃料Fを噴射する。燃料導入管221内には、炭化水素燃料Fは、周辺雰囲気ガスの流入を伴いながら燃料改質室内に供給される。
Hydrocarbon fuel F is supplied from a gas inlet of the
炭化水素燃料Fは、燃料改質室22において改質され、改質ガスGRが生成する。改質器1での炭化水素燃料Fの改質は実施形態1と同様に行われる。改質ガスGRは、燃料改質室22のガス排出口からSCR触媒62に供給される。改質ガスGRの供給経路は、特に限定されないが、例えば、ガス排出口から生じる排ガスをエンジン61とSCR触媒62をつなぐ排ガス管63に供給することができる。つまり、燃料改質室22のガス排出口に連結される改質ガス排出管222は、例えば、エンジン61とSCR触媒62をつなぐ排ガス管63に連結される。改質ガスGRの還元力を十分保持したままSCR触媒62に改質ガスGR供給するという観点から、改質ガス排出管222の排ガス管63への連結位置をSCR触媒62に近づけることが好ましい。
Hydrocarbon fuel F is reformed in the
本形態の排ガス浄化システム6では、例えば尿素SCRシステムにおいて要求される尿素水タンクを必要としない。したがって、タンクの設置スペースが不要になり、尿素水の補充も不要になる。
In the exhaust
本実施形態では、燃料改質器1で生成される還元力の高い改質ガスGRがSCR触媒62に供給される。その結果、SCR触媒62では、NOxがN2及びH2Oにまで十分に還元され、NOxの十分な浄化が可能になる。つまり、燃料改質器1はSCR触媒62の浄化性能の向上を可能にする。
In the present embodiment, high reformed gas reducing power generated by the fuel reformer 1 G R is supplied to the
(変形例1)
燃料改質器1からの改質ガスGRの排出経路を実施形態2とは変更した例について説明する。図3に例示されるように、本例は、実施形態2と同様に、エンジン61と、SCR触媒62と、燃料改質器1とを備える排ガス浄化システム6の例である。
(Modification 1)
For example of changing the discharge path of the reformed gas G R and
図3に例示されるように、燃料改質室22から排出される改質ガス排出管222を、SCR触媒62が配置された、図示しない拡径管に連結させることができる。SCR触媒62が配置される拡径管内には、SCR触媒62の他にも、例えば、図示しないDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)が配置される。改質ガス排出管222は、拡径管内における少なくともSCR触媒62の上流に連結することができる。本例では、燃料改質器1の燃料改質室22内で生成した改質ガスGRは、改質ガス排出管222を通ってSCR触媒62を内包する拡径管に供給される。その他の構成は、実施形態2と同様である。
As illustrated in FIG. 3, the reformed
(変形例2)
燃料改質器1への酸素含有ガスGOの導入経路、燃料改質器1からの酸素含有ガスGOの排出経路を実施形態2とは変更した例について説明する。図4に例示されるように、本例は、実施形態2と同様に、エンジン61と、SCR触媒62と、燃料改質器1とを備える排ガス浄化システム6の例である。
(Modification 2)
An example in which the introduction path of the oxygen-containing gas G O to the
図4に例示されるように、バイパス管を用いることなく、エンジン61とSCR触媒62を連結する排ガス管63に燃料改質器1を接続することができる。具体的には、燃料改質器1の酸化反応室21を排ガス管63に直接接続することができる。この場合には、排ガス管63を流れる排ガスは、酸化反応室21のガス導入口から酸化反応室21内に供給され、酸化反応室21のガス排出口から排ガス管63に排出される。
As illustrated in FIG. 4, the
図4の例示においては、実施形態2と同様に、改質ガス排出管222の接続位置は、排ガス管63であるが、変形例1と同様に接続位置を拡径管にすることも可能である。つまり、変形例1の構成と変形例2の構成とを組み合わせることも可能である。
In the example of FIG. 4, the connection position of the reformed
(変形例3)
燃料改質器1へ供給される酸素含有ガスGOを実施形態2とは変更した例について説明する。図5に例示されるように、本例は、実施形態2と同様に、エンジン61と、SCR触媒62と、燃料改質器1とを備える排ガス浄化システム6の例である。
(Modification 3)
An example in which the oxygen-containing gas G O supplied to the
燃料改質器1の酸化反応室21には、酸素含有ガスGOが供給される。本例では、酸素含有ガスGOとして大気を用いる。この場合には、図5に例示されるように、酸化ガス導入管211を、排ガス管63や、排ガス管63に連結するバイパス管64には接続せずに、図示しない大気導入部に接続する。これにより、酸化反応室21には、酸素含有ガスGOとして大気が導入される。大気は、酸化反応室21の排出口から酸化ガス排出管212を通って排出される。
The oxygen-containing gas G O is supplied to the
酸化ガス排出管212は、例えば排ガス管63におけるSCR触媒62の下流に接続される。これにより、酸化反応室21を通過した大気は、SCR触媒62を通過した排ガスと共に排出される。なお、図5では酸化ガス排出管212と改質ガス排出管222とが交差しているが、実際には両者は連結されておらず、各排出管212、222は異なる経路を形成している。
The oxidizing
(変形例4)
燃料導入管221をエンジン61に連結した例について説明する。図6に例示されるように、本例は、実施形態2と同様に、エンジン61と、SCR触媒62と、燃料改質器1とを備える排ガス浄化システム6の例である。
(Modification 4)
An example in which the
図6に例示されるように、エンジン6と燃料改質器1の燃料改質室22とが、燃料導入管211により連結されている。これにより、エンジン61へ噴射された炭化水素燃料Fを、燃料改質室22内に直接導入することができる。この場合には、例えば未燃の炭化水素燃料Fがエンジン61から燃料改質室22内に供給され、燃料改質器1での改質に用いられる。つまり、エンジン6に供給された炭化水素燃料Fが燃料導入管211を通ってそのまま燃料改質室22内に供給され、改質ガスGRの生成に利用される。
As illustrated in FIG. 6, the
一方、エンジン61からの排ガスを燃料改質室22に供給してもよい。つまり、燃料導入管211が排ガス管61であってもよい。排ガスは、未燃の炭化水素成分を含み、酸素不足となっており、このような排ガスを燃料改質室22で改質される炭化水素燃料Fとして用いることができる。排ガスのガス成分は、例えばエンジン61における炭化水素燃料Fの燃焼を制御することにより調整可能である。燃料改質室22内に排ガスを供給する場合には、排ガスが改質され、例えば、還元ガス、酸素含有ガスが生成する。つまり、排ガスを有益なガスに改質することができる。
On the other hand, the exhaust gas from the
改質ガスGRは、改質ガス排出管222から、例えばSCR触媒62に供給される。なお、本例における酸素含有ガスGoの経路は、例えば、変形例3と同様である。
Reformed gas G R from the reformed
(実施形態3)
積層構造の隔壁3を有する燃料改質器1の実施形態について説明する。図7に例示されるように、隔壁3は、各層の例えば材質が異なる積層構造を有していてもよい。
(Embodiment 3)
An embodiment of the
具体的には、隔壁3を、例えば、酸化反応室21に面する酸化層34と、燃料改質室22に面する還元層35と、酸化層34と還元層35とに挟まれる中間層33との三層構造にすることができる。つまり、隔壁3を、酸化層34、中間層33、還元層35が順次積層された積層構造体とすることができる。
Specifically, for example, the
酸化層34は、例えば、酸素をイオン化させることが可能な材料からなる改質触媒を含有することができる。具体的には、改質触媒として、金属及び/金属酸化物を含有する。還元層35は、改質触媒として、金属及び/金属酸化物を含有する。酸化層34、還元層35は、部分的に改質触媒を含有していてもよいが、酸化層34、還元層35の全体がそれぞれ金属及び/金属酸化物から構成されていてもよい。酸化層34が酸化反応室21に面する第1主面31を有し、還元層35が燃料改質室22に面する第2主面32を有する。
The
酸化層34と還元層35とは同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。酸化層34と還元層35との材質を変更する場合には、酸化層34を例えば酸素をイオン化し易い金属、金属酸化物によって形成し、還元層35を例えば還元されやすい金属、金属酸化物によって形成することができる。酸化層34、還元層35は、例えば固体電解質以外の金属酸化物、金属から構成される。
The
中間層33は、改質触媒として例えば固体電解質を含有する。中間層33は、部分的に固体電解質を含有していてもよいが、中間層33の全体が固体電解質から構成されていてもよい。本形態のように積層構造の隔壁3は、例えば、酸素極と電解質と燃料極とが順次積層された、燃料電池のセル構造と同様の構造にすることができる。
The
隔壁3では、酸化層34中の例えば金属が酸化反応室21内の酸素により酸化される。つまり、酸化層34の第1主面31から酸化反応室21内の酸素が隔壁3内に取り込まれる。酸素は、例えばイオン(つまり、酸素イオン)の状態で、酸化層34側から還元層35側へ中間層33内を移動する。中間層33の固体電解質の材質を適宜選択することにより、酸素イオンの伝導性を調整することができる。例えばイオン伝導性の高い固体電解質を選択することにより、中間層33内の酸素イオン伝導性が向上する。還元層35に到達した酸素イオンは、還元層35内の例えば金属を酸化し、還元層35に金属酸化物を生成する。そして、還元層35の金属酸化物が、実施形態1と同様に炭化水素燃料Fの部分酸化を可能にする。
In the
燃料改質器1は、隔壁3に外部エネルギーを与えるエネルギー源4を備えることができる。図7に例示されるように、エネルギー源4として例えば外部電源を備える場合には、隔壁3に電圧を印加することができ、隔壁3に電場が付与される。隔壁3に外部エネルギーを付与することにより、隔壁3の第1主面31側での酸化反応、第2主面32側での還元反応の促進が可能になる。また、固体電解質内でのイオンの移動の促進が可能になる。これにより、還元力の高い改質ガスGRの生成が更に促進される。外部エネルギーとしては、電場に限定されるわけではなく、熱、磁場、プラズマ、光等の他のエネルギーであってもよい。光は、例えば紫外線である。
The
また、酸化層34及び/又は還元層35は多孔質であり、中間層33が緻密体であることが好ましい。この場合には、緻密な中間層33により反応器2の内部が区画されると共に、多孔質の酸化層34、あるいは多孔質の還元層35が、それぞれ酸化反応室21、燃料改質室22に面することとなる。その結果、酸化層34、還元層35の比表面積を大きくしながらも、中間層33により反応器2の内部を区画することができる。酸化層34の比表面積の増大は、酸化層34と酸化反応室21の気相(具体的には、酸素)との接触面積の増加につながる。その結果、酸化層34における酸化反応の反応性が向上する。還元層35についても同様である。つまり、多孔層37の形成は、酸化層34における酸化反応、還元層35における還元反応の反応性を高め、還元力の高い改質ガスGRの生成をさらに促進させることができる。
Further, the
また、隔壁3の全体を例えば金属及び/又は金属酸化物で形成しつつ、隔壁3の酸化反応室21側及び/又は燃料改質室22側に多孔層37を形成することも可能である。多孔層37を有する場合には、反応器2内を区画する緻密層36を形成する。隔壁3中の金属の種類は、上述の酸化層34、還元層35、中間層33のように変更してもよいが、同じであってもよい。この場合には、隔壁3は、緻密層36と、この緻密層36に積層形成された多孔層37とを有し、多孔層37が酸化反応室21及び/又は燃料改質室22に面する。多孔質層37の形成は、隔壁3の比表面積を増大させるため、第1主面31での酸化反応や第2主面32での還元反応の促進が可能になる。
Further, it is also possible to form the
本発明は上記各実施形態、変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態、変形例に適用することが可能である。実施形態では、主に車載用の燃料改質器1について説明したが、実施形態1、実施形態3の構成の燃料改質器1を、例えば化学工場のエネルギー供給源として用いることも可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments and modifications, and can be applied to various embodiments and modifications without departing from the gist of the invention. In the embodiment, the
1 燃料改質器
2 反応器
21 酸化反応室
22 燃料改質室
3 隔壁
31 第1主面
32 第2主面
DESCRIPTION OF
Claims (17)
反応器(2)と、
上記反応器の内部を区画し、第1主面(31)と第2主面(32)とを有する隔壁(3)と、
上記第1主面に面し、酸化雰囲気に曝される酸化反応室(21)と、
上記第2主面に面し、上記炭化水素燃料が供給される共に還元雰囲気に曝される燃料改質室(22)と、を有し、
上記隔壁が金属及び/又は金属酸化物かならなる改質触媒を含有し、該改質触媒が、Pt、Rh、Ru、Pd、Au、Os、及びIrを実質的に含有しない、燃料改質器。 A fuel reformer (1) for producing a reformed gas (G R ) from a hydrocarbon fuel (F),
A reactor (2);
A partition (3) that partitions the inside of the reactor and has a first main surface (31) and a second main surface (32);
An oxidation reaction chamber (21) facing the first main surface and exposed to an oxidizing atmosphere;
A fuel reforming chamber (22) facing the second main surface and supplied with the hydrocarbon fuel and exposed to a reducing atmosphere;
Fuel reforming, wherein the partition contains a reforming catalyst comprising a metal and / or a metal oxide, and the reforming catalyst is substantially free of Pt, Rh, Ru, Pd, Au, Os, and Ir. vessel.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000026102A (en) * | 1998-06-03 | 2000-01-25 | Praxair Technol Inc | Ceramic membrane type reforming reactor |
JP2003225567A (en) * | 2001-10-15 | 2003-08-12 | Teikoku Oil Co Ltd | Ceramic composite material converted into catalyst, production method therefor, and ceramic film type reactor |
JP2005530083A (en) * | 2002-06-11 | 2005-10-06 | ハイドロジェンソース エルエルシー | Reduction of nitrogen oxides using reformate generated from engine fuel and water and / or air |
JP2018002558A (en) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | Reforming device |
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2018
- 2018-07-24 JP JP2018138515A patent/JP2020015636A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000026102A (en) * | 1998-06-03 | 2000-01-25 | Praxair Technol Inc | Ceramic membrane type reforming reactor |
JP2003225567A (en) * | 2001-10-15 | 2003-08-12 | Teikoku Oil Co Ltd | Ceramic composite material converted into catalyst, production method therefor, and ceramic film type reactor |
JP2005530083A (en) * | 2002-06-11 | 2005-10-06 | ハイドロジェンソース エルエルシー | Reduction of nitrogen oxides using reformate generated from engine fuel and water and / or air |
JP2018002558A (en) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | 日本特殊陶業株式会社 | Reforming device |
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