JP3711577B2 - Fuel reformer - Google Patents
Fuel reformer Download PDFInfo
- Publication number
- JP3711577B2 JP3711577B2 JP28718794A JP28718794A JP3711577B2 JP 3711577 B2 JP3711577 B2 JP 3711577B2 JP 28718794 A JP28718794 A JP 28718794A JP 28718794 A JP28718794 A JP 28718794A JP 3711577 B2 JP3711577 B2 JP 3711577B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reforming
- section
- temperature
- gas
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は燃料改質装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電解質の両側に燃料極と酸化極とを配し、これら燃料極と酸化極とにそれぞれ水素と酸素とを供給することによって電池反応を得る燃料電池発電装置において、発電効率を高め、大気汚染を防止するために、燃料極にはできるだけ水素リッチなガスを供給することが望まれる。
【0003】
このために、メタノール等の炭化水素またはアルコール類を主成分とする原燃料ガスを改質触媒の作用により改質して水素リッチな改質ガスを生成させる改質装置が開発されている。
【0004】
このような改質装置の一例が特開平2−116604号公報に示されている。この従来例による改質装置は、改質触媒機能を有する反応層と該反応層を加熱するための熱媒体流路が通過する加熱層とが交互に積層されてなるサンドイッチ構造を有している。反応層には、炭化水素と水蒸気とからなる燃料ガスが供給され、改質触媒上において以下の改質反応(吸熱反応)により水素リッチな改質ガスが製造される。
【0005】
CH3OH(g)+H2O(g)→3H2+CO2−49.9kcal
加熱層を通過する熱媒体としては、たとえば、気化部を通過した後の熱源ガスが用いられる。すなわち、触媒燃焼部にメタノール等の加熱燃料を供給して触媒燃焼させ、得られた熱源ガスを気化部に供給して液体燃料を燃料ガスとし、その後の排ガス(300℃前後)を改質部の上記加熱層に通過させて改質ガスとの間で熱交換を行うことによって改質ガスを加熱するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料改質装置が所定の性能を発揮するのは250〜300℃の範囲であり、触媒燃焼で得た熱媒体を加熱層に通過させて反応層を加熱する従来技術では、起動後にこの温度域にまで昇温させるには長時間を要する欠点があった。
【0007】
また、反応層ごとに隣接して加熱層を設ける必要があるため、装置の大型化が余儀なくされていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は上記した従来技術の問題点を解消し、燃料改質装置の起動性を改善すると共に軽量小型化を達成することを目的とする。
【0009】
この目的を達成するため、本発明では、従来技術では気化部における加熱と改質部における加熱の双方に使用されていた燃焼部からの熱源ガスを、気化部における加熱のみのために供給して気化部から改質部に導入される改質原料ガス温度を従来よりも高温状態とし、該気化部からの改質原料ガスの持ち込み熱量によって、改質部における改質反応(吸熱反応)に要する熱量が賄われるようにすることを提案する。
【0010】
たとえば、気化部で得られる気化ガス温度が従来の300℃前後から600〜700℃の高温となるように、燃焼部からの熱源ガスを気化部に供給する。このような気化ガス温度とすることにより、改質反応に必要な吸熱量が賄われ、かつ、熱交換後の改質ガス温度が250〜300℃の最適温度に維持される。
【0011】
より具体的には、気化部内の温度を検出する温度検出手段を設置して、気化部温度が改質部における改質反応に適した温度(250〜300℃)よりも十分に高い所定の温度範囲(たとえば600〜700℃)に常に維持されるよう、コントローラの制御により燃焼剤と助燃剤ガスとの混合比率を調整する。
【0012】
本発明の改質部には熱源を別途供給する必要がないため、従来の加熱層は不要となり、改質触媒を担持する反応部のみから改質部を構成することができる。
【0013】
起動時に反応温度であるたとえば250℃にまで昇温させるために、改質部には通電加熱手段が設けられる。
【0014】
通電加熱手段としては、(1)耐熱ステンレス製の改質反応部構造体の電極端子に外部電源より電流を供給することにより、触媒担持プレートを電気抵抗発熱させる、(2)ヒータを改質触媒反応部に挿入する、(3)小型電熱器を反応部の外壁に設置する、等の手法が考えられるが、いずれにおいても、電源スイッチを備えた外部電源を別途設置し、改質部内に設置された温度検出手段により検出された改質部温度がたとえば250℃に達した時点で電源が切れるよう、温度検出手段と電源スイッチとをコントローラにより連動させる。
【0015】
以上より、本発明による燃料改質装置は、燃焼剤を酸素リッチな助燃剤ガスと共に燃焼させることにより熱源ガスを発生する燃焼部と、前記熱源ガスによって改質液体燃料を加熱気化させて改質原料ガスを生成する気化部と、前記気化部からの改質原料ガスを改質触媒の下で水素リッチな改質ガスに変換する改質部と、前記改質部内の温度を検出する改質部温度検出手段と、前記改質部温度検出手段により検出された前記改質部内温度が前記改質触媒の活性温度未満であるときに前記改質部を加熱する通電加熱手段と、前記気化部内の温度を検出する気化部温度検出手段と、前記気化部温度手段により検出された前記気化部内の温度を前記改質触媒の活性温度よりも高くなるように前記燃焼部への前記燃焼剤および前記助燃剤ガスの供給量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。前記通電加熱手段は、前記改質部を構成する改質触媒担持体に取り付けられる電極端子または前記改質部に隣接して設けられる発熱体と、前記電極端子または発熱体への通電加熱のための電流を供給する外部電源と、前記外部電源から前記電極端子または発熱体への通電を許容する電源スイッチと、から構成されるものとすることができる。
【0016】
また、本発明による燃料改質装置は、燃焼剤を酸素リッチな助燃剤ガスと共に燃焼させることにより熱源ガスを発生する燃焼部と、前記熱源ガスによって改質液体燃料を加熱気化させて改質原料ガスを生成する気化部と、前記気化部からの改質原料ガスを改質触媒の下で水素リッチな改質ガスに変換する改質部と、前記改質ガス中の一酸化炭素を変成触媒の下での変成反応によって除去する変成部と、前記変成反応を経た改質ガス中の一酸化炭素を酸化触媒の下での酸化反応によって除去する一酸化炭素除去部とを備えた燃料改質装置において、更に、前記燃料改質装置の起動時に前記改質部を前記改質触媒の活性温度域に加熱する通電加熱手段を備えたことを特徴とする。更に、前記燃料改質装置の起動時に前記変成部を前記変成触媒の活性温度域に加熱する第2の通電加熱手段、および/または、前記燃料改質装置の起動時に前記一酸化炭素除去部を前記酸化触媒の活性温度域に加熱する第3の通電加熱手段を備えることができる。
【0017】
【作用】
気化部内の温度が改質反応最適温度(250〜300℃)よりも十分に高い温度範囲(たとえば600〜700℃)に維持され、これにより該高温の改質原料ガスが気化部から改質部に導入されるため、改質原料ガス自体が持つ熱量で改質反応に必要な吸熱量を賄うことができる。したがって熱源ガスを改質部に導入する必要がなくなり、改質部を改質触媒担持体のみで構成することができるため、装置の小型軽量化がなされる。改質部にはヒータ等の通電加熱体が設けられ、起動時に迅速に活性温度にまで昇温される。
【0018】
【実施例】
図1は本発明の一実施例による燃料改質装置10を用いた燃料電池発電装置のシステム構成を示している。
【0019】
燃料改質装置10の触媒燃焼部12には、液体メタノールがタンク22からポンプ24により導入されると共に、エアポンプ26からの空気が助燃剤ガスとして調整ポンプ27により導入され、該触媒燃焼部12に充填される燃焼触媒上で液体メタノールを燃焼することによって熱源ガスを生成する。ヒータ14は、該燃焼触媒を活性温度まで加熱するために設けられている。なお、熱源は上記に特定されるものではなく、たとえば、空気を助燃剤ガスとして水素ガスや液体メタノールをバーナーで燃焼させて熱源ガスを生成してもよい。熱源ガスは、後述する気化部16における気化反応により600〜700℃の改質原料ガスを得るための熱量を与えた後、気化部16から外気に排出される。
【0020】
改質原料であるメタノールおよび水の混合液体燃料(混合比1:1〜1:4)はタンク28に収容されており、該タンクより気化部16に導入される。該気化部にて順次気化された改質原料ガスは、導入バルブ38を介して、隣接する改質部18の改質触媒上に導入されて、改質反応(CH3OH(g)+H2O(g)→3H2+CO2)により水素リッチな改質ガスが生成される。改質反応の活性温度範囲は250〜300℃である。なお、タンク28中の混合液体燃料を直接気化部16に導入するに代えて、後述する一酸化炭素除去部30に担持される選択酸化触媒を冷却するための冷媒として該一酸化炭素除去部の冷却層に通過させた後に気化部16に導入するようにしてもよい。また、気化部16には、気化部内温度を検出するための気化部温度センサ36が設けられる。
【0021】
改質部18は改質触媒の担持体であり、たとえばCu/Znからなる改質触媒が含浸、溶射、電着、スパッタ、塗布等により改質部構造体に担持されている。より具体的には、改質触媒を両面に担持した導電性金属プレートを並設して改質部構造体とすることができる。あるいは改質部構造体の各改質ガス通路内に直系2〜3mmのアルミナビーズ表面に上記改質触媒を担持したものを充填してもよい。改質部18には、改質部内温度を検出するための改質部温度センサ40が設けられる。また、改質部18内を昇温させるための通電加熱体としてヒータ42が設けられる。
【0022】
改質触媒の下で改質反応を受けて生成される改質ガスは水素リッチなものではあるが、余剰水蒸気、二酸化炭素および微量(1%程度)の一酸化炭素が含まれている。改質ガス中の一酸化炭素は、燃料電池34の燃料極において電極上の触媒(Pt)を被毒するため、100ppm以下に低減する必要があり、このために、図示システムにおいては、変成部20における変成反応および一酸化炭素除去部30における選択酸化反応により改質ガス中の一酸化炭素濃度を100ppm以下に低減させるように構成している。
【0023】
すなわち、変成部20は改質部18の下流側に隣接して接合されており、変成部20において、第一段階の一酸化炭素低減処理として、変成触媒の下での変成反応(CO+H2O→H2+CO2)により一酸化炭素が除去され、改質ガス中の一酸化炭素濃度が0.5%程度にまで低減される。
【0024】
変成反応の活性温度範囲は150〜230℃であり、起動時に変成部を活性温度にまで昇温させるための加熱源としてヒータ44が設けられる。この場合には、変成触媒を担持した触媒担持層の積層体よりなる積層構造体として変成部20を構成することができる。また、変成部20にはその内部温度を検出するための変成部温度センサ45が設けられる。
【0025】
変成部20における変成反応を経た改質ガスは、エアマニホールド48にてエアポンプ26からの空気と混合された後、一酸化炭素除去部30に導入される。一酸化炭素除去部30は、触媒充填層と冷媒が通過せしめられる冷却層とが交互に積層された積層構造体とされ、あるいは、一つの触媒充填体の周囲に冷媒が流れる冷却管が配されるように構成することができる。触媒充填層に充填される酸化触媒としては、粒状のAl2O3,TiO2,SiO2等の担体にPtあるいはRu,Pd,Rh等の貴金属を担持させたものが用いられる。
【0026】
上記酸化触媒は、その活性温度域(70〜200℃)において、一酸化炭素を優先的に酸化させる反応(CO+1/2O2→CO2)を活性化するので、改質ガス中の含有一酸化炭素濃度を低減させることができる。
【0027】
一酸化炭素除去部30には、起動時に酸化触媒を上記活性温度まで昇温させるための加熱源としてヒータ46が設けられる、また、一酸化炭素除去部内の温度を検出する一酸化炭素除去部温度センサ47が設けられる。
【0028】
一酸化炭素除去部30において含有一酸化炭素濃度を100ppm以下に低減された改質ガスは、恒温水槽およびヒーターよりなる加湿器32に導入された後、固体高分子電解質型燃料電池34の燃料極(−)に供給される。加湿器32において改質ガスが冷却されると共に加湿されるので、燃料電池が50〜100℃の最適作動温度域に保持され、かつ、電解質膜に水分補給がなされてその湿潤状態が維持される。燃料電池34の酸化極(+)には酸化剤ガスとしての空気がエアポンプ26から供給される。
【0029】
次に図2を参照して燃料改質装置10の動作制御について説明する。
【0030】
気化部温度センサ36、改質部温度センサ40、変成部温度センサ45および一酸化炭素除去部温度センサ47によってそれぞれ検出された温度を示す信号は、コントローラ50に入力される。改質部温度センサ40からの入力信号によって改質部18がその活性温度に達していないこと(250℃未満であること)が知られたとき、コントローラ50は、コンデンサあるいはバッテリ等の外部電源(図示せず)からの電流をヒータ42に流すようヒータ電源スイッチ41をONにする。改質部18の温度が250℃に達したとき、コントローラ50は、ヒータ電源スイッチ(図示せず)をOFFにすると共に、導入バルブ38を開いて気化部16から改質原料ガスを改質部18に導入させる。その後、改質部内の温度が250℃を境として上下するごとにヒータ電源スイッチがON/OFF制御される。
【0031】
コントローラ50は、気化部16の内部温度を常に600〜700℃に維持するように制御する。気化部温度センサ36からの入力信号によって気化部内温度が上記温度範囲から外れていることが知られたとき、コントローラ50は、気化部内の温度が上記温度範囲内となるように、燃焼剤を供給するポンプ24および助燃剤としての空気を供給する調整ポンプ27の吐出量を制御する。気化部内の温度が上記範囲に維持されることにより、開かれている導入バルブ38を介して改質部18に導入される改質原料ガスの持ち込み熱量によって、改質反応のための吸熱量が補われる。
【0032】
また、コントローラ50は、変成部温度センサ45からの入力信号を受けて変成部20をその活性温度域(150℃以上)に維持するようヒータ44に対する電源スイッチ(図示せず)をON/OFF制御すると共に、一酸化炭素除去部温度センサ47からの入力信号を受けて一酸化炭素除去部30をその活性温度域(70℃以上)に維持するようヒータ46に対する電源スイッチ(図示せず)をON/OFF制御する。
【0033】
なお、図示実施例では、燃料改質装置10の起動直後や断続運転時において、変成部20および一酸化炭素除去部30をそれらの活性温度以上に昇温させるための加熱源としてヒータ44、46が設けられているが、気化部16から排出される熱源ガスを変成部20および一酸化炭素除去部30に順次導入して加熱源として用いてもよい。この場合のシステム構成例が図3に示されている。図3において図1と共通する部分、要素については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【0034】
触媒燃焼部12で生成された熱源ガスは、気化部16において液体燃料を加熱気化して改質原料ガスを生成するための気化熱を与えた後、変成部20の底部等に接合された熱源ガスマニホールド51に導入される。変成部温度センサ45によって変成部20内の温度がその活性温度域(150℃以上)に達していないことが知られたとき、コントローラ50の制御によって開閉バルブ52が開かれ、該バルブを介して熱源ガスマニホールド51から変成部20内に導入される熱源ガスにより変成部20が昇温される。変成部温度が150℃に達したとき、コントローラ50は開閉バルブ52を閉じるよう制御する。
【0035】
更に、熱源ガスは変成部20から、一酸化炭素除去部30の頂部等に接合された熱源ガスマニホールド53に導入される。一酸化炭素除去部温度センサ47によって一酸化炭素除去部30内の温度がその活性温度域(70℃以上)に達していないことが知られたとき、コントローラ50の制御によって開閉バルブ54が開かれ、該バルブを介して熱源ガスマニホールド53から一酸化炭素除去部30内に導入される熱源ガスにより一酸化炭素除去部30が昇温される。一酸化炭素除去部温度が70℃に達したとき、コントローラ50は開閉バルブ54を閉じるよう制御する。熱源ガスは、一酸化炭素除去部30から外気に排出される。
【0036】
請求項1の発明によれば、改質部における改質反応に必要な吸熱量が気化部から導入される高温の改質原料ガスの放熱量によって賄われるため、改質部に熱媒体を通過させる加熱層を設ける必要がなくなり、改質触媒担持層のみを積層させて改質部を構成することが可能となり、燃料改質装置を小型軽量化することができる。
【0037】
請求項2〜5の発明によれば、改質部に通電加熱体を設けたため短時間内に改質部内温度を改質触媒の活性温度にまで昇温させることが可能となり、装置の起動性が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による燃料改質装置を含んで構成される固体高分子電解質型燃料電池の概略システム構成図である。
【図2】図1における燃料改質装置に関連する各要素の制御システムを示す説明図である。
【図3】図1の変形例を示す概略システム構成図である。
【図4】図3における燃料改質装置に関連する各要素の制御システムを示す説明図である。
【符号の説明】
10 燃料改質装置
16 気化部
18 改質部
24 ポンプ
27 調整ポンプ
34 燃料電池
36 気化部温度センサ
38 導入バルブ
40 改質部温度センサ
42 ヒータ
50 コントローラ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a fuel reformer.
[0002]
[Prior art]
In a fuel cell power generator that obtains a cell reaction by arranging a fuel electrode and an oxidation electrode on both sides of the electrolyte, and supplying hydrogen and oxygen to the fuel electrode and the oxidation electrode, respectively, the power generation efficiency is increased and air pollution is reduced. In order to prevent this, it is desirable to supply a hydrogen-rich gas as much as possible to the fuel electrode.
[0003]
For this reason, a reforming apparatus has been developed that reforms a raw fuel gas mainly composed of hydrocarbons such as methanol or alcohols by the action of a reforming catalyst to generate a hydrogen-rich reformed gas.
[0004]
An example of such a reformer is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-116604. The reformer according to this conventional example has a sandwich structure in which a reaction layer having a reforming catalyst function and a heating layer through which a heat medium flow path for heating the reaction layer passes are alternately stacked. . A fuel gas composed of hydrocarbon and water vapor is supplied to the reaction layer, and a hydrogen-rich reformed gas is produced by the following reforming reaction (endothermic reaction) on the reforming catalyst.
[0005]
CH3OH (g) + H2O (g) → 3H2 + CO2-49.9 kcal
As the heat medium that passes through the heating layer, for example, heat source gas after passing through the vaporizing section is used. That is, heated fuel such as methanol is supplied to the catalytic combustion section to perform catalytic combustion, the obtained heat source gas is supplied to the vaporization section to use liquid fuel as fuel gas, and the exhaust gas thereafter (around 300 ° C.) is reformed. The reformed gas is heated by passing through the heating layer and exchanging heat with the reformed gas.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a fuel reformer exhibits a predetermined performance in the range of 250 to 300 ° C., and in the conventional technology for heating the reaction layer by passing the heat medium obtained by catalytic combustion through the heating layer, There is a drawback that it takes a long time to raise the temperature to this temperature range after startup.
[0007]
Moreover, since it is necessary to provide a heating layer adjacent to each reaction layer, the apparatus must be increased in size.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, to improve the startability of the fuel reformer and to achieve a reduction in weight and size.
[0009]
In order to achieve this object, in the present invention, the heat source gas from the combustion section, which was used for both heating in the vaporization section and heating in the reforming section in the prior art, is supplied only for heating in the vaporization section. The reforming raw material gas temperature introduced from the vaporizing section to the reforming section is set to a higher temperature than before, and the reforming reaction (endothermic reaction) in the reforming section is required by the amount of heat brought in from the vaporizing section. Suggest that heat be covered.
[0010]
For example, the heat source gas from the combustion section is supplied to the vaporization section so that the vaporized gas temperature obtained in the vaporization section becomes a high temperature of about 600 to 700 ° C. from the conventional around 300 ° C. By setting such a vaporized gas temperature, the endothermic amount necessary for the reforming reaction is covered, and the reformed gas temperature after heat exchange is maintained at an optimum temperature of 250 to 300 ° C.
[0011]
More specifically, a temperature detection means for detecting the temperature in the vaporization unit is installed, and the vaporization unit temperature is a predetermined temperature sufficiently higher than the temperature suitable for the reforming reaction in the reforming unit (250 to 300 ° C.). The mixing ratio of the combustor and the auxiliary combustor gas is adjusted under the control of the controller so as to be constantly maintained in a range (for example, 600 to 700 ° C.).
[0012]
Since it is not necessary to separately supply a heat source to the reforming section of the present invention, a conventional heating layer is not necessary, and the reforming section can be configured only from the reaction section supporting the reforming catalyst.
[0013]
In order to raise the temperature to, for example, 250 ° C., which is the reaction temperature at the start-up, an electric heating means is provided in the reforming section.
[0014]
As the current heating means, (1) the catalyst carrying plate is heated by electric resistance by supplying current from the external power source to the electrode terminal of the heat-resistant stainless steel reforming reaction section structure. (2) The heater is the reforming catalyst. Possible methods include (3) installing a small electric heater on the outer wall of the reaction unit, etc., but in each case, an external power supply with a power switch is installed separately and installed in the reforming unit The temperature detecting means and the power switch are interlocked by the controller so that the power is turned off when the reforming section temperature detected by the temperature detecting means reaches 250 ° C., for example.
[0015]
Than, the fuel reforming apparatus according to the present invention includes a combustion unit for generating a heat source gas by burning a combustion agent with oxygen-rich combustion improver gas, it is heated and vaporized the thus reformed liquid fuel to said heat source gas reforming or A gasification unit that generates a raw material gas, a reforming unit that converts the reforming source gas from the vaporization unit into a hydrogen-rich reformed gas under a reforming catalyst, and a reforming unit that detects the temperature in the reforming unit. Mass part temperature detection means, energization heating means for heating the reforming part when the reformer internal temperature detected by the reforming part temperature detection means is lower than the activation temperature of the reforming catalyst, and the vaporization A vaporizing part temperature detecting means for detecting the temperature in the part, and the combustor to the combustion part so that the temperature in the vaporizing part detected by the vaporizing part temperature means is higher than the activation temperature of the reforming catalyst; The supply amount of the auxiliary gas And Gosuru control means, characterized by comprising a. The energization heating means includes an electrode terminal attached to a reforming catalyst support constituting the reforming unit or a heating element provided adjacent to the reforming unit, and energization heating to the electrode terminal or the heating element. An external power source that supplies the current of the current and a power switch that allows energization from the external power source to the electrode terminal or the heating element.
[0016]
The fuel reforming apparatus according to the present invention includes a combustion section that generates a heat source gas by burning a combustant together with an oxygen-rich auxiliary gas, and a reforming raw material by heating and vaporizing the reformed liquid fuel with the heat source gas. A gasifying section for generating a gas; a reforming section for converting the reforming raw material gas from the vaporizing section into a hydrogen-rich reformed gas under the reforming catalyst; and a carbon monoxide in the reformed gas as a shift catalyst Reforming section for removing by a shift reaction under the gas, and a carbon monoxide removing section for removing carbon monoxide in the reformed gas that has undergone the shift reaction by an oxidation reaction under an oxidation catalyst The apparatus further includes an electric heating means for heating the reforming section to an activation temperature range of the reforming catalyst when the fuel reforming apparatus is started. Further, a second energization heating means for heating the shift section to the activation temperature range of the shift catalyst when the fuel reformer is started, and / or the carbon monoxide removing section when the fuel reformer is started. A third energization heating means for heating to the activation temperature range of the oxidation catalyst can be provided.
[0017]
[Action]
The temperature in the vaporization section is maintained in a temperature range (for example, 600 to 700 ° C.) sufficiently higher than the optimum reforming reaction temperature (250 to 300 ° C.), whereby the high-temperature reforming source gas is transferred from the vaporization section to the reforming section. Therefore, the heat absorption amount required for the reforming reaction can be covered by the heat amount of the reforming raw material gas itself. Therefore, it is not necessary to introduce the heat source gas into the reforming section, and the reforming section can be configured only by the reforming catalyst support, thereby reducing the size and weight of the apparatus. The reforming section is provided with an energization heating body such as a heater, and is quickly heated to the activation temperature at the time of startup.
[0018]
【Example】
FIG. 1 shows a system configuration of a fuel cell power generator using a
[0019]
Liquid methanol is introduced into the
[0020]
A mixed liquid fuel of methanol and water (mixing ratio 1: 1 to 1: 4), which is a reforming raw material, is accommodated in a
[0021]
The reforming
[0022]
The reformed gas produced by the reforming reaction under the reforming catalyst is rich in hydrogen, but contains excess steam, carbon dioxide, and a trace amount (about 1%) of carbon monoxide. Since carbon monoxide in the reformed gas poisons the catalyst (Pt) on the electrode in the fuel electrode of the
[0023]
That is, the
[0024]
The activation temperature range of the modification reaction is 150 to 230 ° C., and a
[0025]
The reformed gas that has undergone the shift reaction in the
[0026]
Since the oxidation catalyst activates a reaction (CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ) that preferentially oxidizes carbon monoxide in the activation temperature range (70 to 200 ° C.), the contained monoxide contained in the reformed gas The carbon concentration can be reduced.
[0027]
The carbon
[0028]
The reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced to 100 ppm or less in the carbon
[0029]
Next, operation control of the
[0030]
Signals indicating temperatures respectively detected by the vaporization
[0031]
The
[0032]
In addition, the
[0033]
In the illustrated embodiment, the
[0034]
The heat source gas generated in the
[0035]
Further, the heat source gas is introduced from the
[0036]
According to the first aspect of the present invention , since the endothermic amount necessary for the reforming reaction in the reforming section is covered by the heat release amount of the high-temperature reforming raw material gas introduced from the vaporizing section, the heat medium passes through the reforming section. It is not necessary to provide the heating layer to be formed, and it becomes possible to form the reforming section by laminating only the reforming catalyst support layer, and the fuel reforming apparatus can be reduced in size and weight.
[0037]
According to the second to fifth aspects of the invention, since the energizing heater is provided in the reforming section, the reforming section temperature can be raised to the activation temperature of the reforming catalyst within a short time, and the startability of the apparatus is improved. Is greatly improved.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic system configuration diagram of a solid polymer electrolyte fuel cell including a fuel reformer according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a control system for each element related to the fuel reformer in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic system configuration diagram showing a modified example of FIG. 1;
4 is an explanatory diagram showing a control system for each element related to the fuel reformer in FIG. 3. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記熱源ガスによって改質液体燃料を加熱気化させて改質原料ガスを生成する気化部と、
前記気化部からの改質原料ガスを改質触媒の下で水素リッチな改質ガスに変換する改質部と、
前記改質部内の温度を検出する改質部温度検出手段と、
前記改質部温度検出手段により検出された前記改質部内温度が前記改質触媒の活性温度未満であるときに前記改質部を加熱する通電加熱手段と、
前記気化部内の温度を検出する気化部温度検出手段と、
前記気化部温度手段により検出された前記気化部内の温度を前記改質触媒の活性温度よりも高くなるように前記燃焼部への前記燃焼剤および前記助燃剤ガスの供給量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料改質装置。A combustion section for generating a heat source gas by combusting the combustion agent together with an oxygen-rich auxiliary gas,
A vaporizing section for generating a reformed raw material gas by heating vaporized thus reformed liquid fuel to said heat source gas,
And the reforming section for converting the reformed raw material gas under a hydrogen-rich reformed gas of the reforming catalyst from the vaporizing part,
A reforming section temperature detecting means for detecting a temperature in the reforming section;
Energization heating means for heating the reforming section when the temperature in the reforming section detected by the reforming section temperature detection means is lower than the activation temperature of the reforming catalyst ;
Vaporization part temperature detection means for detecting the temperature in the vaporization part;
Control means for controlling the amounts of the combustion agent and the auxiliary combustor gas supplied to the combustion section so that the temperature in the vaporization section detected by the vaporization section temperature means is higher than the activation temperature of the reforming catalyst ; ,
The fuel reforming apparatus comprising the.
前記電極端子または発熱体への通電加熱のための電流を供給する外部電源と、前記外部電源から前記電極端子または発熱体への通電を許容する電源スイッチと、
から構成されることを特徴とする請求項1の燃料改質装置。The energization heating means includes an electrode terminal attached to a reforming catalyst support constituting the reforming unit or a heating element provided adjacent to the reforming unit,
An external power supply that supplies a current for energization heating to the electrode terminal or the heating element, and a power switch that allows energization from the external power supply to the electrode terminal or the heating element,
The fuel reforming apparatus of claim 1, characterized in that it is constructed pressurized et al.
前記熱源ガスによって改質液体燃料を加熱気化させて改質原料ガスを生成する気化部と、
前記気化部からの改質原料ガスを改質触媒の下で水素リッチな改質ガスに変換する改質部と、
前記改質ガス中の一酸化炭素を変成触媒の下での変成反応によって除去する変成部と、
前記変成反応を経た改質ガス中の一酸化炭素を酸化触媒の下での酸化反応によって除去する一酸化炭素除去部とを備えた燃料改質装置において、
更に、前記燃料改質装置の起動時に前記改質部を前記改質触媒の活性温度域に加熱する通電加熱手段を備えたことを特徴とする燃料改質装置。A combustion section for generating a heat source gas by combusting the combustion agent together with an oxygen-rich auxiliary gas,
A vaporization unit that heats and vaporizes the reformed liquid fuel with the heat source gas to generate a reformed raw material gas;
A reforming section for converting the reforming raw material gas from the vaporization section into a hydrogen-rich reformed gas under a reforming catalyst;
A shift section for removing carbon monoxide in the reformed gas by a shift reaction under a shift catalyst;
In a fuel reformer comprising a carbon monoxide removal unit that removes carbon monoxide in the reformed gas that has undergone the shift reaction by an oxidation reaction under an oxidation catalyst,
The fuel reforming apparatus further comprises an energization heating means for heating the reforming section to the activation temperature range of the reforming catalyst when the fuel reforming apparatus is started.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28718794A JP3711577B2 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Fuel reformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28718794A JP3711577B2 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Fuel reformer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08119602A JPH08119602A (en) | 1996-05-14 |
JP3711577B2 true JP3711577B2 (en) | 2005-11-02 |
Family
ID=17714207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28718794A Expired - Fee Related JP3711577B2 (en) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | Fuel reformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3711577B2 (en) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19727588C1 (en) * | 1997-06-28 | 1999-02-18 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Device for generating a hydrogen-rich and low-carbon monoxide gas |
JP4073118B2 (en) * | 1998-11-09 | 2008-04-09 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Catalytic combustion heating device |
JP2001118593A (en) * | 1999-08-06 | 2001-04-27 | Denso Corp | Fuel cell system |
US6797420B2 (en) | 1999-12-28 | 2004-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Power generation device and operation method therefor |
JP4310881B2 (en) | 2000-04-12 | 2009-08-12 | トヨタ自動車株式会社 | Combustion heating device, fuel reforming device including the same, and fuel cell system |
JP2001302202A (en) * | 2000-04-18 | 2001-10-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Methanol reformer |
JP2001313053A (en) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Daikin Ind Ltd | Fuel cell system |
JP3642270B2 (en) | 2000-09-12 | 2005-04-27 | 日産自動車株式会社 | Fuel reformer |
WO2002047186A2 (en) * | 2000-12-05 | 2002-06-13 | Texaco Development Corporation | Reactor module for use in a compact fuel processor |
JP2002231293A (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-16 | Toshiba Corp | Purge device for fuel cell system and its method |
JP2003020203A (en) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Fuel peforming apparatus and staring-up method thereof |
JP4670316B2 (en) * | 2004-11-11 | 2011-04-13 | 株式会社デンソー | Fuel cell system |
JP2007335413A (en) * | 2007-08-06 | 2007-12-27 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system, and hydrogen generating device |
KR101655303B1 (en) * | 2014-12-31 | 2016-09-22 | 국방과학연구소 | Fuel cell system starting in low temperature and method for starting the same |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP28718794A patent/JP3711577B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08119602A (en) | 1996-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3921910B2 (en) | Fuel cell system | |
JP4906242B2 (en) | How to shut down the fuel cell | |
JP3711577B2 (en) | Fuel reformer | |
JPH1167256A (en) | Fuel cell system | |
JPH11176461A (en) | Fuel cell device | |
JPH11176460A (en) | Fuel cell device | |
JP4750374B2 (en) | Operation method of fuel cell structure | |
JP3530413B2 (en) | Fuel cell power generation system and operation method thereof | |
JPH07126001A (en) | Fuel-reforming device | |
WO2005057705A1 (en) | Method of operating fuel cell system and fuel cell system | |
JP4008051B2 (en) | Power generation method | |
JP4902165B2 (en) | Fuel cell reformer and fuel cell system comprising the fuel cell reformer | |
US7374591B2 (en) | Method for starting a gas generating system | |
JP3473900B2 (en) | Hydrogen generator | |
JP2000191304A (en) | Liquid fuel evaporator and reformer for fuel cell using the same | |
JP3490877B2 (en) | Starting method of reformer for fuel cell | |
JP4531320B2 (en) | Operation control method for hydrogen-containing gas generator | |
JPH08133701A (en) | Carbon monoxide removing device | |
JP4624382B2 (en) | Operation control method for hydrogen-containing gas generator | |
JP2005216615A (en) | Fuel processing device and fuel cell power generation system | |
JP2001106513A (en) | Fuel reforming device | |
JP2005281097A (en) | Reforming apparatus | |
JP2001176533A (en) | Fuel cell system and fuelcell cogeneration hot-water supply system | |
JPH01122902A (en) | Fuel reformer for fuel cell | |
JP2003183008A (en) | Hydrogen generating apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041110 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050726 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050808 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090826 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |