JP2023133772A - Reformer and fuel cell system - Google Patents

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Seiya KUSAKA
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Abstract

To provide a reformer that attains suppressed deterioration of the reforming efficiency of the reformer.SOLUTION: A reformer 10 comprises a container 12 and a cylindrical catalyst layer 20 which is located in the container 12 and filled with a catalyst 22 for reforming a source gas into a reformed gas. The source gas introduced from one axial end of the catalyst layer 20 to the hollow or outer periphery of the catalyst layer 20 flows radially through the catalyst layer 20. The catalyst layer 20 includes a plurality of partition plates 30 that divide the catalyst layer 20 into a plurality of sectional catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d and 20e in the axial direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書に開示の技術は、改質器及び燃料電池システムに関する。 The technology disclosed herein relates to a reformer and a fuel cell system.

特許文献1には、容器と、容器内に配置されかつ混合ガス中の特定成分を吸着する吸着材が充填された筒状の吸着層と、を備える吸着装置が記載されている。吸着層の軸方向一端側から該吸着層の中空部又は外周部に導入された混合ガスが触媒層を径方向に流れる、特許文献1の吸着装置は、吸着材を触媒に置き換えることにより、改質器として用いることが考えられる。 Patent Document 1 describes an adsorption device that includes a container and a cylindrical adsorption layer placed in the container and filled with an adsorbent that adsorbs a specific component in a mixed gas. The adsorption device of Patent Document 1, in which a mixed gas introduced from one end in the axial direction into the hollow part or the outer peripheral part of the adsorption bed flows through the catalyst bed in the radial direction, is modified by replacing the adsorbent with a catalyst. It is conceivable that it could be used as a token.

特開平1-164417号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-164417

改質器として特許文献1に記載の吸着装置を用いる場合、触媒層を軸方向に区分する仕切板が設けられていない。したがって、例えば、触媒層の軸方向一端側から触媒層の中空部又は外周部に導入された原料ガスが、触媒層を径方向に流れる際、斜め方向にショートカットして流れやすい。このため、触媒層の一部に流れの淀みが生じる結果、改質効率が低下するおそれがある。 When the adsorption device described in Patent Document 1 is used as a reformer, a partition plate that divides the catalyst layer in the axial direction is not provided. Therefore, for example, when the raw material gas introduced into the hollow part or the outer peripheral part of the catalyst layer from one end in the axial direction of the catalyst layer flows through the catalyst layer in the radial direction, it tends to flow by taking a short cut in the diagonal direction. As a result, flow stagnation occurs in a portion of the catalyst layer, which may reduce the reforming efficiency.

本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、改質器の改質効率の低下を抑制することにある。 The problem to be solved by the technology disclosed in this specification is to suppress a decrease in the reforming efficiency of a reformer.

上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。 In order to solve the above problems, the technology disclosed in this specification takes the following measures.

第1の手段は、容器と、前記容器内に配置されかつ原料ガスを改質ガスに改質する触媒が充填された筒状の触媒層と、を備えており、前記触媒層の軸方向一端側から該触媒層の中空部又は外周部に導入された原料ガスが該触媒層を径方向に流れる、改質器であって、前記触媒層には、該触媒層を軸方向に複数の区分触媒層に区分する1又は複数の仕切板が設けられている、改質器である。 The first means includes a container and a cylindrical catalyst layer disposed in the container and filled with a catalyst for reforming raw material gas into reformed gas, and one axial end of the catalyst layer. A reformer in which a raw material gas introduced from the side into a hollow part or an outer peripheral part of the catalyst bed flows radially through the catalyst bed, the catalyst bed having a plurality of sections in the axial direction. This is a reformer that is provided with one or more partition plates that divide the catalyst layer.

第1の手段によると、触媒層を複数の区分触媒層に区分する1又は複数の仕切板により、原料ガスの流れが整流されることで、触媒層全域に対する原料ガスの流れが均一化される。これにより、触媒層全域にわたって触媒を有効利用することができる。よって、改質器の改質効率の低下を抑制することができる。 According to the first means, the flow of the raw material gas is made uniform over the entire area of the catalyst layer by rectifying the flow of the raw material gas by one or more partition plates that divide the catalyst layer into a plurality of divided catalyst layers. . Thereby, the catalyst can be effectively utilized over the entire area of the catalyst layer. Therefore, a decrease in the reforming efficiency of the reformer can be suppressed.

第2の手段は、第1の手段の改質器であって、前記触媒層の軸方向に隣り合う前記各区分触媒層において、前記触媒層の軸方向一端側に位置する一方の前記区分触媒層の圧損が、他方の前記区分触媒層の圧損よりも大きい、改質器である。 The second means is the reformer of the first means, and in each of the axially adjacent sectional catalyst layers of the catalyst layer, one of the sectional catalysts located on one end side in the axial direction of the catalyst layer. This is a reformer in which the pressure drop of the layer is larger than the pressure drop of the other segmented catalyst layer.

第2の手段によると、触媒層の軸方向に隣り合う各区分触媒層において、一方の区分触媒層は原料ガスが流れにくく、他方の区分触媒層は原料ガスが流れやすい。これにより、各区分触媒層を流れる原料ガスの流れを均一化することができる。 According to the second means, in each segmented catalyst layer adjacent to each other in the axial direction of the catalyst layer, the raw material gas does not easily flow through one segmented catalyst layer, and the raw material gas easily flows through the other segmented catalyst layer. Thereby, the flow of the raw material gas flowing through each segmented catalyst layer can be made uniform.

第3の手段は、第2の手段の改質器であって、前記一方の前記区分触媒層の軸方向寸法は、前記他方の前記区分触媒層の軸方向寸法よりも小さい、改質器である。 A third means is the reformer of the second means, wherein the axial dimension of the one of the segmented catalyst layers is smaller than the axial dimension of the other segmented catalyst layer. be.

第3の手段によると、触媒層の軸方向に隣り合う各区分触媒層において、一方の区分触媒層の軸方向寸法を、他方の区分触媒層の軸方向寸法よりも小さくすることで、一方の区分触媒層の圧損を他方の区分触媒層の圧損よりも大きくすることができる。 According to the third means, in each of the axially adjacent segmented catalyst layers, the axial dimension of one segmented catalyst layer is made smaller than the axial dimension of the other segmented catalyst layer. The pressure drop of one segmented catalyst layer can be made larger than the pressure drop of the other segmented catalyst layer.

第4の手段は、第2又は3の手段の改質器であって、前記各区分触媒層の内周を包囲する通気性を有する内筒部、及び、該区分触媒層の外周を包囲する通気性を有する外筒部を有しており、前記一方の前記区分触媒層における前記内筒部及び/又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積は、前記他方の前記区分触媒層における前記内筒部及び/又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さい、改質器である。 A fourth means is the reformer of the second or third means, which includes an inner cylindrical part having air permeability that surrounds the inner periphery of each of the segmented catalyst layers, and an inner cylindrical part that surrounds the outer periphery of the segmented catalyst layer. It has an air permeable outer cylindrical part, and the opening area per unit area of the inner cylindrical part and/or the outer cylindrical part in the one of the sectional catalyst layers is equal to the opening area per unit area of the inner cylindrical part and/or the outer cylindrical part in the other sectional catalyst layer. The reformer has an opening area smaller than the opening area per unit area of the inner cylinder part and/or the outer cylinder part.

第4の手段によると、触媒層の軸方向に隣り合う各区分触媒層において、一方の区分触媒層における内筒部及び/又は外筒部の単位面積当たりの開口面積を、他方の区分触媒層における内筒部及び/又は外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さくすることで、一方の区分触媒層の圧損を他方の区分触媒層の圧損よりも大きくすることができる。 According to the fourth means, in each of the axially adjacent catalyst layers, the opening area per unit area of the inner cylinder part and/or the outer cylinder part in one catalyst layer is equal to the opening area per unit area of the inner cylinder part and/or the outer cylinder part in the other catalyst layer. By making the opening area smaller than the opening area per unit area of the inner cylinder part and/or the outer cylinder part, the pressure loss of one segmented catalyst layer can be made larger than the pressure loss of the other segmented catalyst layer.

第5の手段は、第1~4のいずれか1つの手段の改質器であって、前記改質ガスの熱を前記原料ガスに伝達する熱伝達部材を備えた、改質器器である。 A fifth means is the reformer according to any one of the first to fourth means, and is a reformer device comprising a heat transfer member that transfers heat of the reformed gas to the raw material gas. .

第5の手段によると、熱伝達部材により改質ガスの熱を受熱し、その熱が原料ガスに伝達されることで、原料ガスが加熱される。これにより、原料ガスの改質を促進することができる。 According to the fifth means, the heat of the reformed gas is received by the heat transfer member and the heat is transferred to the raw material gas, thereby heating the raw material gas. Thereby, reforming of the raw material gas can be promoted.

第6の手段は、第1~5のいずれか1つの手段の改質器であって、前記触媒層より下流側の通路の最小開口面積は、該触媒層より上流側の通路の最小開口面積よりも大きい、改質器である。 A sixth means is the reformer according to any one of the first to fifth means, wherein the minimum opening area of the passage downstream of the catalyst layer is the minimum opening area of the passage upstream of the catalyst layer. It is a reformer that is larger than the .

第6の手段によると、原料ガスの容積より改質ガスの容積が増える場合において、触媒層の下流側の通路における圧力の増大を抑制し、原料ガスが触媒層へ流入しにくくなることを抑制することができる。また、原料ガスの改質(分解反応)は高圧下で阻害されるため、触媒層の下流側の通路における圧力を下げることで、改質効率の低下を抑制することができる。 According to the sixth means, when the volume of the reformed gas is larger than the volume of the raw material gas, an increase in pressure in the passage on the downstream side of the catalyst layer is suppressed, and it is suppressed that the raw material gas becomes difficult to flow into the catalyst layer. can do. Furthermore, since the reforming (decomposition reaction) of the raw material gas is inhibited under high pressure, a decrease in reforming efficiency can be suppressed by lowering the pressure in the passage on the downstream side of the catalyst layer.

第7の手段は、第1~6のいずれか1つの手段の改質器であって、前記各区分触媒層をそれぞれ加熱する加熱装置を備えた、改質器である。 A seventh means is the reformer of any one of the first to sixth means, and is a reformer equipped with a heating device that heats each of the segmented catalyst layers.

第7の手段によると、各加熱装置により各区分触媒層を加熱することにより、触媒の改質を促進することができる。 According to the seventh means, reforming of the catalyst can be promoted by heating each segmented catalyst layer with each heating device.

第8の手段は、第7の手段の改質器であって、前記各区分触媒層の温度をそれぞれ検出する温度センサと、前記各温度センサの検出情報に基づいて前記各加熱装置を通電制御する制御装置と、を備えた、改質器である。 An eighth means is the reformer of the seventh means, and includes a temperature sensor that detects the temperature of each of the divided catalyst layers, and controls energization of each of the heating devices based on detection information of each of the temperature sensors. This is a reformer equipped with a control device for controlling.

第8の手段によると、制御装置が各温度センサの検出情報に基づいて各加熱装置を通電制御する。これにより、各区分触媒層の温度を適正化し、無駄な加熱を抑制することができる。すなわち、各区分触媒層の熱マネジメントを行うことにより、省エネを達成することができる。 According to the eighth means, the control device controls the energization of each heating device based on the detection information of each temperature sensor. Thereby, the temperature of each section catalyst layer can be optimized and unnecessary heating can be suppressed. In other words, energy saving can be achieved by thermally managing each segmented catalyst layer.

第9の手段は、前記原料ガスとしてのアンモニアを水素と窒素を含む前記改質ガスに改質する、請求項1~8のいずれか1つに記載の改質器と、前記改質ガスのアンモニアを吸着する吸着装置と、前記吸着装置により得られた水素を燃料として発電する燃料電池と、を備えた、燃料電池システムである。 A ninth means includes the reformer according to any one of claims 1 to 8, which reformes ammonia as the raw material gas into the reformed gas containing hydrogen and nitrogen; This fuel cell system includes an adsorption device that adsorbs ammonia, and a fuel cell that generates electricity using hydrogen obtained by the adsorption device as fuel.

第8の手段によると、改質効率の低下を抑制することのできる改質器により改質ガスが得られ、吸着装置により改質ガスの特定成分が吸着された精製ガスとしての水素を燃料として燃料電池が発電する。 According to the eighth means, reformed gas is obtained by a reformer that can suppress a decrease in reforming efficiency, and hydrogen as a purified gas in which specific components of the reformed gas are adsorbed by an adsorption device is used as fuel. A fuel cell generates electricity.

本明細書に開示の技術によると、改質器の改質効率の低下を抑制することができる。 According to the technology disclosed in this specification, it is possible to suppress a decrease in the reforming efficiency of the reformer.

実施形態1にかかる燃料電池システムの概要を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overview of a fuel cell system according to a first embodiment; FIG. 改質器を示す断面図である。It is a sectional view showing a reformer. 実施形態2にかかる改質器を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a reformer according to a second embodiment. 実施形態3にかかる改質器を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a reformer according to a third embodiment.

以下、本明細書に開示の技術を実施するための形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments for implementing the technology disclosed in this specification will be described using the drawings.

[実施形態1]
本実施形態では、水素を燃料とする燃料電池システムに用いられる改質器について例示する。
[Embodiment 1]
In this embodiment, a reformer used in a fuel cell system using hydrogen as fuel will be exemplified.

(燃料電池システムの概要)
図1は燃料電池システムの概要を示す模式図である。図1に示すように、燃料電池システム100は、改質器10とアンモニア吸着装置(以下、「吸着装置」という)102と燃料電池(FC:Fuel Cell)104とを備えている。
(Overview of fuel cell system)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of a fuel cell system. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a reformer 10, an ammonia adsorption device (hereinafter referred to as "adsorption device") 102, and a fuel cell (FC) 104.

改質器10は、純アンモニア(NH3)を原料ガスとし、アンモニアを熱分解反応によって水素と窒素とに改質(分解)する改質触媒を備える。改質器10により得られる改質ガスの成分は、主に水素、窒素であり、改質反応に寄与しなかったアンモニアも含まれる。改質ガスは吸着装置102に供給される。 The reformer 10 uses pure ammonia (NH3) as a raw material gas and includes a reforming catalyst that reformes (decomposes) ammonia into hydrogen and nitrogen through a thermal decomposition reaction. The components of the reformed gas obtained by the reformer 10 are mainly hydrogen and nitrogen, and also include ammonia that did not contribute to the reforming reaction. The reformed gas is supplied to the adsorption device 102.

吸着装置102は、改質器10から供給された改質ガスに含まれるアンモニアを吸着する。吸着装置102によりアンモニアが除去された精製ガスが燃料電池104に供給される。精製ガスの成分は主に水素と窒素である。 The adsorption device 102 adsorbs ammonia contained in the reformed gas supplied from the reformer 10. The purified gas from which ammonia has been removed by the adsorption device 102 is supplied to the fuel cell 104 . The components of purified gas are mainly hydrogen and nitrogen.

燃料電池104は、精製ガスの水素を燃料として発電する。吸着装置102によりアンモニアが除去されることで、燃料電池104のスタックの劣化が抑制される。 The fuel cell 104 uses purified gas hydrogen as fuel to generate electricity. By removing ammonia by the adsorption device 102, deterioration of the stack of the fuel cell 104 is suppressed.

(改質器10)
図2は改質器10を示す断面図である。図2において、左方を前方とし、右方を後方として説明を行う。図2に示すように、改質器10は、円筒状の容器12と、容器12内に同心状に設けられた円筒状の触媒層20と、を備えている。
(Reformer 10)
FIG. 2 is a sectional view showing the reformer 10. In FIG. 2, the left side is the front and the right side is the rear. As shown in FIG. 2, the reformer 10 includes a cylindrical container 12 and a cylindrical catalyst layer 20 provided concentrically within the container 12.

容器12は、容器本体13と蓋板14とを有する。容器本体13は、円筒状の筒部13aの一端開口部(前端開口部)を円板状の端壁部13bで閉鎖してなる。筒部13aの他端開口端(後端開口部)は、蓋板14により閉鎖されている。 The container 12 has a container body 13 and a lid plate 14. The container body 13 is formed by closing one end opening (front end opening) of a cylindrical tube portion 13a with a disc-shaped end wall portion 13b. The other open end (rear end opening) of the cylindrical portion 13 a is closed by a cover plate 14 .

蓋板14の後面側の中央部には、容器12内外を連通する円筒状の導入口16が同心状に突出されている。蓋板14の後面側の外周部(図2において下部)には、容器12内外を連通する円筒状の導出口18が突出されている。導出口18は、導入口16の口径16dよりも大きい口径18dを有する。容器12の後側が本明細書でいう「軸方向一端側」に相当する。容器12の前側が本明細書でいう「軸方向他端側」に相当する。 A cylindrical introduction port 16 that communicates between the inside and outside of the container 12 protrudes concentrically from the center of the rear surface of the lid plate 14 . A cylindrical outlet port 18 that communicates between the inside and outside of the container 12 is protruded from the outer periphery of the rear side of the lid plate 14 (the lower part in FIG. 2). The outlet 18 has a diameter 18d larger than the diameter 16d of the inlet 16. The rear side of the container 12 corresponds to "one axial end side" in this specification. The front side of the container 12 corresponds to the "other axial end side" in this specification.

容器12の後端部(図2において右端部)内に熱伝達部材50が設けられている。熱伝達部材50は、円筒状の接続筒50aと、複数(例えば4枚)の円環板状の受熱板50bと、を有する。接続筒50aの後端部(図2において右端部)は、導入口16と連続的に接続されている。接続筒50aに各受熱板50bの内周側端部が接続されている。各受熱板50bは、軸方向に等間隔で平行状に配置されている。受熱板50bは本明細書でいう「受熱部材」に相当する。 A heat transfer member 50 is provided within the rear end (right end in FIG. 2) of the container 12. The heat transfer member 50 includes a cylindrical connecting tube 50a and a plurality (for example, four) of annular plate-shaped heat receiving plates 50b. A rear end portion (right end portion in FIG. 2) of the connecting tube 50a is continuously connected to the introduction port 16. The inner circumferential end of each heat receiving plate 50b is connected to the connecting tube 50a. The heat receiving plates 50b are arranged in parallel at equal intervals in the axial direction. The heat receiving plate 50b corresponds to a "heat receiving member" in this specification.

前端(図2において左端)の受熱板50bは、その前面が接続筒50aの前端面と同一平面をなすように配置されている。後端(図2において右端)の受熱板50bは、蓋板14に対して所定の間隔を空けて対向状に配置されている。受熱板50bの外径は、容器本体13の筒部13aに内径よりも小さい。本実施形態では、受熱板50bの外径は、外筒部26(後出)の外径と略等しい。 The heat receiving plate 50b at the front end (the left end in FIG. 2) is arranged so that its front surface is flush with the front end surface of the connecting tube 50a. The heat receiving plate 50b at the rear end (right end in FIG. 2) is arranged to face the lid plate 14 with a predetermined distance therebetween. The outer diameter of the heat receiving plate 50b is smaller than the inner diameter of the cylindrical portion 13a of the container body 13. In this embodiment, the outer diameter of the heat receiving plate 50b is approximately equal to the outer diameter of the outer cylinder portion 26 (described later).

容器12内には、触媒層20に対応する円筒状空間が形成されている。円筒状空間は、熱伝達部材50の前端の受熱板50b、内筒部24、外筒部26及び端板部28により形成されている。円筒状空間に粒状の改質触媒(以下、「触媒」という)22が充填されている。触媒22により触媒層20が形成されている。触媒22は、アンモニアを水素と窒素に改質可能(分解可能)である。また、触媒22は、例えば、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)等を含有する。 A cylindrical space corresponding to the catalyst layer 20 is formed inside the container 12 . The cylindrical space is formed by the heat receiving plate 50b at the front end of the heat transfer member 50, the inner cylinder part 24, the outer cylinder part 26, and the end plate part 28. A cylindrical space is filled with a granular reforming catalyst (hereinafter referred to as "catalyst") 22. A catalyst layer 20 is formed by the catalyst 22 . The catalyst 22 is capable of reforming (decomposing) ammonia into hydrogen and nitrogen. Further, the catalyst 22 contains, for example, nickel (Ni), palladium (Pd), ruthenium (Ru), and the like.

内筒部24は円筒状に形成されている。内筒部24は、容器12内に同心状に配置されている。内筒部24の後端部(図2において右端部)は、熱伝達部材50の接続筒50aと連続的に接続されている。内筒部24、熱伝達部材50の接続筒50a、及び、導入口16の中空部により一連の原料ガス通路25が形成されている。原料ガス通路25において、導入口16の開口面積が最小開口面積に相当する。原料ガス通路25は本明細書でいう「触媒層より上流側の通路」に相当する。内筒部24の中空部は本明細書でいう「触媒層の中空部」に相当する。 The inner cylinder portion 24 is formed into a cylindrical shape. The inner cylinder part 24 is arranged concentrically within the container 12. A rear end portion (right end portion in FIG. 2) of the inner cylinder portion 24 is continuously connected to a connecting cylinder 50a of the heat transfer member 50. A series of source gas passages 25 are formed by the inner cylinder part 24, the connecting cylinder 50a of the heat transfer member 50, and the hollow part of the introduction port 16. In the source gas passage 25, the opening area of the inlet 16 corresponds to the minimum opening area. The raw material gas passage 25 corresponds to the "passage upstream of the catalyst layer" in this specification. The hollow portion of the inner cylinder portion 24 corresponds to the “hollow portion of the catalyst layer” in this specification.

また、内筒部24は、メッシュ状に形成されており、通気性を有する。なお、内筒部24のメッシュの孔径、ピッチ、開孔率等は適宜設定することができる。また、メッシュの孔の大きさは、触媒22の大きさよりも大きくてもよい。この場合、触媒22のこぼれを防止するため、例えば、内筒部24の外周面又は内周面を包囲するグラスウール等のフィルタ部材を設けるとよい。 Moreover, the inner cylinder part 24 is formed in a mesh shape and has breathability. Note that the pore diameter, pitch, aperture ratio, etc. of the mesh of the inner cylindrical portion 24 can be set as appropriate. Furthermore, the size of the pores in the mesh may be larger than the size of the catalyst 22. In this case, in order to prevent the catalyst 22 from spilling, it is preferable to provide a filter member such as glass wool surrounding the outer circumferential surface or inner circumferential surface of the inner cylinder part 24, for example.

外筒部26は、内筒部24を所定の間隔を隔てて取り囲む円筒状に形成されている。外筒部26は、容器本体13の筒部13aに対して所定の間隔を隔てて配置されている。すなわち、外筒部26は、内筒部24及び筒部13aと三重円筒状をなすように配置されている。外筒部26は、熱伝達部材50の前端の受熱板50bと端板部28との間に配置されている。容器本体13の筒部13aと外筒部26との間の空間部は本明細書でいう「触媒層の外周部」に相当する。 The outer cylinder part 26 is formed into a cylindrical shape surrounding the inner cylinder part 24 at a predetermined interval. The outer cylindrical portion 26 is arranged at a predetermined distance from the cylindrical portion 13a of the container body 13. That is, the outer cylinder part 26 is arranged so as to form a triple cylinder shape with the inner cylinder part 24 and the cylinder part 13a. The outer cylinder part 26 is arranged between the heat receiving plate 50b at the front end of the heat transfer member 50 and the end plate part 28. The space between the cylindrical portion 13a of the container body 13 and the outer cylindrical portion 26 corresponds to the "outer periphery of the catalyst layer" in this specification.

また、外筒部26は、軸方向(前後方向)に複数(例えば5個)の短筒部26a、26b、26c、26d、26eに分割されている。前端の短筒部26aは端板部28に接続されている。後端の短筒部26eは熱伝達部材50の前端の受熱板50bに接続されている。 Further, the outer cylinder portion 26 is divided into a plurality of (for example, five) short cylinder portions 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e in the axial direction (front-back direction). The short cylindrical portion 26a at the front end is connected to the end plate portion 28. The short cylindrical portion 26e at the rear end is connected to the heat receiving plate 50b at the front end of the heat transfer member 50.

各短筒部26a、26b、26c、26d、26eの軸方向寸法La、Lb、Lc、Ld、Leは、後方(寸法Le側)から前方(寸法La側)に向かって段階的に大きく(長く)なるように設定されている。 The axial dimensions La, Lb, Lc, Ld, and Le of each short cylindrical portion 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e are gradually increased (longer) from the rear (dimension Le side) to the front (dimension La side). ).

各短筒部26a、26b、26c、26d、26eは、メッシュ状に形成されており、通気性を有する。なお、各短筒部26a、26b、26c、26d、26eのメッシュの孔径、ピッチ、開孔率等は適宜設定することができる。また、メッシュの孔の大きさは、触媒22の大きさよりも大きくてもよい。この場合、触媒22のこぼれを防止するため、例えば、各短筒部26a、26b、26c、26d、26eの外周面又は内周面を包囲するグラスウール等のフィルタ部材を設けるとよい。 Each short cylinder part 26a, 26b, 26c, 26d, 26e is formed in a mesh shape and has breathability. Note that the pore diameter, pitch, aperture ratio, etc. of the mesh of each of the short cylindrical portions 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e can be set as appropriate. Furthermore, the size of the pores in the mesh may be larger than the size of the catalyst 22. In this case, in order to prevent spillage of the catalyst 22, a filter member such as glass wool may be provided to surround the outer or inner circumferential surface of each of the short cylinder portions 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e.

端板部28は円板状に形成されている。端板部28は、内筒部24と外筒部26との間の前端開口部を閉鎖するように配置されている。内筒部24及び外筒部26の後端開口部は熱伝達部材50の前端の受熱板50bにより閉鎖されている。 The end plate portion 28 is formed into a disk shape. The end plate part 28 is arranged so as to close the front end opening between the inner cylinder part 24 and the outer cylinder part 26. The rear end openings of the inner cylinder part 24 and the outer cylinder part 26 are closed by a heat receiving plate 50b at the front end of the heat transfer member 50.

端板部28は、容器本体13の端壁部13bに対して軸方向(前後方向)に所定の隙間を隔てて対向状に配置されている。容器12内において、外筒部26の外周側の空間部と、熱伝達部材50の外周側の空間部(隣り合う受熱板50bの間の空間部、及び、後端の受熱板50bと蓋板14との間の空間部を含む)と、導出口18の中空部と、により一連の改質ガス通路29が形成されている。改質ガス通路29において、導出口18の開口面積が最小開口面積に相当する。改質ガス通路29は本明細書でいう「触媒層より下流側の通路」に相当する。 The end plate portion 28 is disposed to face the end wall portion 13b of the container body 13 with a predetermined gap in the axial direction (front-back direction). In the container 12, there is a space on the outer circumference side of the outer cylinder part 26, a space on the outer circumference side of the heat transfer member 50 (a space between adjacent heat receiving plates 50b, and a rear end heat receiving plate 50b and a lid plate). 14) and the hollow part of the outlet port 18, a series of reformed gas passages 29 are formed. In the reformed gas passage 29, the opening area of the outlet 18 corresponds to the minimum opening area. The reformed gas passage 29 corresponds to "a passage downstream of the catalyst layer" in this specification.

触媒層20は、複数(例えば4枚)の円環板状の仕切板30により複数(例えば5個)に仕切られている。すなわち、外筒部26の隣り合う短筒部26aと短筒部26bとの間、短筒部26bと短筒部26cとの間、短筒部26cと短筒部26dとの間、短筒部26dと短筒部26eとの間に仕切板30が配置されている。各仕切板30の内周側端部は内筒部24に接続されている。各仕切板30の外周側端部は各短筒部26a、26b、26c、26d、26eに接続されている。各仕切板30は、相互に所定の間隔を隔てて平行状に配置されている。 The catalyst layer 20 is partitioned into a plurality (for example, five) of partition plates 30 in the form of a plurality of annular plates (for example, four). That is, between the adjacent short cylinder parts 26a and 26b of the outer cylinder part 26, between the short cylinder parts 26b and 26c, between the short cylinder parts 26c and 26d, and between the short cylinder parts 26a and 26b, A partition plate 30 is arranged between the portion 26d and the short cylindrical portion 26e. The inner circumferential end of each partition plate 30 is connected to the inner cylindrical portion 24 . The outer circumferential end of each partition plate 30 is connected to each short cylindrical portion 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e. The partition plates 30 are arranged in parallel with each other at a predetermined interval.

各仕切板30により、触媒層20が軸方向(前後方向)に複数(例えば5個)の区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eに区分されている。なお、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eのうち、軸方向(前後方向)に隣り合う区分触媒層20aと区分触媒層20b、区分触媒層20bと区分触媒層20c、区分触媒層20cと区分触媒層20d、区分触媒層20dと区分触媒層20eにおいて、後側の区分触媒層が「触媒層の軸方向一端側に位置する一方の区分触媒層」に相当し、前側の区分触媒層が「他方の区分触媒層」に相当する。 Each partition plate 30 divides the catalyst layer 20 into a plurality of (for example, five) segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e in the axial direction (front-back direction). Note that among the segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e, the segmented catalyst layer 20a and the segmented catalyst layer 20b, the segmented catalyst layer 20b and the segmented catalyst layer 20c, and the segmented catalyst layer 20c are adjacent to each other in the axial direction (front-back direction). 20c and the segmented catalyst layer 20d, and the segmented catalyst layer 20d and the segmented catalyst layer 20e, the rear segmented catalyst layer corresponds to "one segmented catalyst layer located at one end in the axial direction of the catalyst layer", and the front segmented catalyst layer corresponds to "one segmented catalyst layer located at one end in the axial direction of the catalyst layer" The layer corresponds to "the other segmented catalyst layer".

外筒部26の各短筒部26a、26b、26c、26d、26eの軸方向寸法La、Lb、Lc、Ld、Leは、後方から前方に向かって段階的に大きく(長く)なっている。このため、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの軸方向寸法は、後方(寸法Le側)から前方(寸法La側)に向かって段階的に大きく(長く)なっている。 The axial dimensions La, Lb, Lc, Ld, and Le of each of the short cylindrical portions 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e of the outer cylindrical portion 26 gradually increase (lengthen) from the rear toward the front. Therefore, the axial dimension of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e increases (longens) stepwise from the rear (dimension Le side) to the front (dimension La side).

これにより、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの圧損は、後方から前方に向かって段階的に小さくなっている。すなわち、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層の圧損は他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きい。 Thereby, the pressure loss of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e becomes smaller stepwise from the rear toward the front. That is, in each of the catalyst layer sections 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e adjacent to each other in the axial direction of the catalyst layer 20, the pressure loss in one (rear) section is lower than that in the other (front) section. It is larger than the pressure drop of the catalyst layer.

各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの内周を包囲する内筒部24の各部分(各区分触媒層に対応する各部分)の単位面積当たりの開口面積は、後方から前方に向かって段階的に大きくなるように設定されている。これにより、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの圧損は、後方から前方に向かって段階的に小さくなっている。すなわち、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層の圧損は他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きい。 The opening area per unit area of each portion of the inner cylinder portion 24 surrounding the inner periphery of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e (each portion corresponding to each segmented catalyst layer) is determined from the rear to the front. It is set to increase in stages. Thereby, the pressure loss of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e becomes smaller stepwise from the rear toward the front. That is, in each of the catalyst layer sections 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e adjacent to each other in the axial direction of the catalyst layer 20, the pressure loss in one (rear) section is lower than that in the other (front) section. It is larger than the pressure drop of the catalyst layer.

各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの外周を包囲する外筒部26において、外筒部26の各部分(各短筒部26a、26b、26c、26d、26e)の単位面積当たりの開口面積は、後方から前方に向かって段階的に大きくなるように設定されている。これにより、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの圧損は、後方から前方に向かって段階的に小さくなっている。すなわち、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層の圧損は他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きい。 In the outer cylindrical portion 26 surrounding the outer periphery of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, per unit area of each portion (each short cylindrical portion 26a, 26b, 26c, 26d, 26e) The opening area is set to increase stepwise from the rear to the front. Thereby, the pressure loss of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e becomes smaller stepwise from the rear toward the front. That is, in each of the catalyst layer sections 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e adjacent to each other in the axial direction of the catalyst layer 20, the pressure loss in one (rear) section is lower than that in the other (front) section. It is larger than the pressure drop of the catalyst layer.

容器12、内筒部24、外筒部26(各短筒部26a、26b、26c、26d、26e)、端板部28、各仕切板30及び熱伝達部材50は、触媒22の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する金属材料、例えばステンレス材によりそれぞれ形成されている。また、熱伝達部材50には、容器12及びその他の部材よりも高い熱伝導率を有する金属材料を用いるとよい。 The container 12, the inner cylinder part 24, the outer cylinder part 26 (each short cylinder part 26a, 26b, 26c, 26d, 26e), the end plate part 28, each partition plate 30, and the heat transfer member 50 have a thermal conductivity of the catalyst 22. They are each made of a metal material, such as stainless steel, that has a higher thermal conductivity. Further, it is preferable to use a metal material having higher thermal conductivity than the container 12 and other members for the heat transfer member 50.

(改質器10の作用)
原料ガス(アンモニア)が原料ガス通路25に導入される。その原料ガスは、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eを径方向外方に向かって放射状に流れる。このとき、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの触媒22によりアンモニアが水素と窒素に分解(改質)された改質ガスとされる。その後、改質ガスは、改質ガス通路29を流れた後、吸着装置102(図1参照)へ供給される。
(Effect of reformer 10)
Raw material gas (ammonia) is introduced into the raw material gas passage 25. The raw material gas flows radially outward in each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. At this time, ammonia is decomposed (reformed) into hydrogen and nitrogen by the catalysts 22 of the respective segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e, resulting in a reformed gas. Thereafter, the reformed gas flows through the reformed gas passage 29 and is then supplied to the adsorption device 102 (see FIG. 1).

また、改質ガス通路29を流れる改質ガスは、熱伝達部材50の外表面に接触する。これにより、改質ガスの熱が熱伝達部材50に受熱され、その熱が原料ガス通路25(詳しくは熱伝達部材50の接続筒50aの中空部)を流れる原料ガスに伝達されることで、原料ガスが加熱される。図2に原料ガスの流れが矢印で示されている。 Further, the reformed gas flowing through the reformed gas passage 29 comes into contact with the outer surface of the heat transfer member 50 . As a result, the heat of the reformed gas is received by the heat transfer member 50, and the heat is transferred to the source gas flowing through the source gas passage 25 (specifically, the hollow part of the connecting tube 50a of the heat transfer member 50). The raw material gas is heated. In FIG. 2, the flow of the raw material gas is shown by arrows.

(実施形態1の利点)
本実施形態によると、触媒層20を複数の区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eに区分する複数の仕切板30により、原料ガスの流れが整流される。つまり、特許文献1に生じた流れのショートカットが抑制される。したがって、触媒層20全域(全ての区分触媒層20a、20b、20c、20d、20e)に対する原料ガスの流れが均一化される。これにより、全ての区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eにわたって触媒22を有効利用することができる。よって、改質器10の改質効率の低下を抑制することができる。
(Advantages of Embodiment 1)
According to this embodiment, the flow of the raw material gas is rectified by the plurality of partition plates 30 that divide the catalyst layer 20 into a plurality of segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. In other words, the flow shortcut that occurred in Patent Document 1 is suppressed. Therefore, the flow of raw material gas to the entire area of the catalyst layer 20 (all the segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e) is made uniform. Thereby, the catalyst 22 can be effectively utilized across all the segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. Therefore, a decrease in the reforming efficiency of the reformer 10 can be suppressed.

また、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層の圧損が、他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きい。したがって、一方(後側)の区分触媒層は原料ガスが流れにくく、他方(前側)の区分触媒層は原料ガスが流れやすい。これにより、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eを流れる原料ガスの流れを均一化することができる。 Also, in each of the axially adjacent segmented catalyst layers 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e of the catalyst layer 20, the pressure loss of one (rear) segmented catalyst layer is greater than that of the other (front) segmented catalyst layer. It is larger than the pressure drop of the segmented catalyst layer. Therefore, the raw material gas does not easily flow through one (rear side) segmented catalyst layer, and the raw material gas easily flows through the other (front side) segmented catalyst layer. Thereby, the flow of the raw material gas flowing through each of the segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e can be made uniform.

また、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層の軸方向寸法を他方(前側)の区分触媒層の軸方向寸法よりも小さくすることで、一方(後側)の区分触媒層の圧損を他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きくすることができる。 In addition, in each of the axially adjacent segmented catalyst layers 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e of the catalyst layer 20, the axial dimension of one (rear side) segmented catalyst layer is set to the other (front side). By making the axial dimension smaller than the axial dimension of the segmented catalyst layer, the pressure loss of one (rear) segmented catalyst layer can be made larger than the pressure loss of the other (front) segmented catalyst layer.

また、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層における内筒部24の各部分の単位面積当たりの開口面積を、他方(前側)の区分触媒層における内筒部24の各部分の単位面積当たりの開口面積よりも小さくすることで、一方(後側)の区分触媒層の圧損を他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きくすることができる。 In addition, in each of the axially adjacent sectional catalyst layers 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e of the catalyst layer 20, each portion of the inner cylinder portion 24 in one (rear) sectional catalyst layer is By making the opening area per unit area smaller than the opening area per unit area of each part of the inner cylinder part 24 in the other (front) segmented catalyst layer, the pressure loss in one (rear) segmented catalyst layer can be reduced. The pressure drop can be made larger than the pressure loss of the other (front side) segmented catalyst layer.

また、触媒層20の軸方向に隣り合う各区分触媒層20a,20b、20b,20c、20c,20d、20d,20eにおいて、一方(後側)の区分触媒層における外筒部26の各短筒部の単位面積当たりの開口面積を、他方(前側)の区分触媒層における外筒部26の各短筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さくすることで、一方(後側)の区分触媒層の圧損を他方(前側)の区分触媒層の圧損よりも大きくすることができる。 In addition, in each of the axially adjacent sectional catalyst layers 20a, 20b, 20b, 20c, 20c, 20d, 20d, and 20e of the catalyst layer 20, each short tube of the outer cylindrical portion 26 in one (rear) sectional catalyst layer is By making the opening area per unit area of the section smaller than the opening area per unit area of each short cylinder part of the outer cylinder part 26 in the other (front side) partitioned catalyst layer, one (rear side) partitioned catalyst layer The pressure drop of the layer can be made larger than the pressure drop of the other (front side) segmented catalyst layer.

また、熱伝達部材50により改質ガスの熱を受熱し、その熱が原料ガスに伝達されることで、原料ガスが加熱される。これにより、原料ガスの改質を促進することができる。 Further, the heat of the reformed gas is received by the heat transfer member 50, and the heat is transferred to the raw material gas, thereby heating the raw material gas. Thereby, reforming of the raw material gas can be promoted.

また、改質ガス通路29の最小開口面積は、原料ガス通路25の最小開口面積よりも大きい。したがって、原料ガスの容積より改質ガスの容積が増える場合において、改質ガス通路29における圧力の増大を抑制し、原料ガスが触媒層20へ流入しにくくなることを抑制することができる。 Further, the minimum opening area of the reformed gas passage 29 is larger than the minimum opening area of the raw material gas passage 25. Therefore, when the volume of the reformed gas is larger than the volume of the raw material gas, it is possible to suppress an increase in pressure in the reformed gas passage 29 and to prevent the raw material gas from flowing into the catalyst layer 20 more easily.

例えば、2NH3→N2+3H2で示されるアンモニアの分解反応の場合、改質ガスの容積が原料ガスの容積の2倍に増える。そうすると、仮に原料ガス通路25の最小開口面積と改質ガス通路29の最小開口面積とが同等では、改質ガス通路29の圧力が増大することによって、原料ガスが原料ガス通路25から触媒層20へ流入しにくくなる不具合をきたす。しかしながら、改質ガス通路29の最小開口面積を原料ガス通路25の最小開口面積よりも大きくすることで、そのような不具合を改善することができる。 For example, in the case of an ammonia decomposition reaction represented by 2NH3→N2+3H2, the volume of the reformed gas increases to twice the volume of the raw material gas. Then, if the minimum opening area of the raw material gas passage 25 and the minimum opening area of the reformed gas passage 29 are equal, the pressure of the reformed gas passage 29 increases, and the raw material gas is transferred from the raw material gas passage 25 to the catalyst layer 20. This causes a problem in which it becomes difficult for the water to flow into the tank. However, such a problem can be improved by making the minimum opening area of the reformed gas passage 29 larger than the minimum opening area of the raw material gas passage 25.

また、原料ガスの改質(分解反応)は高圧下で阻害されるため、改質ガス通路29における圧力を下げることで、改質効率の低下を抑制することができる。 Further, since reforming (decomposition reaction) of the raw material gas is inhibited under high pressure, by lowering the pressure in the reformed gas passage 29, it is possible to suppress a decrease in reforming efficiency.

また、燃料電池システム100は、原料ガスとしてのアンモニアを水素と窒素を含む改質ガスに改質する改質器10と、改質ガスのアンモニアを吸着する吸着装置102と、吸着装置102により得られた水素を燃料として発電する燃料電池104と、を備える。したがって、改質効率の低下を抑制することのできる改質器10により改質ガスが得られ、吸着装置102により改質ガスの特定成分が吸着された精製ガスとしての水素を燃料として燃料電池104が発電する。 Further, the fuel cell system 100 includes a reformer 10 that reforms ammonia as a raw material gas into a reformed gas containing hydrogen and nitrogen, an adsorption device 102 that adsorbs ammonia in the reformed gas, and a and a fuel cell 104 that generates electricity using the generated hydrogen as fuel. Therefore, reformed gas is obtained by the reformer 10 that can suppress a decrease in reforming efficiency, and the fuel cell 104 is powered by hydrogen as a purified gas in which specific components of the reformed gas have been adsorbed by the adsorption device 102. generates electricity.

[実施形態2]
本実施形態は、実施形態1の改質器10に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態1と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図3は改質器10を示す断面図である。
[Embodiment 2]
Since this embodiment is a modification of the reformer 10 of Embodiment 1, the modified parts will be explained, and the same parts as in Embodiment 1 will be given the same reference numerals and redundant explanation will be omitted. . FIG. 3 is a sectional view showing the reformer 10.

図3に示すように、各仕切板30の片面又は両面には、円環板状のヒータ40が同心状に設けられている。例えば、前端の仕切板30には、前後両面にヒータ40が配置されている。残りの3枚の仕切板30には、後面にヒータ40が配置されている。各ヒータ40は、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの触媒22によって覆われている。各ヒータ40は、通電によって発熱し、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの触媒22を加熱する。各ヒータ40は、制御装置(ECU)42によって通電制御される。ヒータ40は、本明細書でいう「加熱装置」に相当する。ECU42は本明細書でいう「制御装置」に相当する。 As shown in FIG. 3, an annular plate-shaped heater 40 is provided concentrically on one or both sides of each partition plate 30. For example, heaters 40 are arranged on both the front and rear sides of the partition plate 30 at the front end. A heater 40 is arranged on the rear surface of the remaining three partition plates 30. Each heater 40 is covered by the catalyst 22 of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, 20e. Each heater 40 generates heat when energized, and heats the catalyst 22 of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. Each heater 40 is energized and controlled by a control device (ECU) 42. The heater 40 corresponds to a "heating device" in this specification. The ECU 42 corresponds to a "control device" in this specification.

改質器10には、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの温度をそれぞれ検出する温度センサ44が設けられている。各温度センサ44は、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの温度をそれぞれ検出し、その検出情報をECU42に入力する。ECU42は、各温度センサ44の検出情報に基づいて各ヒータ40を個別に通電制御する。 The reformer 10 is provided with a temperature sensor 44 that detects the temperature of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. Each temperature sensor 44 detects the temperature of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e, and inputs the detected information to the ECU 42. The ECU 42 individually controls the energization of each heater 40 based on the detection information of each temperature sensor 44 .

本実施形態によると、各ヒータ40により各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eを加熱することにより、触媒22の改質を促進することができる。 According to this embodiment, reforming of the catalyst 22 can be promoted by heating each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e with each heater 40.

また、ECU42が各温度センサ44の検出情報に基づいて各ヒータ40を通電制御する。これにより、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの温度を適正化し、無駄な加熱を抑制することができる。すなわち、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの熱マネジメントを行うことにより、省エネを達成することができる。 Further, the ECU 42 controls energization of each heater 40 based on the detection information of each temperature sensor 44. Thereby, the temperature of each sectioned catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e can be optimized and unnecessary heating can be suppressed. That is, energy saving can be achieved by thermally managing each of the segmented catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e.

[実施形態3]
本実施形態は、実施形態2の改質器10に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態2と同一部位については同一符号を付して重複する説明を省略する。図4は改質器10を示す断面図である。図4に示すように、本実施形態では、各ヒータ40(実施形態2と同一符号を付す)が各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20e内の中央部に配置されている。また、各温度センサ44(実施形態2と同一符号を付す)は、各仕切板30の温度を検出するように配置されている。この場合、各温度センサ44により各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの温度を各仕切板30を介して検出することができる。なお、各温度センサ44は、実施形態2(図3参照)と同様に配置してもよい。
[Embodiment 3]
Since this embodiment is a modification of the reformer 10 of Embodiment 2, the modified parts will be explained, and the same parts as in Embodiment 2 will be given the same reference numerals and redundant explanation will be omitted. . FIG. 4 is a sectional view showing the reformer 10. As shown in FIG. 4, in this embodiment, each heater 40 (designated with the same reference numeral as in Embodiment 2) is arranged at the center of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. Further, each temperature sensor 44 (designated with the same reference numeral as in the second embodiment) is arranged to detect the temperature of each partition plate 30. In this case, each temperature sensor 44 can detect the temperature of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e via each partition plate 30. Note that each temperature sensor 44 may be arranged similarly to the second embodiment (see FIG. 3).

[他の実施形態]
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、改質器10は、アンモニアに限らず、様々な原料ガスに対応することが可能である。また、実施形態では、原料ガスが触媒層20を中空部側(原料ガス通路25側)から径方向外方に向かって放射状に流れるようにしたが、原料ガスによっては、原料ガスを流す向きを逆にしてもよい。すなわち、原料ガスが触媒層20を外周側から径方向内方に向かって収束状に流れるようにしてもよい。また、容器12の導入口16及び導出口18は、実施形態では蓋板14に配置したが、端壁部13bに配置してもよいし、両方の口16,18を異なる部位に分けて配置してもよい。
[Other embodiments]
The technology disclosed in this specification is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various other forms. For example, the reformer 10 can be used not only for ammonia but also for various raw material gases. Further, in the embodiment, the raw material gas flows radially outward in the radial direction through the catalyst layer 20 from the hollow part side (the raw material gas passage 25 side), but depending on the raw material gas, the direction in which the raw material gas flows may be changed. You can do it the other way around. That is, the raw material gas may flow through the catalyst layer 20 in a convergent manner from the outer circumferential side toward the radially inward side. Furthermore, although the inlet 16 and the outlet 18 of the container 12 are arranged on the lid plate 14 in the embodiment, they may be arranged on the end wall 13b, or both the ports 16 and 18 are arranged separately in different parts. You may.

また、容器12は、円筒状に限らず、角筒状でもよい。また、仕切板30は1枚でもよい。また、内筒部24は、軸方向に複数に分割したもので形成してもよい。また、外筒部26は、一部材で形成してもよい。また、各区分触媒層20a、20b、20c、20d、20eの圧損は、各区分触媒層の軸方向寸法、各区分触媒層における内筒部24の各部分の単位面積当たりの開口面積、各区分触媒層における外筒部26の各部分(各短筒部)の単位面積当たりの開口面積のうち、少なくとも1つにより変更してもよい。また、ヒータ40の形状、個数、配置形態は任意である。熱伝達部材50の受熱板50bは1枚でもよい。また、熱伝達部材50の受熱板50bは、フィン型、パイプ型の受熱部材に代えてもよい。 Further, the container 12 is not limited to a cylindrical shape, but may be a rectangular tube shape. Moreover, the number of partition plates 30 may be one. Moreover, the inner cylinder part 24 may be formed by being divided into a plurality of parts in the axial direction. Further, the outer cylinder portion 26 may be formed of one member. In addition, the pressure loss of each segmented catalyst layer 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e is calculated based on the axial dimension of each segmented catalyst layer, the opening area per unit area of each portion of the inner cylinder portion 24 in each segmented catalyst layer, and each segmented catalyst layer. It may be changed by at least one of the opening areas per unit area of each part (each short cylinder part) of the outer cylinder part 26 in the catalyst layer. Furthermore, the shape, number, and arrangement of the heaters 40 are arbitrary. The number of heat receiving plates 50b of the heat transfer member 50 may be one. Further, the heat receiving plate 50b of the heat transfer member 50 may be replaced with a fin type or pipe type heat receiving member.

10 改質器
12 容器
20 触媒層
20a、20b、20c、20d、20e 区分触媒層
22 触媒
24 内筒部
25 原料ガス通路(触媒層より上流側の通路)
26 外筒部
29 改質ガス通路(触媒層より下流側の通路)
30 仕切板
40 ヒータ(加熱装置)
42 ECU(制御装置)
44 温度センサ
50 熱伝達部材
100 燃料電池システム
102 吸着装置
104 燃料電池
10 Reformer 12 Container 20 Catalyst layers 20a, 20b, 20c, 20d, 20e Segmented catalyst layer 22 Catalyst 24 Inner cylinder portion 25 Raw material gas passage (passage upstream of the catalyst layer)
26 Outer cylinder part 29 Reformed gas passage (passage downstream from the catalyst layer)
30 Partition plate 40 Heater (heating device)
42 ECU (control unit)
44 Temperature sensor 50 Heat transfer member 100 Fuel cell system 102 Adsorption device 104 Fuel cell

Claims (9)

容器と、
前記容器内に配置されかつ原料ガスを改質ガスに改質する触媒が充填された筒状の触媒層と、
を備えており、
前記触媒層の軸方向一端側から該触媒層の中空部又は外周部に導入された原料ガスが該触媒層を径方向に流れる、改質器であって、
前記触媒層には、該触媒層を軸方向に複数の区分触媒層に区分する1又は複数の仕切板が設けられている、改質器。
a container and
a cylindrical catalyst layer disposed in the container and filled with a catalyst for reforming raw material gas into reformed gas;
It is equipped with
A reformer in which a raw material gas introduced from one axial end side of the catalyst layer into a hollow portion or an outer peripheral portion of the catalyst layer flows through the catalyst layer in a radial direction,
A reformer, wherein the catalyst layer is provided with one or more partition plates that divide the catalyst layer into a plurality of segmented catalyst layers in the axial direction.
請求項1に記載の改質器であって、
前記触媒層の軸方向に隣り合う前記各区分触媒層において、前記触媒層の軸方向一端側に位置する一方の前記区分触媒層の圧損が、他方の前記区分触媒層の圧損よりも大きい、改質器。
The reformer according to claim 1,
In each of the segmented catalyst layers adjacent in the axial direction of the catalyst layer, the pressure drop of one of the segmented catalyst layers located on one end side in the axial direction of the catalyst layer is larger than the pressure drop of the other segmented catalyst layer. A pawn.
請求項2に記載の改質器であって、
前記一方の前記区分触媒層の軸方向寸法は、前記他方の前記区分触媒層の軸方向寸法よりも小さい、改質器。
The reformer according to claim 2,
The axial dimension of the one of the segmented catalyst layers is smaller than the axial dimension of the other segmented catalyst layer.
請求項2又は3に記載の改質器であって、
前記各区分触媒層の内周を包囲する通気性を有する内筒部、及び、該区分触媒層の外周を包囲する通気性を有する外筒部を有しており、
前記一方の前記区分触媒層における前記内筒部及び/又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積は、前記他方の前記区分触媒層における前記内筒部及び/又は前記外筒部の単位面積当たりの開口面積よりも小さい、改質器。
The reformer according to claim 2 or 3,
It has an inner cylindrical part having air permeability surrounding the inner periphery of each of the sectional catalyst layers, and an outer cylindrical part having air permeability surrounding the outer periphery of the sectional catalyst layer,
The opening area per unit area of the inner cylinder part and/or the outer cylinder part in the one segmented catalyst layer is equal to the unit area of the inner cylinder part and/or the outer cylinder part in the other segmented catalyst layer. The reformer has a smaller opening area than the actual opening area.
請求項1~4のいずれか1つに記載の改質器であって、
前記改質ガスの熱を前記原料ガスに伝達する熱伝達部材を備えた、改質器。
The reformer according to any one of claims 1 to 4,
A reformer comprising a heat transfer member that transfers heat of the reformed gas to the raw material gas.
請求項1~5のいずれか1つに記載の改質器であって、
前記触媒層より下流側の通路の最小開口面積は、該触媒層より上流側の通路の最小開口面積よりも大きい、改質器。
The reformer according to any one of claims 1 to 5,
A reformer, wherein a minimum opening area of a passage downstream of the catalyst layer is larger than a minimum opening area of a passage upstream of the catalyst layer.
請求項1~6のいずれか1つに記載の改質器であって、
前記各区分触媒層をそれぞれ加熱する加熱装置を備えた、改質器。
The reformer according to any one of claims 1 to 6,
A reformer comprising a heating device that heats each of the segmented catalyst layers.
請求項7に記載の改質器であって、
前記各区分触媒層の温度をそれぞれ検出する温度センサと、
前記各温度センサの検出情報に基づいて前記各加熱装置を通電制御する制御装置と、
を備えた、改質器。
The reformer according to claim 7,
a temperature sensor that detects the temperature of each of the divided catalyst layers;
a control device that controls energization of each of the heating devices based on detection information of each of the temperature sensors;
A reformer equipped with
前記原料ガスとしてのアンモニアを水素と窒素を含む前記改質ガスに改質する、請求項1~8のいずれか1つに記載の改質器と、
前記改質ガスのアンモニアを吸着する吸着装置と、
前記吸着装置により得られた水素を燃料として発電する燃料電池と、
を備えた、燃料電池システム。
The reformer according to any one of claims 1 to 8, which reformes ammonia as the raw material gas into the reformed gas containing hydrogen and nitrogen;
an adsorption device that adsorbs ammonia in the reformed gas;
a fuel cell that generates electricity using hydrogen obtained by the adsorption device as fuel;
A fuel cell system equipped with
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