JP4175943B2 - Fuel reformer and method of operating fuel reformer - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素を生成する方法として、改質反応によって炭化水素系燃料から水素を生成する方法が知られている。例えば、特許文献１では、改質反応として水蒸気改質反応と部分酸化反応とを併用して、ガソリンから水素を生成し、生成した水素を燃料電池に供給する燃料改質装置が開示されている。この特許文献１では、改質反応に供する原燃料を、気化装置によって気化すると共に、改質器に対して直接噴霧を行なっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７９７０３号公報
【特許文献２】
特開２０００−３４４５０２号公報
【特許文献３】
特開２０００−６３１０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に燃料改質装置の始動時のように、燃料改質装置の温度が低いときには、噴霧された原燃料の微粒子の蒸発速度が遅くなるため、充分に気化していない微粒子が改質触媒に到達して水素生成の効率が不十分となる可能性があった。また、始動時のように装置の暖機が不十分な時には、特に水の気化量が不十分となって、水素生成の効率が不十分となる可能性があった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、始動時のように燃料改質装置の温度が低いときであっても、改質反応に供給する水蒸気量を確保して、水素生成の効率を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明の第１の燃料改質装置は、改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記第１の高温ガス供給部から前記第１の高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
以上のように構成された本発明の第１の燃料改質装置によれば、直ちに高温を得ることができる燃焼反応で生じた熱を利用して第１の高温ガスを得ているため、燃料改質装置内部の温度が低下している場合であっても、この第１の高温ガスを用いて、水を含む液体改質原料を速やかに気化させて改質反応に供することが可能となる。したがって、必要に応じて直ちに改質反応を進行させることができ、その際の水素生成効率を確保することができる。燃料改質装置内部の温度が低下しているときの例として、例えば燃料改質装置の始動時であっても、燃焼反応で生じる熱を利用することで、直ちに水素の生成を開始して、暖機時間を短縮することができる。
【０００８】
このような本発明の第１の燃料改質装置において、前記噴霧器からは、前記液体改質原料として、液体である前記改質燃料と水とを混合した予混合燃料が噴霧されることとしても良い。このように、改質燃料と水とを混合した予混合燃料を用いることで、燃料改質装置の低温時において、改質反応に供給される改質燃料と水との割合を、上記予混合燃料における改質燃料と水との割合とすることができる。したがって、燃料改質装置の低温時であっても、改質反応に供される水の量として、予混合燃料に含まれる水の量を確保することができ、水素生成の効率を充分に高くすることができる。
【０００９】
このような本発明の第１の燃料改質装置において、
前記改質原料供給部は、
水蒸気を生成し、該水蒸気を前記燃料導入室に供給する水蒸気供給部をさらに備え、
前記燃料導入室に供給する水のうち、一部は前記予混合燃料に含有させて前記噴霧器を介して前記燃料導入室内に噴霧し、残りは前記水蒸気供給部によって水蒸気として前記燃料導入室に供給することとしても良い。
【００１０】
このような構成とすれば、予混合燃料における改質燃料に対する水の割合よりも高い割合で、改質反応に水を供することができる。そのため、水蒸気供給部から充分に水蒸気を得られるときには、水蒸気供給部からも水蒸気を供給し、改質反応の効率がより高くなるように水蒸気量を調節して、水素生成効率の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の燃料改質装置において、さらに、
前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを、前記燃料導入室に対して供給可能な第２の高温ガス供給部と、
前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスが得られると判断されるときには、前記第１の高温ガスに代えて前記第２の高温ガスを用いるように、前記燃料導入室に供給される高温ガスを切り替える高温ガス切り替え制御部と
を備えることとしても良い。
【００１２】
このような構成とすれば、第２の高温ガス供給部から所定温度以上に昇温した第２の高温ガスが得られるときには、燃焼反応を利用することなく、第２の高温ガスによって液体改質原料の気化を行なうため、燃焼反応を行なうことで装置全体のエネルギ効率が低下するのを抑えることができる。
【００１３】
このような本発明の第２の燃料改質装置において、
前記第２の高温ガス供給部は、前記触媒部において前記改質反応によって生成された水素を含有する改質ガスが通過する熱交換器を備え、
前記第２の高温ガスは、前記改質ガスの熱を利用して前記熱交換器において昇温させたガスであることとしても良い。
【００１４】
このような構成とすれば、充分に温度が高い改質ガスが熱交換器に供給されるときには、この改質ガスの熱を利用して、燃焼反応を行なうことなく、液体改質原料の気化を行なうことができる。
【００１５】
なお、上記第１の高温ガスおよび／または上記第２の高温ガスは、空気を含有することとしても良い。このような構成とすれば、空気中の酸素を利用して触媒部において酸化反応を進行させることができ、この酸化反応によって、水蒸気改質反応で要する熱を得たり、低温時に暖機を促進することが可能となる。
【００１６】
本発明の第１の燃料改質装置において、さらに、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する情報を取得して、該情報に基づいて、前記燃料導入室内に噴霧したときに気化可能となる前記液体改質原料量を設定する気化可能量設定部と、
前記気化可能量設定部が設定した前記液体改質原料量を噴霧するように、前記噴霧器を制御する噴霧量制御部と
を備えることとしても良い。
【００１７】
このような構成とすれば、噴霧した液体改質原料は良好に気化されて、燃料導入室内で気化されずに滞留してしまうことがない。したがって、噴霧した液体改質原料に対して改質反応の効率が低下してしまうことがない。このような場合に、前記燃料導入室に供給される熱量を反映する前記情報は、前記燃料導入室に供給される前記第１の高温ガスの温度を含むこととしても良い。例えば、前記第１の高温ガスの温度と、前記第１の高温ガスの流量とに関する情報に基づいて、燃料導入室に供給される熱量を算出することができ、算出した熱量に基づいて、この熱量によって気化可能な液体改質原料量を算出することができる
【００１８】
また、本発明の第１の燃料改質装置において、さらに、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器から前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部を備えることとしても良い。
【００１９】
噴霧器において液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力（燃圧）を高くすることで、噴霧した液体改質原料の液滴の粒径をより小さくすることができる。燃料導入室内の温度が低いほど、噴霧した液体改質原料の液滴は気化し難くなるが、この場合には、燃圧を制御して液滴粒径を小さくすることで、液体改質原料の気化を促進することができる。
【００２０】
本発明の第２の燃料改質装置は、改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
前記噴霧器から噴霧する前記液体改質原料の気化温度以上に昇温している高温ガスを供給する高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記高温ガス供給部から前記高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器において前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部と
を備えることを要旨とする。
【００２１】
以上のように構成された本発明の第２の燃料改質装置によれば、燃料導入室に噴霧した液体改質原料を、高温ガスの熱を利用して気化させる際に、噴霧器において液体改質原料を噴霧する際の燃圧を高くすることで、噴霧した液体改質原料の液滴粒径をより小さくし、液体改質原料の気化を促進することができる。始動時のように、燃料改質装置の内部温度が低いときには、噴霧した液体改質原料の液滴は気化し難くなるが、このようにして液体改質原料の気化を促進することで、低温時における改質効率を向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料改質装置の運転方法などの形態で実現することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．始動時の動作：
Ｃ．効果：
Ｄ．第２実施例：
Ｅ．第３実施例：
Ｆ．第４実施例：
Ｇ．変形例：
【００２４】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１実施例の燃料改質装置１０を備える燃料電池システム１５の構成の概略を表わすブロック図である。燃料改質装置１０は、噴霧器２０、燃料導入室２２、バーナ３０、蒸発器３１、改質器２４、熱交換器２６、ＣＯ低減部２８および制御部３５を備えている。
【００２５】
噴霧器２０は、改質反応の反応物質として改質器２４に供給するための予混合燃料を、上記燃料導入室２２内に噴射する。予混合燃料とは、液体炭化水素と水とを所定の比で予め混合したものであり、噴霧器２０は、この予混合燃料を、液体微粒子の状態で噴霧するノズルを備えている。さらに、噴霧器２０は、ノズルに供給する予混合燃料を加圧するポンプ（図示せず）を備えると共に、噴霧する予混合燃料量を弁の開閉によって制御可能な電磁ソレノイド弁を備えている。そのため、ノズルから噴霧される予混合燃料量は、上記ポンプが予混合燃料を加圧する圧力（以下、燃圧と呼ぶ）と、上記ソレノイド弁が開弁される時間とによって制御することができる。
【００２６】
燃料導入室２２は、噴霧器２０から予混合燃料が噴霧されると共に、水蒸気および空気が、改質用ガス流路３２を介して供給される空間である（以下、改質用ガス流路３２を介して燃料導入室２２に供給される水蒸気と空気とを合わせて改質用ガスと呼ぶ）。この燃料導入室２２に供給される改質用ガス中の水蒸気は、蒸発器３１において生成される。蒸発器３１は、水を蒸発させて所望量の水蒸気を生成するための装置であり、熱源としては、例えばバーナやヒータなどを用いることができる。蒸発器３１では、上記熱源で発生する熱を利用して気化させる水の量を制御することによって、生成水蒸気量を制御することができる。この蒸発器３１には、蒸発器３１の内部温度を検出するための第２温度センサ３７が設けられている。また、改質用ガス中の空気は、ブロワ３３によって外部から取り込まれ、熱交換器２６からバーナ３０を経て、燃料導入室２２に供給される。バーナ３０は、燃焼反応によって、内部を通過する空気を加熱する。燃焼反応の燃料としては、例えば既述した予混合燃料を用いることができる。あるいは、水と混合していない液体炭化水素など、種々の燃料を用いることが可能である。なお、熱交換器２６とバーナ３０との間に設けられた空気の流路には、熱交換器２６を経由した空気の温度を検出するための第１温度センサ３６が設けられている。熱交換器２６とバーナ３０とを経由した空気と、蒸発器３１で生成された水蒸気とは、改質用ガス流路３２において混合されて、改質用ガスとして燃料導入室２２に供給される。燃料導入室２２では、改質用ガスが有する熱によって、噴霧された予混合燃料が気化すると共に、改質用ガスと予混合燃料とが混合されて混合ガスとなり、この混合ガスは改質器２４に送出される。なお、噴霧された予混合燃料の気化を良好に行なうために、燃料導入室２２内の温度、すなわち燃料導入室２２に供給される改質用ガスの温度は、好ましくは２００℃以上、さらに好ましくは４００℃以上とする。
【００２７】
改質器２４は、改質反応を促進する改質触媒を備えている。改質触媒は、用いる液体炭化水素に応じて適宜選択すればよい。本実施例の改質器２４では、既述したように水蒸気と空気とが供給されるため、改質反応として、水蒸気改質反応および部分酸化反応が進行する。吸熱反応である水蒸気改質反応と発熱反応である部分酸化反応とを行なわせることで、水蒸気改質反応に要する熱の少なくとも一部を部分酸化反応によって供給することができる。改質器２４には、水蒸気改質反応で要する熱を供給するために、ヒータ等の熱源をさらに備えることとしても良く、用いる液体炭化水素および改質触媒に適した所定の温度範囲となるように、改質器２４内の温度は制御される。あるいは、燃料改質装置１０の始動時に改質器２４の暖機を促進するために、ヒータ等の熱源をさらに備えることとしても良い。本明細書では、改質器２４で生成された水素を含有するガスを改質ガスと称する。
【００２８】
図２は、本実施例の燃料導入室２２およびこれに接続する改質器２４の構成を、より詳しく断面の様子として示す説明図である。本実施例では、燃料導入室２２と改質器２４とは、それぞれ略円柱状に形成されている。そして、断面直径がより大きな円柱として形成される燃料導入室２２と、断面直径がより小さな円柱として形成される改質器２４とを直列に接続させた形状として、両者は一体で形成されている。改質用ガス流路３２から燃料導入室２２内に導入された高温の改質用ガスは、燃料導入室２２内で、円柱内壁面に沿って旋回流を形成する。そして、噴霧器２０から噴霧される予混合燃料は、この旋回流を形成する改質用ガスと混ざり合いながら気化する。このように高温の改質用ガスが旋回流を形成することで、予混合燃料の気化がより促進される。燃料導入室２２と改質器２４との間には、隔壁２３ａが設けられている。隔壁２３ａは、燃料導入室２２側に凸となる円錐壁面状に形成されており、その中央部（頭頂部）には連通穴２３ｂが形成されている。燃料導入室２２内で気化した予混合燃料と改質用ガスとが混合された混合ガスは、連通穴２３ｂを介して改質器２４へ導入される。改質器２４は、内部に改質触媒２５を備えており、改質触媒２５は、ハニカム担体上に担持させたりペレット状に形成するなど種々の形状とすることができる。図２では、ハニカム担体を用いて形成した改質触媒２５を示している。混合ガスが改質器２４に供給されると、改質触媒上で改質反応が進行し、生じた改質ガスは熱交換器へと排出される。
【００２９】
なお、燃料導入室２２および改質器２４の構成は、図２以外の異なる構成としても良い。例えば、実施例のように燃料導入室２２と改質器２４との間を隔壁２３ａによって分離する構成に代えて、隔壁で隔てることなく両者を一体で形成することとしても良い。改質触媒２５の上流側に、予混合燃料を噴霧しつつ高温ガスと混合するための空間が設けられていればよい
【００３０】
熱交換器２６は、既述したブロワ３３が取り込んだ空気と、改質器２４から排出された改質ガスとを熱交換させるための装置である。ブロワ３３が取り込んだ空気は、熱交換によって、改質ガス温度に応じた温度に加熱される。また、改質ガスは、熱交換によって降温し、ＣＯ低減部２８に供給される。一般に、改質器２４における反応温度は、ＣＯ低減部２８における反応温度よりも高く、熱交換器２６を経由することによって改質ガスは、ＣＯ低減部２８における反応に適した温度となる。
【００３１】
ＣＯ低減部２８は、改質器２４から供給された改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる装置である。このように、改質ガスを燃料電池１７に供給するのに先立って、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減することによって、燃料電池１７の触媒が被毒して電池性能が低下するのを防止している。ＣＯ低減部２８は、一酸化炭素と水蒸気とから二酸化炭素と水素とを生じるシフト反応や、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を、促進する触媒を備えることとしても良い。あるいは、ＣＯ低減部２８は、例えばパラジウム等を含有する水素分離膜を用いて、水素を選択的に抽出する装置とすることも可能である。
【００３２】
ＣＯ低減部２８で一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、燃料ガスとして燃料電池１７のアノードに供給される。さらに燃料電池１７のカソードには、酸化ガスとして空気がブロワ３４から供給されて、燃料電池１７において電気化学反応が進行する。
【００３３】
制御部３５は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭ、あるいは、各種信号を入出力する入出力ポートを備える。制御部３５は、燃料電池システム１５が備える各種センサからの検出信号を入力すると共に、既述した噴霧器２０やブロワ３３などに駆動信号を出力する。このように制御部３５は、燃料改質装置１０を備える燃料電池システム１５全体の運転状態を制御する。
【００３４】
なお、本実施例の燃料改質装置１０は、燃料電池１７に対して水素を供給することとしたが、燃料改質装置が生成した水素を、異なる種類の水素消費装置に供給することとしても良い。
【００３５】
Ｂ．始動時の動作：
図３は、燃料改質装置１０の始動時に、制御部３５において実行される始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００３６】
燃料改質装置１０の始動が指示されて、本ルーチンが実行されると、制御部３５は、バーナ３０およびブロワ３３を起動すると共に、噴霧器２０からの予混合燃料の噴霧を開始させて、さらに蒸発器３１の暖機を開始させる（ステップＳ１００）。バーナ３０およびブロワ３３を起動することで、起動後直ちに、高温の空気が燃料導入室２２に供給され始める。また、このとき、噴霧器２０からの予混合燃料の噴霧を開始させることで、燃料導入室２２において、上記高温の空気を用いて、噴霧した予混合燃料の気化が開始される。これにより、気化した予混合燃料と高温の空気との混合ガスが、改質器２４に供給され始める。予混合燃料は、液体炭化水素と水とを所定の比で予め混合したものであるため、改質器２４では、予混合燃料が含有する水を利用した水蒸気改質反応と、高温の空気中の酸素を利用した酸化反応とが開始される。なお、改質器２４が、暖機を促進するためにヒータなどの熱源を備えているときには、この熱源も同時に駆動することとすればよい。
【００３７】
また、このとき蒸発器３１の暖機も開始されるが、始動直後であって蒸発器３１の暖機が不十分であるときには、燃料導入室２２に対して水蒸気を供給することができない。ここで、蒸発器３１は、既述したように、内部温度を検出するための第２温度センサ３７を備えている。この検出温度に基づいて、蒸発器３１の内部温度が所定の温度以上となる定常状態に達したと判断されると、燃料導入室２２に対して水蒸気の供給が開始される。
【００３８】
ステップＳ１００を実行すると、次に、制御部３５は、熱交換器２６を経由した空気の温度Ｔ1 を、第１温度センサ３６から取得する（ステップＳ１１０）。その後さらに制御部３５は、ステップＳ１１０で取得した空気の温度Ｔ1 と、予め設定した基準温度ＴA とを比較する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１００を実行することによって、上記したように改質器２４では改質反応が開始されると共に、改質器２４の暖機が進行するようになる。改質器２４の暖機が進行するにつれて、改質器２４から排出される改質ガスの温度も上昇し、さらに、熱交換器２６を経由して改質ガスと熱交換した空気の温度も上昇する。上記基準温度ＴA は、燃料導入室２２に噴霧された予混合燃料を充分に気化可能となるときの空気の温度として予め設定し、制御部３５に記憶しておいたものである。ステップＳ１２０では、熱交換器２６を経由した空気が、バーナ３０によってさらに加熱をしなくても、予混合燃料を充分に気化・昇温させることができる温度に達しているか否かを判断している。
【００３９】
ステップＳ１２０において、空気の温度Ｔ1 が基準温度ＴA に達していないと判断されたときには、再びステップＳ１１０に戻る。このようにして、熱交換器２６を経由した空気の温度Ｔ1 が基準温度ＴA 以上となるまで、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０の動作を繰り返す。
【００４０】
ステップＳ１２０において、空気の温度Ｔ1 が基準温度ＴA 以上になったと判断すると、制御部３５は、バーナ３０を停止して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。本ルーチン終了後は、燃料導入室２２に供給される空気においては、熱交換器２６を通過する改質ガスによる加熱は行なわれるが、バーナ３０による加熱の動作は停止される。
【００４１】
Ｃ．効果：
以上のように構成された本実施例の燃料改質装置１０によれば、燃料改質装置１０の起動時には、バーナ３０を用いて加熱した空気を燃料導入室２２に供給するため、起動時に直ちに予混合燃料を充分に気化させることが可能となる。予混合燃料を、高温の空気中に噴霧することで直ちに気化させるため、噴霧した予混合燃料が燃料導入室２２の壁面などに付着して気化することなく燃料導入室２２内に残留してしまうのを防止することができる。このように、起動後直ちに予混合燃料を気化・昇温させて、改質反応を開始させることができるため、起動時に、改質器２４に供給される気化した予混合燃料の量が不十分であることに起因して改質反応効率が低下してしまうことがない。
【００４２】
なお、改質器２４の暖機が終了して、改質ガスの有する熱によって、燃料導入室２２に供給する空気を充分に加熱可能となった後には、バーナ３０を停止させるため、改質器２４の暖機後にバーナ３０を用いることに起因してシステム全体のエネルギ効率が低下してしまうことがない。
【００４３】
また、本実施例では、ブロワ３３によって取り込まれた空気は、熱交換器２６からバーナ３０を経て、燃料導入室２２に供給される。このように、バーナ３０を熱交換器２６の下流側に配設しているため、始動時にバーナ３０を用いて空気を加熱する際に、熱交換器２６によって熱が奪われることがなく、バーナ３０が空気に与えた熱を効率よく予混合燃料の気化に用いることができる。
【００４４】
なお、本実施例では、始動時に燃料導入室２２に供給する空気を加熱するためにバーナ３０を用いたが、異なる加熱装置を用いても良い。燃料反応を行ない、燃焼反応で生じる熱によって加熱する装置であれば、始動時に速やかに空気の加熱を行ない、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
本実施例では、燃料導入室２２に対して予混合燃料を噴霧するため、この予混合燃料における液体炭化水素と水との比を適宜調節しておくことで、始動時から、所望の割合で水と混合した改質燃料を用いて改質反応を進行させることが可能となる。一般に、水は、液体炭化水素に比べて蒸発速度係数が小さく、蒸発しにくいという性質を有しているため、特に起動時などの低温時には、液体炭化水素と水とが所望の割合で混合された混合ガスを得ることが困難である。しかしながら、本実施例では、液体炭化水素と水とを予め所定の割合で混合した予混合燃料を、高温ガスが供給される空間中に噴霧するため、改質燃料と水とが所定の割合（予混合燃料における混合比）で混合された混合ガスを容易に得ることができる。また、このように充分量の水蒸気を含有する高温の混合ガスを速やかに改質反応に供することが可能となることで、直ちに高い活性で水蒸気改質反応を開始することができ、充分量の水素をより早く得ることが可能となる。なお、予混合燃料における水の混合割合は、例えば全体の１０〜５０％とすることができる。
【００４６】
さらに、本実施例の燃料改質装置１０は、蒸発器３１を備えているため、蒸発器３１の暖機が終了した後には、改質反応に供する水蒸気量を蒸発器３１を用いて任意の量に制御することが可能となる。これにより、改質器２４における改質反応の効率をより高くすることができる。例えば、始動時に改質器２４の温度が充分に昇温していないときに、酸化反応をより活発に進行させて改質器２４の暖機を促進するために、予混合燃料における水の割合は、水蒸気改質反応の効率が最高となるときの割合よりも小さく設定する場合がある。このような場合であっても、蒸発器３１を用いることで、暖機終了後には、水蒸気改質反応の効率がより高くなるように、改質反応に供する水蒸気量を調節することができる。
【００４７】
Ｄ．第２実施例：
図４は、第２実施例の燃料改質装置１１０を備える燃料電池システム１１５の構成の概略を表わすブロック図である。第２実施例の燃料電池システム１１５は、第１実施例の燃料電池システム１５と類似する構成を有しているため、共通する構成要素には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。
【００４８】
第２実施例の燃料改質装置１１０では、ブロワ３３から取り込まれた空気の流路は、熱交換器２６を経由する流路と、バーナ３０を経由する流路とに分岐している。空気の流路が分岐する分岐部には、制御部３５によって制御される流路切り替え弁３９が設けられており、ブロワ３３から取り込まれた空気がいずれの流路を経由するかを制御可能となっている。熱交換器２６を経由する流路とバーナ３０を経由する流路とは、合流して改質用ガス流路３２に接続している。これにより、熱交換器２６とバーナ３０とのいずれかを経由して加熱された空気は、蒸発器３１から供給される水蒸気と混合されて、燃料導入室２２に供給可能となっている。また、燃料改質装置１１０では、熱交換器２６において、内部の温度を検出する第３温度センサ１３６が設けられている。
【００４９】
図５は、第２実施例の燃料改質装置１１０の始動時に、制御部３５において実行される始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００５０】
燃料改質装置１１０の始動が指示されて、本ルーチンが実行されると、制御部３５は、まず、切り替え弁３９に対して駆動信号を出力し、ブロワ３３が取り込んだ空気の流路を、バーナ３０を経由する流路側に切り替える（ステップＳ２００）。これは、後述するように、本ルーチンを終了するときには通常は、熱交換器２６を経由する側に空気の流路が切り替わっているためである。また、制御部３５は、バーナ３０およびブロワ３３を起動すると共に、噴霧器２０からの予混合燃料の噴霧を開始させ、さらに蒸発器３１の暖機を開始させる（ステップＳ２１０）。これは、図３におけるステップＳ１００と同様の工程である。これによって、起動後直ちに、バーナ３０によって加熱された高温の空気が燃料導入室２２に供給され始め、この高温の空気を用いて、噴霧した予混合燃料の気化が開始される。また、気化した予混合燃料が供給されるのに伴い、改質器２４では改質反応が開始されると共に、改質器２４が次第に暖機される。
【００５１】
ステップＳ２１０を実行すると、次に、制御部３５は、熱交換器２６の内部温度Ｔ3 を、第３温度センサ１３６から取得する（ステップＳ２２０）。その後さらに制御部３５は、ステップＳ２２０で取得した熱交換器２６の内部温度Ｔ3 と、予め設定した基準温度ＴT とを比較する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２１０を実行して、改質器２４の暖機が進行すると、改質器２４から改質ガスの供給を受ける熱交換器２６も次第に昇温する。上記基準温度ＴT は、燃料導入室２２に噴霧された予混合燃料を充分に気化させることができる程度にまで空気を加熱可能となるときの熱交換器２６の内部温度として予め設定し、制御部３５に記憶しておいたものである。
【００５２】
ステップＳ２３０において、熱交換器２６の内部温度Ｔ3 が基準温度ＴT に達していないと判断されたときには、再びステップＳ２２０に戻る。このようにして、熱交換器２６の内部温度Ｔ3 が基準温度ＴT 以上となるまで、ステップＳ２２０およびステップＳ２３０の動作を繰り返す。
【００５３】
ステップＳ２３０において、熱交換器２６の内部温度Ｔ3 が基準温度ＴT 以上になったと判断すると、制御部３５は、空気の流路を、熱交換器２６を経由する側となるように切り替えると共に、バーナ３０を停止して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。本ルーチン終了後は、燃料導入室２２に供給するための空気は、バーナ３０を経由することなく熱交換器２６を経由して、加熱される。
【００５４】
第２実施例の燃料改質装置によれば、第１実施例の燃料改質装置と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
Ｅ．第３実施例：
以下に説明する第３実施例では、第１実施例と同様の燃料改質装置１０において、始動時に第１実施例と同様の制御を行なう際に、改質用ガスの温度に応じて予混合燃料の噴霧量を調節する制御をさらに行なっている。第３実施例の燃料改質装置において、第１実施例の燃料改質装置１０と対応する構成要素には同じ参照番号を付すこととして、図１および図２に即して第３実施例の説明を行なう。
【００５６】
第３実施例の燃料改質装置１０では、改質用ガスの温度を検出するために、改質用ガス流路３２において燃料導入室２２との接続部の近傍に設けた第４温度センサ３８を用いている（図２参照）。本実施例では、予混合燃料が気化する際に燃料導入室２２に供給される熱量を反映する情報として、この第４温度センサ３８の検出値を利用している。図６は、第３実施例の燃料改質装置１０の始動時に、制御部３５で繰り返し実行される噴霧量制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００５７】
本ルーチンが実行されると、制御部３５は、まず、改質用ガス（始動直後にはブロワ３３が取り込んだ空気）の温度Ｔ4 を、第４温度センサ３８から取得する（ステップＳ３００）。次に、制御部３５は、改質用ガス流路３２から燃料導入室２２に供給される改質用ガスの流量を取得する（ステップＳ３１０）。燃料導入室２２に供給される改質用ガスの流量は、例えば改質用ガス流路３２に流量センサを設けてガス流量を直接検出することとすればよい。あるいは、ブロワ３３の駆動量から求められる空気量と、蒸発器３１における水蒸気の生成量（蒸発器３１に供給される水の量）との合計量に基づいて、改質用ガス流量を算出することとしても良い。
【００５８】
その後、ステップＳ３００で取得した改質用ガス温度Ｔ4 と、ステップＳ３１０で取得した改質用ガス流量とに基づいて、両者の積として、燃料導入室２２に供給される熱量を算出する（ステップＳ３２０）。ここで、本実施例の燃料改質装置１０が備える制御部３５は、予混合燃料の気化熱を予め記憶しており、この気化熱と、上記燃料導入室２２に供給される熱量とに基づいて、燃料導入室２２に噴霧すべき予混合燃料量を設定する（ステップＳ３３０）。噴霧すべき予混合燃料量としては、例えば、燃料導入室２２におけるエネルギ損失等を考慮して、燃料導入室２２に供給される熱量によって気化可能な予混合燃料量の最大値を求めることとすればよい。なお、気化可能な予混合燃料量は、噴霧される予混合燃料の温度によっても変化するため、予混合燃料温度が変化する可能性がある場合には、予混合燃料の温度を測定して、この値に基づいて上記噴霧すべき予混合燃料量を補正すればよい。その後制御部３５は、ステップＳ３３０で設定した量の予混合燃料が噴霧されるように噴霧器２０に駆動信号を出力して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。
【００５９】
第３実施例によれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに以下のような効果を奏する。すなわち、燃料改質装置１０の始動時に、燃料導入室２２に供給される熱量を反映する情報に基づいて、気化可能な量の予混合燃料を噴霧することで、予混合燃料の一部が燃料導入室２２内に滞留してしまうことなく予混合燃料の気化を行ない、効率よく改質反応を開始することができる。
【００６０】
上記第３実施例では、燃料導入室２２に供給される熱量をその都度算出しているが、異なる構成としても良い。例えば、改質用ガス温度Ｔ4 および改質用ガス流量と、噴霧すべき予混合燃料量との関係を予めマップとして制御部３５に記憶し、このマップを参照して噴霧量を設定することとしても良い。また、ブロワ３３が取り込む空気量や、蒸発器３１から供給される水蒸気量が一定になる運転状態となることがある場合には、改質用ガス量温度Ｔ4 だけに基づいて噴霧する予混合燃料量を設定できるように、マップを用意することも可能である。
【００６１】
上記第３実施例では、改質用ガスの温度を直接測定することで、燃料導入室２２に供給される熱量の変化を求めているが、異なる構成とすることもできる。燃料改質装置１０を始動した後は、改質用ガス流路３２から燃料導入室２２に供給されるガスの温度が急激に低下するときがある。例えば、蒸発器３１の暖機が進行して、蒸発器３１から改質用ガス流路３２に対して水蒸気の供給が開始されるときや、熱交換器２６の暖機が終了して、空気を加熱する熱源が熱交換器２６に変更されたときである。このような場合に、改質用ガス流路３２内のガス温度が実際に低下するのを検出するのに先立って、蒸発器３１からの水蒸気供給の開始や、空気を加熱する熱源の切り替えの指示信号に基づいて、予混合燃料の噴霧量を直ちに減少させる補正をするならば、遅れなく噴霧量制御を行なうことができる。
【００６２】
また、第３実施例に示した制御を行なう際に、改質用ガス流路３２内のガス温度に加えて、さらに、燃料導入室２２に供給される水蒸気量を考慮して、予混合燃料の噴霧量を定めることとしても良い。予混合燃料は水を含有しているが、燃料導入室２２内の水蒸気濃度が高いほど、燃料導入室２２内に噴霧された水は気化しにくくなる。また、気化が進行する雰囲気中に存在する気体分子の分子量が小さいほど、噴霧された液体は拡散しやすくなって気化が促進されると言われているため、空気の主成分である窒素分子よりも分子量の小さな水分子から成る水蒸気の濃度が高いほど、噴霧された予混合燃料は気化し易くなると考えられる。このような水蒸気濃度が気化に与える影響の程度は、予混合燃料中の水の割合や、予混合燃料中の液体炭化水素の種類や、燃料導入室２２内で噴霧された予混合燃料と改質用ガスとが混合されるときの状態などによっても異なってくる。そのため、燃料改質装置１０において実際に用いる予混合燃料に応じて、水蒸気濃度が気化し易さに与える影響について予め実験的に調べて制御部３５に記憶しておき、その結果を参照して、噴霧すべき予混合燃料量を補正することとしてもよい。
【００６３】
なお、燃料導入室２２に供給される熱量に基づいて予混合燃料の噴霧量を適切に制御することによる効果は、始動時だけでなく暖機運転終了後の定常運転時にも同様に得られる。また、上記第３実施例は、第１実施例の燃料改質装置１０に基づいて説明したが、第２実施例の燃料改質装置１１０において同様の制御を行なうこととしても良い。
【００６４】
Ｆ．第４実施例：
以下に説明する第４実施例では、第１実施例と同様の燃料改質装置１０において、始動時に第１実施例と同様の制御を行なう際に、予混合燃料を噴霧する際の噴霧器２０における燃圧をより高く設定する制御をさらに行なっている。図７は、第４実施例の燃料改質装置１０の始動時に、制御部３５で実行される燃圧制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００６５】
本ルーチンが実行されると、制御部３５は、まず、噴霧器２０における燃圧が、予め設定した始動時燃圧ＰS となるように、噴霧器２０において予混合燃料を加圧しているポンプを駆動する（ステップＳ４００）。燃料改質装置１０の始動時には、図１に示した始動時処理ルーチンも実行されており、上記ステップＳ４００を実行することで、図１のステップＳ１００において予混合燃料の噴霧を開始する際には、燃圧が始動時燃圧ＰS に設定されている予混合燃料が、噴霧器２０から噴霧される。
【００６６】
次に、制御部３５は、燃料改質装置１０における暖機運転が終了しているかどうかを判断する（ステップＳ４１０）。暖機運転が終了しているかどうかは、例えば、図１に示した始動時処理ルーチンが終了しているかどうかによって判断することができる。制御部３５は、暖機運転が終了したと判断されるまでステップＳ４１０の処理を繰り返す。その後、暖機運転が終了したと判断されると、制御部３５は、噴霧器２０における燃圧が、予め設定した定常運転時燃圧ＰR となるように上記ポンプを駆動して（ステップＳ４３０）、本ルーチンを終了する。
【００６７】
ここで、始動時燃圧ＰS は、定常運転時燃圧ＰR よりも高く設定されており、これによって、噴霧される予混合燃料の液滴の粒径を、始動時にはより小さくすることができる。始動時燃圧ＰS は、例えば、燃圧が始動時燃圧ＰS であるときに噴霧される予混合燃料の液滴の平均粒径（ザウタ平均粒径、ＳＭＤ）が、好ましくは８０μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以下となるように、設定すればよい。
【００６８】
以上のように構成された第４実施例の燃料改質装置１０によれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに以下のような効果を奏する。すなわち、燃圧を制御して、始動時における噴霧した予混合燃料の液滴粒径をより小さくすることで、暖機終了前の始動時における予混合燃料の気化を促進し、より早く改質反応を開始することが可能となる。ここで、暖機運転が終了したときには、予混合燃料の気化が支障無く行なわれる範囲で燃圧をより低く設定し直すため、定常運転時に燃圧を高くするためにポンプにおいて消費されるエネルギを削減することができる。
【００６９】
なお、第４実施例のように、始動時や定常運転時において燃圧を所定値に固定する場合には、燃料導入室２２に噴霧する予混合燃料量は、噴霧器２０における開弁時間によって調節すればよい。
【００７０】
あるいは、始動時も、定常運転時も、開弁時間に加えてさらに燃圧を調節することも可能である。この場合にも、始動時に燃圧をより高く設定し、定常運転時における燃圧の上限をより低く設定することで、始動時には予混合燃料の液滴粒径をより小さくして気化を促進すると共に、定常運転時のエネルギ消費を抑える同様の効果が得られる。
【００７１】
噴霧した予混合燃料の液滴を微粒化する効果は、燃圧を高める他に、噴霧器２０が備えるノズルに形成される噴孔径をより小さくすることによっても得られる。あるいは、予混合燃料に対して、予混合燃料の表面張力をより小さくする働きを有する添加剤をさらに加え、予混合燃料の表面張力をより小さくすることによっても、噴霧した予混合燃料の液滴粒径を小さくすることができる。これらの方法は、始動時か否かに関わらず、噴霧した予混合燃料を微粒化する効果が得られる。このような構成を本実施例に適用することで、始動時の燃圧を定常運転時に比べてより高くする程度を抑えても、所望の粒径を容易に実現可能となる。
【００７２】
なお、予混合燃料の噴霧する際の燃圧を制御することによる効果は、始動時だけでなく暖機運転終了後の定常運転時にも同様に得られる。また、上記第４実施例は、第１実施例の燃料改質装置１０に基づいて説明したが、第２実施例の燃料改質装置１１０において同様の制御を行なうこととしても良い。
【００７３】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７４】
Ｇ１．変形例１：
第１ないし第４実施例では、燃料改質装置の始動時に、バーナ３０による燃焼反応で生じた熱を用いて空気の加熱を行ない、予混合燃料の気化を促進することとしたが、異なる構成としても良い。始動時に限らず、熱交換器２６の温度が低下して、熱交換器２６を経由しても空気を充分に昇温させることができないときには、燃焼反応を利用した空気の加熱を行なうこととすればよい。例えば、図１の燃料改質装置１０が備える第１温度センサ３６が検出する空気の温度Ｔ1 が所定の値以下となったときには、バーナ３０を起動すればよい。あるいは、図４の燃料改質装置１１０が備える第３温度センサ１３６が検出する熱交換器２６の内部温度Ｔ3 が、所定の値以下となったときには、バーナ３０を起動すると共に、切り替え弁３９を切り替えて、バーナ３０を経由した空気を燃料導入室２２に供給すればよい。これにより、熱交換器２６の温度が低下しているときには、始動時であるか否かに関わらず、充分に予混合燃料を気化させて改質効率を確保する効果を得ることができる。
【００７５】
Ｇ２．変形例２：
第１ないし第４実施例では、燃料導入室２２に対して、液体炭化水素と水とを混合した予混合燃料を噴霧しているが、この液体炭化水素としては、改質反応により水素を生成可能となる種々のものを用いることができる。ここで、ガソリンなど疎水性の液体炭化水素を用いる場合には、予混合燃料に所定の乳化剤を添加して全体をエマルション化し、液体炭化水素と水とが均一に混合された状態を長く維持可能とすることが望ましい。あるいは、炭化水素以外に、メタノール等のアルコールやアルデヒドなどを含有する種々の炭化水素系の液体燃料を、改質燃料として同様に用いることができる。
【００７６】
Ｇ３．変形例３：
あるいは、改質反応による水素を生成するための改質燃料として、炭化水素系の液体燃料に代えて、気体燃料を用いることとしても良い。例えば、メタンを含有する天然ガスを、燃料導入室に供給することとしても良い。この場合には、噴霧器２０からは、液体改質原料として水だけを噴霧し、高温の空気が供給される燃料導入室２２内で噴霧した水を気化させ、気化した水蒸気と上記気体の改質燃料とを、この燃料導入室２２内で混合させて改質器２４に供給すればよい。このような構成とすれば、始動時などの熱交換器２６の温度低下時には、燃焼反応の熱を利用して水を充分に気化させることにより、改質反応の効率の低下を防止するという同様の効果を得ることができる。改質燃料が液体であっても気体であっても、改質燃料と水とを燃料導入室に供給する際に、少なくとも供給すべき水の一部を含む液体改質原料が、噴霧器２０によって噴霧されるならば、同様の効果が得られる。
【００７７】
Ｇ４．変形例４：
第１ないし第４実施例では、改質器２４や熱交換器２６の暖機が終了した後には、熱交換器２６において加熱した空気を用いて、燃料導入室２２に噴霧した液体改質原料の気化を行なうこととしたが、暖機終了後の定常運転時に充分な熱を得ることができれば、異なる熱源を用いることとしても良い。例えば、暖機運転後に蒸発器３１で生成される水蒸気が、燃料導入室２２に供給するための空気を加熱する熱源として充分な温度を有しており、定常運転時には空気を加熱するのに充分量の水蒸気が空気に混合される場合には、蒸発器３１で生成される水蒸気を熱源とすることができる。少なくとも、始動時に、燃焼反応で得られる熱を利用して加熱したガスを用いて液体改質原料の気化を行なうことで、始動時に直ちに液体改質原料を支障なく気化可能にとなるという同様の効果を得ることができる。
【００７８】
Ｇ５．変形例５：
第１ないし第４実施例では、改質反応に供する空気は、全量を改質用ガス流路３２を介して供給したが、異なる構成としても良い。例えば、噴霧器２０が２流体ノズルを備えることとし、液体改質原料を噴霧するためのアシストガスとして、改質器２４に供給すべき空気の一部を用いることとしても良い。
【００７９】
Ｇ６．変形例６：
また、第１ないし第４実施例では、燃料導入室２２に噴霧した液体改質原料を気化するために、燃料導入室２２に供給するガスとして高温の空気を用いたが、他種のガスを用いることとしても良い。実施例のように、ブロワ３３によって取り込んだ空気をそのまま燃料導入室内に供給する場合には、改質器２４に供給する酸素量をブロワ３３の駆動量によって容易に制御可能となって望ましい。しかしながら、例えば、ブロワ３３によって取り込んだ空気中に、燃焼反応で生じた燃焼ガスを直接吹き込んで空気を加熱し、この空気と燃焼ガスとの混合ガスを燃料導入室２２に供給する構成も可能である。燃焼反応を利用して加熱して燃料導入室２２に供給するガス中には、例えば、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、酸素、水素が混合していても差し支えなく、これらを含有する種々のガスを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の燃料改質装置１０を備える燃料電池システム１５の構成の概略を表わすブロック図である。
【図２】 燃料導入室２２および改質器２４の構成を、断面の様子として示す説明図である。
【図３】 始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図４】 第２実施例の燃料改質装置１１０を備える燃料電池システム１１５の構成の概略を表わすブロック図である。
【図５】 始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図６】 噴霧量制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図７】 燃圧制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１１０…燃料改質装置
１５，１１５…燃料電池システム
１７…燃料電池
２０…噴霧器
２２…燃料導入室
２３ａ…隔壁
２３ｂ…連通穴
２４…改質器
２５…改質触媒
２６…熱交換器
２８…ＣＯ低減部
３０…バーナ
３１…蒸発器
３２…改質用ガス流路
３３，３４…ブロワ
３５…制御部
３６…第１温度センサ
３７…第２温度センサ
３８…第４温度センサ
３９…切り替え弁
１３６…第３温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction and an operation method thereof.
[0002]
[Prior art]
As a method of generating hydrogen, a method of generating hydrogen from a hydrocarbon fuel by a reforming reaction is known. For example, Patent Document 1 discloses a fuel reformer that uses a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction as reforming reactions to generate hydrogen from gasoline and supplies the generated hydrogen to a fuel cell. . In Patent Document 1, raw fuel to be subjected to a reforming reaction is vaporized by a vaporizer and sprayed directly on the reformer.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-79703
[Patent Document 2]
JP 2000-344502 A
[Patent Document 3]
JP 2000-63104 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, especially when the temperature of the fuel reformer is low, such as when the fuel reformer is started, the evaporation rate of the sprayed raw fuel particulates is slowed down. The hydrogen generation efficiency may be insufficient. Further, when the apparatus is not warmed up at the time of start-up, the amount of water vaporization is particularly insufficient, and the efficiency of hydrogen generation may be insufficient.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and ensures the amount of water vapor to be supplied to the reforming reaction even when the temperature of the fuel reformer is low, such as during startup. The purpose of this is to improve the efficiency of hydrogen generation.
[0006]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to achieve the above object, a first fuel reformer of the present invention is a fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
A reforming raw material supply unit comprising a sprayer for supplying the reformed fuel and water and spraying at least a part of the water as a liquid reforming raw material;
A first high-temperature gas supply unit that supplies a first high-temperature gas that has been heated using heat generated by a combustion reaction;
A space in which the reformed fuel and water are supplied from the reforming raw material supply unit and the first high temperature gas is supplied from the first high temperature gas supply unit, and is sprayed by the sprayer. A fuel introduction chamber for advancing vaporization of the liquid reforming raw material;
A catalyst unit provided with the reforming catalyst that promotes the reforming reaction while being supplied with the reformed fuel and water and the first high-temperature gas via the fuel introduction chamber;
It is a summary to provide.
[0007]
According to the first fuel reformer of the present invention configured as described above, since the first high-temperature gas is obtained using the heat generated in the combustion reaction that can immediately obtain a high temperature, the fuel Even when the temperature inside the reforming apparatus is lowered, it is possible to quickly vaporize the liquid reforming raw material containing water and use it for the reforming reaction using the first high-temperature gas. . Therefore, the reforming reaction can proceed immediately as necessary, and the hydrogen production efficiency at that time can be ensured. As an example when the temperature inside the fuel reformer is decreasing, for example, even when the fuel reformer is started, by using the heat generated in the combustion reaction, hydrogen production is started immediately, Warm-up time can be shortened.
[0008]
In the first fuel reforming apparatus of the present invention, the sprayer may spray a premixed fuel obtained by mixing the reformed fuel that is a liquid and water as the liquid reforming raw material. good. In this way, by using the premixed fuel in which the reformed fuel and water are mixed, the ratio of the reformed fuel and water supplied to the reforming reaction at the low temperature of the fuel reformer is determined by the above premixing. It can be the ratio of the reformed fuel and water in the fuel. Therefore, even when the temperature of the fuel reformer is low, the amount of water contained in the premixed fuel can be secured as the amount of water supplied to the reforming reaction, and the efficiency of hydrogen generation is sufficiently high. can do.
[0009]
In such a first fuel reformer of the present invention,
The reforming material supply unit is
A water vapor supply unit that generates water vapor and supplies the water vapor to the fuel introduction chamber;
Part of the water supplied to the fuel introduction chamber is contained in the premixed fuel and sprayed into the fuel introduction chamber via the sprayer, and the rest is supplied to the fuel introduction chamber as water vapor by the water vapor supply unit. It is also good to do.
[0010]
With such a configuration, water can be supplied to the reforming reaction at a rate higher than the rate of water relative to the reformed fuel in the premixed fuel. Therefore, when sufficient water vapor can be obtained from the water vapor supply unit, water vapor is also supplied from the water vapor supply unit, and the amount of water vapor is adjusted so that the efficiency of the reforming reaction becomes higher, thereby improving the hydrogen generation efficiency. Is possible.
[0011]
In the fuel reformer of the present invention, further,
A second high-temperature gas supply unit capable of supplying the second high-temperature gas heated using the heat of the system including the fuel reformer to the fuel introduction chamber;
When it is determined that a gas having a temperature higher than a predetermined temperature is obtained as the second high-temperature gas, the fuel introduction chamber is configured to use the second high-temperature gas instead of the first high-temperature gas. A high-temperature gas switching control unit for switching the supplied high-temperature gas;
It is good also as providing.
[0012]
With such a configuration, when the second high-temperature gas heated to a predetermined temperature or higher is obtained from the second high-temperature gas supply unit, the liquid reforming is performed by the second high-temperature gas without using the combustion reaction. Since the raw material is vaporized, it is possible to suppress a reduction in energy efficiency of the entire apparatus by performing a combustion reaction.
[0013]
In such a second fuel reformer of the present invention,
The second high-temperature gas supply unit includes a heat exchanger through which a reformed gas containing hydrogen generated by the reforming reaction passes in the catalyst unit,
The second high-temperature gas may be a gas whose temperature has been raised in the heat exchanger using the heat of the reformed gas.
[0014]
With this configuration, when reformed gas having a sufficiently high temperature is supplied to the heat exchanger, the heat of the reformed gas is used to vaporize the liquid reforming raw material without performing a combustion reaction. Can be performed.
[0015]
The first high-temperature gas and / or the second high-temperature gas may contain air. With such a configuration, it is possible to advance the oxidation reaction in the catalyst portion using oxygen in the air, and by this oxidation reaction, heat required for the steam reforming reaction is obtained or warming up is promoted at a low temperature. It becomes possible to do.
[0016]
In the first fuel reformer of the present invention, further,
The information that reflects the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber is acquired, and the vaporizable amount setting that sets the amount of the liquid reforming raw material that can be vaporized when sprayed into the fuel introduction chamber is obtained based on the information And
A spray amount control unit for controlling the sprayer so as to spray the liquid reforming raw material amount set by the vaporizable amount setting unit;
It is good also as providing.
[0017]
With such a configuration, the sprayed liquid reforming raw material is vaporized well and does not stay without being vaporized in the fuel introduction chamber. Therefore, the efficiency of the reforming reaction does not decrease with respect to the sprayed liquid reforming raw material. In such a case, the information reflecting the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber may include the temperature of the first hot gas supplied to the fuel introduction chamber. For example, the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber can be calculated based on the information about the temperature of the first high-temperature gas and the flow rate of the first high-temperature gas, and based on the calculated amount of heat, The amount of liquid reforming raw material that can be vaporized by the amount of heat can be calculated.
[0018]
In the first fuel reformer of the present invention, further,
It is good also as providing the fuel pressure control part which acquires the temperature in the said fuel introduction chamber, and controls the pressure of the said liquid reforming raw material at the time of spraying the said liquid reforming raw material from the said sprayer based on this temperature.
[0019]
By increasing the pressure (fuel pressure) of the liquid reforming raw material when the liquid reforming raw material is sprayed in the sprayer, the droplet diameter of the sprayed liquid reforming raw material can be further reduced. The lower the temperature in the fuel introduction chamber, the harder the vaporized liquid reforming material droplets are vaporized.In this case, by controlling the fuel pressure and reducing the particle size of the liquid reforming material, Vaporization can be promoted.
[0020]
A second fuel reformer of the present invention is a fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
A reforming raw material supply unit comprising a sprayer for supplying the reformed fuel and water and spraying at least a part of the water as a liquid reforming raw material;
A high-temperature gas supply unit that supplies a high-temperature gas that has been heated above the vaporization temperature of the liquid reforming raw material sprayed from the sprayer;
Vaporization of the liquid reforming material sprayed by the sprayer in a space in which the reformed fuel and water are supplied from the reforming material supply unit and the high temperature gas is supplied from the high temperature gas supply unit A fuel introduction chamber for advancing
A catalyst unit provided with a reforming catalyst that promotes the reforming reaction while being supplied with the reformed fuel and water and the high-temperature gas via the fuel introduction chamber;
A fuel pressure control unit that acquires a temperature in the fuel introduction chamber and controls a pressure of the liquid reforming raw material when spraying the liquid reforming raw material in the sprayer based on the temperature;
It is a summary to provide.
[0021]
According to the second fuel reforming apparatus of the present invention configured as described above, when the liquid reforming raw material sprayed in the fuel introduction chamber is vaporized using the heat of the high-temperature gas, the liquid reforming is performed in the sprayer. By increasing the fuel pressure at the time of spraying the quality raw material, the droplet diameter of the sprayed liquid reforming raw material can be made smaller and the vaporization of the liquid reforming raw material can be promoted. When the internal temperature of the fuel reformer is low, such as at the time of start-up, the sprayed droplets of the liquid reforming raw material are less likely to vaporize. The reforming efficiency at the time can be improved.
[0022]
The present invention can be realized in various forms other than the above, and can be realized in the form of, for example, a method for operating the fuel reformer.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Overall configuration of the device:
B. Start-up action:
C. effect:
D. Second embodiment:
E. Third embodiment:
F. Fourth embodiment:
G. Variation:
[0024]
A. Overall configuration of the device:
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a fuel cell system 15 including a fuel reformer 10 according to a first embodiment of the present invention. The fuel reformer 10 includes a sprayer 20, a fuel introduction chamber 22, a burner 30, an evaporator 31, a reformer 24, a heat exchanger 26, a CO reduction unit 28, and a control unit 35.
[0025]
The sprayer 20 injects a premixed fuel to be supplied to the reformer 24 as a reactant of the reforming reaction into the fuel introduction chamber 22. The premixed fuel is a mixture of liquid hydrocarbon and water in advance at a predetermined ratio, and the sprayer 20 includes a nozzle that sprays the premixed fuel in the form of liquid fine particles. Furthermore, the sprayer 20 includes a pump (not shown) that pressurizes premixed fuel supplied to the nozzle, and also includes an electromagnetic solenoid valve that can control the amount of premixed fuel to be sprayed by opening and closing the valve. Therefore, the amount of premixed fuel sprayed from the nozzle can be controlled by the pressure at which the pump pressurizes the premixed fuel (hereinafter referred to as fuel pressure) and the time during which the solenoid valve is opened.
[0026]
The fuel introduction chamber 22 is a space in which the premixed fuel is sprayed from the sprayer 20 and water vapor and air are supplied via the reforming gas channel 32 (hereinafter referred to as the reforming gas channel 32). The steam and the air supplied to the fuel introduction chamber 22 through the air are referred to as reforming gas). Water vapor in the reforming gas supplied to the fuel introduction chamber 22 is generated in the evaporator 31. The evaporator 31 is a device for evaporating water to generate a desired amount of water vapor. As the heat source, for example, a burner or a heater can be used. In the evaporator 31, the amount of water vapor generated can be controlled by controlling the amount of water to be vaporized using the heat generated by the heat source. The evaporator 31 is provided with a second temperature sensor 37 for detecting the internal temperature of the evaporator 31. Air in the reforming gas is taken in from the outside by the blower 33 and supplied from the heat exchanger 26 through the burner 30 to the fuel introduction chamber 22. The burner 30 heats the air passing through the inside by a combustion reaction. As the fuel for the combustion reaction, for example, the premixed fuel described above can be used. Alternatively, various fuels such as liquid hydrocarbons that are not mixed with water can be used. A first temperature sensor 36 for detecting the temperature of the air passing through the heat exchanger 26 is provided in the air flow path provided between the heat exchanger 26 and the burner 30. The air passing through the heat exchanger 26 and the burner 30 and the water vapor generated in the evaporator 31 are mixed in the reforming gas flow path 32 and supplied to the fuel introduction chamber 22 as reforming gas. . In the fuel introduction chamber 22, the sprayed premixed fuel is vaporized by the heat of the reforming gas, and the reforming gas and the premixed fuel are mixed to form a mixed gas. 24. Note that, in order to favorably vaporize the sprayed premixed fuel, the temperature in the fuel introduction chamber 22, that is, the temperature of the reforming gas supplied to the fuel introduction chamber 22 is preferably 200 ° C. or more, and more preferably. Is 400 ° C. or higher.
[0027]
The reformer 24 includes a reforming catalyst that promotes the reforming reaction. What is necessary is just to select a reforming catalyst suitably according to the liquid hydrocarbon to be used. In the reformer 24 of the present embodiment, since steam and air are supplied as described above, a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction proceed as reforming reactions. By performing the steam reforming reaction that is an endothermic reaction and the partial oxidation reaction that is an exothermic reaction, at least part of the heat required for the steam reforming reaction can be supplied by the partial oxidation reaction. The reformer 24 may be further provided with a heat source such as a heater in order to supply heat required for the steam reforming reaction so that the reformer 24 has a predetermined temperature range suitable for the liquid hydrocarbon and the reforming catalyst to be used. In addition, the temperature in the reformer 24 is controlled. Alternatively, in order to promote warming up of the reformer 24 when the fuel reformer 10 is started, a heat source such as a heater may be further provided. In the present specification, a gas containing hydrogen generated by the reformer 24 is referred to as a reformed gas.
[0028]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the fuel introduction chamber 22 and the reformer 24 connected to the fuel introduction chamber 22 of this embodiment in more detail as a cross-sectional view. In this embodiment, the fuel introduction chamber 22 and the reformer 24 are each formed in a substantially cylindrical shape. The fuel introduction chamber 22 formed as a cylinder with a larger cross-sectional diameter and the reformer 24 formed as a cylinder with a smaller cross-sectional diameter are connected in series, and the two are integrally formed. . Gas path 32 for reforming From The high-temperature reforming gas introduced into the fuel introduction chamber 22 forms a swirling flow along the inner wall surface of the cylinder in the fuel introduction chamber 22. The premixed fuel sprayed from the sprayer 20 is vaporized while being mixed with the reforming gas forming the swirl flow. In this way, the high-temperature reforming gas forms a swirling flow, whereby vaporization of the premixed fuel is further promoted. A partition wall 23 a is provided between the fuel introduction chamber 22 and the reformer 24. The partition wall 23a is formed in a conical wall shape that protrudes toward the fuel introduction chamber 22, and a communication hole 23b is formed in the center (top). The mixed gas obtained by mixing the premixed fuel vaporized in the fuel introduction chamber 22 and the reforming gas is introduced into the reformer 24 through the communication hole 23b. The reformer 24 includes a reforming catalyst 25 inside, and the reforming catalyst 25 can be formed in various shapes such as being supported on a honeycomb carrier or formed into pellets. FIG. 2 shows a reforming catalyst 25 formed using a honeycomb carrier. When the mixed gas is supplied to the reformer 24, the reforming reaction proceeds on the reforming catalyst, and the generated reformed gas is discharged to the heat exchanger.
[0029]
The fuel introduction chamber 22 and the reformer 24 may have different configurations other than those shown in FIG. For example, instead of the configuration in which the fuel introduction chamber 22 and the reformer 24 are separated by the partition wall 23a as in the embodiment, the two may be integrally formed without being separated by the partition wall. It suffices if a space for spraying the premixed fuel and mixing with the high temperature gas is provided on the upstream side of the reforming catalyst 25.
[0030]
The heat exchanger 26 is a device for exchanging heat between the air taken in by the blower 33 described above and the reformed gas discharged from the reformer 24. The air taken in by the blower 33 is heated to a temperature corresponding to the reformed gas temperature by heat exchange. Further, the reformed gas is cooled by heat exchange and supplied to the CO reduction unit 28. Generally, the reaction temperature in the reformer 24 is higher than the reaction temperature in the CO reduction unit 28, and the reformed gas becomes a temperature suitable for the reaction in the CO reduction unit 28 through the heat exchanger 26.
[0031]
The CO reduction unit 28 is a device that reduces the concentration of carbon monoxide in the reformed gas supplied from the reformer 24. Thus, by reducing the carbon monoxide concentration in the reformed gas prior to supplying the reformed gas to the fuel cell 17, the catalyst of the fuel cell 17 is poisoned and the cell performance is reduced. Is preventing. The CO reduction unit 28 may include a catalyst that promotes a shift reaction that generates carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water vapor, and a selective oxidation reaction that oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen. Alternatively, the CO reduction unit 28 may be a device that selectively extracts hydrogen using, for example, a hydrogen separation membrane containing palladium or the like.
[0032]
The reformed gas whose carbon monoxide concentration is reduced by the CO reduction unit 28 is supplied to the anode of the fuel cell 17 as a fuel gas. Further, air is supplied as an oxidizing gas from the blower 34 to the cathode of the fuel cell 17, and an electrochemical reaction proceeds in the fuel cell 17.
[0033]
The control unit 35 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and includes a CPU, a ROM, a RAM, or an input / output port for inputting / outputting various signals. The control unit 35 inputs detection signals from various sensors included in the fuel cell system 15 and outputs drive signals to the sprayer 20 and the blower 33 described above. Thus, the control unit 35 controls the operation state of the entire fuel cell system 15 including the fuel reformer 10.
[0034]
Although the fuel reformer 10 of this embodiment supplies hydrogen to the fuel cell 17, the hydrogen generated by the fuel reformer may be supplied to different types of hydrogen consuming devices. good.
[0035]
B. Start-up action:
FIG. 3 is a flowchart showing a start-up process routine executed by the control unit 35 when the fuel reformer 10 is started.
[0036]
When the start of the fuel reformer 10 is instructed and this routine is executed, the control unit 35 starts the burner 30 and the blower 33 and starts spraying the premixed fuel from the sprayer 20. Evaporator 3 1 Is started (step S100). By starting the burner 30 and the blower 33, hot air starts to be supplied to the fuel introduction chamber 22 immediately after the start. At this time, vaporization of the sprayed premixed fuel is started in the fuel introduction chamber 22 by using the high-temperature air by starting spraying of the premixed fuel from the sprayer 20. As a result, the gas mixture of vaporized premixed fuel and high-temperature air starts to be supplied to the reformer 24. Since the premixed fuel is a mixture of liquid hydrocarbon and water in a predetermined ratio in advance, the reformer 24 performs a steam reforming reaction using water contained in the premixed fuel and high-temperature air. The oxidation reaction using oxygen is started. In addition, when the reformer 24 includes a heat source such as a heater for promoting warm-up, the heat source may be driven at the same time.
[0037]
At this time, the evaporator 3 1 The warm-up of the evaporator is started, but immediately after the start-up, the evaporator 3 1 When the warm-up of the fuel is insufficient, water vapor cannot be supplied to the fuel introduction chamber 22. Here, the evaporator 31 includes the second temperature sensor 37 for detecting the internal temperature, as described above. When it is determined that the steady state where the internal temperature of the evaporator 31 is equal to or higher than a predetermined temperature is determined based on the detected temperature, the supply of water vapor to the fuel introduction chamber 22 is started.
[0038]
After step S100 is executed, the control unit 35 next performs the temperature T of the air that has passed through the heat exchanger 26. 1 Is acquired from the first temperature sensor 36 (step S110). Thereafter, the controller 35 further controls the air temperature T acquired in step S110. 1 And a preset reference temperature T A Are compared (step S120). By executing step S100, the reformer 24 starts the reforming reaction as described above, and the warm-up of the reformer 24 proceeds. As the reformer 24 warms up, the temperature of the reformed gas discharged from the reformer 24 also increases, and the temperature of the air heat-exchanged with the reformed gas via the heat exchanger 26 also increases. To rise. The reference temperature T A Is preset as the temperature of the air when the premixed fuel sprayed in the fuel introduction chamber 22 can be sufficiently vaporized, and is stored in the control unit 35. In step S120, it is determined whether or not the air passing through the heat exchanger 26 has reached a temperature at which the premixed fuel can be sufficiently vaporized and heated without further heating by the burner 30. Yes.
[0039]
In step S120, the air temperature T 1 Is the reference temperature T A When it is determined that the value has not been reached, the process returns to step S110 again. In this way, the temperature T of the air passing through the heat exchanger 26 1 Is the reference temperature T A Until this is the case, the operations in step S110 and step S120 are repeated.
[0040]
In step S120, the air temperature T 1 Is the reference temperature T A If it judges that it became above, control part 35 will stop burner 30 (Step S130), and will end this routine. After the completion of this routine, the air supplied to the fuel introduction chamber 22 is heated by the reformed gas passing through the heat exchanger 26, but the heating operation by the burner 30 is stopped.
[0041]
C. effect:
According to the fuel reforming apparatus 10 of the present embodiment configured as described above, air heated using the burner 30 is supplied to the fuel introduction chamber 22 when the fuel reforming apparatus 10 is started. The premixed fuel can be sufficiently vaporized. Since the premixed fuel is immediately vaporized by spraying in high-temperature air, the sprayed premixed fuel adheres to the wall surface of the fuel introduction chamber 22 and remains in the fuel introduction chamber 22 without being vaporized. Can be prevented. Thus, since the reforming reaction can be started by vaporizing and raising the temperature of the premixed fuel immediately after startup, the amount of vaporized premixed fuel supplied to the reformer 24 at startup is insufficient. Thus, the reforming reaction efficiency does not decrease.
[0042]
Note that after the warm-up of the reformer 24 is completed and the air supplied to the fuel introduction chamber 22 can be sufficiently heated by the heat of the reformed gas, the reformer 24 is stopped to stop the burner 30. Due to the use of the burner 30 after the heater 24 is warmed up, the energy efficiency of the entire system is not reduced.
[0043]
In this embodiment, the air taken in by the blower 33 is supplied from the heat exchanger 26 to the fuel introduction chamber 22 via the burner 30. As described above, since the burner 30 is disposed on the downstream side of the heat exchanger 26, when the air is heated using the burner 30 at the time of starting, heat is not taken away by the heat exchanger 26, and the burner The heat given by 30 to the air can be efficiently used for vaporizing the premixed fuel.
[0044]
In this embodiment, the burner 30 is used to heat the air supplied to the fuel introduction chamber 22 at the start, but a different heating device may be used. A device that performs a fuel reaction and heats it with heat generated by a combustion reaction can quickly heat the air at the time of start-up and obtain the same effect.
[0045]
In the present embodiment, since the premixed fuel is sprayed to the fuel introduction chamber 22, the ratio of liquid hydrocarbon to water in the premixed fuel is appropriately adjusted, so that the desired ratio from the start can be obtained. It becomes possible to advance the reforming reaction using the reformed fuel mixed with water. In general, water has a property that it has a smaller evaporation rate coefficient than liquid hydrocarbons and is difficult to evaporate. Therefore, liquid hydrocarbons and water are mixed in a desired ratio especially at low temperatures such as at the time of startup. It is difficult to obtain a mixed gas. However, in this embodiment, the premixed fuel in which the liquid hydrocarbon and water are mixed in advance at a predetermined ratio is sprayed into the space to which the high temperature gas is supplied, so that the reformed fuel and water have a predetermined ratio ( A mixed gas mixed at a mixing ratio in the premixed fuel) can be easily obtained. In addition, since the high-temperature mixed gas containing a sufficient amount of water vapor can be quickly subjected to the reforming reaction in this way, the water-vapor reforming reaction can be immediately started with high activity, Hydrogen can be obtained more quickly. In addition, the mixing ratio of water in the premixed fuel can be, for example, 10 to 50% of the whole.
[0046]
Furthermore, since the fuel reformer 10 of the present embodiment includes the evaporator 31, after the warm-up of the evaporator 31 is finished, the amount of water vapor used for the reforming reaction can be arbitrarily set using the evaporator 31. The amount can be controlled. Thereby, the efficiency of the reforming reaction in the reformer 24 can be further increased. For example, when the temperature of the reformer 24 is not sufficiently raised at the time of start-up, the ratio of water in the premixed fuel is used to promote the warming-up of the reformer 24 by promoting the oxidation reaction more actively. May be set smaller than the ratio at which the efficiency of the steam reforming reaction is maximized. Even in such a case, by using the evaporator 31, it is possible to adjust the amount of steam supplied to the reforming reaction so that the efficiency of the steam reforming reaction becomes higher after the warm-up is completed.
[0047]
D. Second embodiment:
FIG. 4 is a block diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system 115 including the fuel reformer 110 of the second embodiment. Since the fuel cell system 115 of the second embodiment has a configuration similar to that of the fuel cell system 15 of the first embodiment, the same reference numerals are given to common components, and detailed description thereof is omitted.
[0048]
In the fuel reformer 110 of the second embodiment, the flow path of the air taken in from the blower 33 is branched into a flow path that passes through the heat exchanger 26 and a flow path that passes through the burner 30. At the branching portion where the air flow path branches, a flow path switching valve 39 controlled by the control section 35 is provided, and it is possible to control which flow path the air taken in from the blower 33 passes through. It has become. The flow path passing through the heat exchanger 26 and the flow path passing through the burner 30 merge to connect to the reforming gas flow path 32. Thereby, the air heated via either the heat exchanger 26 or the burner 30 is mixed with the water vapor supplied from the evaporator 31 and can be supplied to the fuel introduction chamber 22. In the fuel reformer 110, the heat exchanger 26 is provided with a third temperature sensor 136 that detects the internal temperature.
[0049]
FIG. 5 is a flowchart showing a start-up process routine executed by the control unit 35 when the fuel reformer 110 of the second embodiment is started.
[0050]
When the start of the fuel reformer 110 is instructed and this routine is executed, the control unit 35 first outputs a drive signal to the switching valve 39, and the flow path of the air taken in by the blower 33 is changed. Switching to the flow path side via the burner 30 (step S200). This is because, as will be described later, when the routine ends, the air flow path is usually switched to the side passing through the heat exchanger 26. In addition, the control unit 35 activates the burner 30 and the blower 33 and starts spraying the premixed fuel from the sprayer 20. 1 Is started (step S210). This is the same process as step S100 in FIG. As a result, immediately after startup, high-temperature air heated by the burner 30 begins to be supplied to the fuel introduction chamber 22, and vaporization of the sprayed premixed fuel is started using this high-temperature air. In addition, as the vaporized premixed fuel is supplied, the reformer 24 starts the reforming reaction and gradually warms up the reformer 24.
[0051]
After executing Step S210, the control unit 35 next performs the internal temperature T of the heat exchanger 26. Three Is acquired from the third temperature sensor 136 (step S220). Thereafter, the control unit 35 further determines the internal temperature T of the heat exchanger 26 acquired in step S220. Three And a preset reference temperature T T Are compared (step S230). When the warm-up of the reformer 24 proceeds by executing step S210, the heat exchanger 26 that receives the supply of reformed gas from the reformer 24 also gradually increases in temperature. The reference temperature T T Is preset as the internal temperature of the heat exchanger 26 when the air can be heated to such an extent that the premixed fuel sprayed in the fuel introduction chamber 22 can be sufficiently vaporized, and is stored in the control unit 35. It is what I left.
[0052]
In step S230, the internal temperature T of the heat exchanger 26 Three Is the reference temperature T T If it is determined that the value has not been reached, the process returns to step S220. In this way, the internal temperature T of the heat exchanger 26 Three Is the reference temperature T T Until this is the case, the operations of step S220 and step S230 are repeated.
[0053]
In step S230, the internal temperature T of the heat exchanger 26 Three Is the reference temperature T T If it judges that it became the above, the control part 35 will switch the air flow path so that it may be on the side which goes through the heat exchanger 26, while stopping the burner 30 (step S240), and complete | finishes this routine. After the end of this routine, the air supplied to the fuel introduction chamber 22 is heated via the heat exchanger 26 without passing through the burner 30.
[0054]
According to the fuel reforming apparatus of the second embodiment, the same effect as that of the fuel reforming apparatus of the first embodiment can be obtained.
[0055]
E. Third embodiment:
In the third embodiment described below, when the same control as in the first embodiment is performed at the start in the fuel reformer 10 similar to the first embodiment, premixing is performed according to the temperature of the reforming gas. Control is further performed to adjust the fuel spray amount. In the fuel reforming apparatus of the third embodiment, the same reference numerals are assigned to the components corresponding to those of the fuel reforming apparatus 10 of the first embodiment, and the third embodiment is adapted in accordance with FIGS. Give an explanation.
[0056]
In the fuel reformer 10 of the third embodiment, a fourth temperature sensor 38 provided in the vicinity of the connection portion with the fuel introduction chamber 22 in the reforming gas flow path 32 in order to detect the temperature of the reforming gas. (See FIG. 2). In the present embodiment, the detected value of the fourth temperature sensor 38 is used as information reflecting the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22 when the premixed fuel is vaporized. FIG. 6 is a flowchart showing a spray amount control processing routine that is repeatedly executed by the control unit 35 when the fuel reformer 10 of the third embodiment is started.
[0057]
When this routine is executed, the control unit 35 first determines the temperature T of the reforming gas (the air taken in by the blower 33 immediately after starting). Four Is acquired from the fourth temperature sensor 38 (step S300). Next, the control unit 35 acquires the flow rate of the reforming gas supplied from the reforming gas flow path 32 to the fuel introduction chamber 22 (step S310). The flow rate of the reforming gas supplied to the fuel introduction chamber 22 may be detected directly by providing a flow rate sensor in the reforming gas flow path 32, for example. Alternatively, the reforming gas flow rate is calculated based on the total amount of the air amount obtained from the drive amount of the blower 33 and the amount of water vapor generated in the evaporator 31 (the amount of water supplied to the evaporator 31). It's also good.
[0058]
Thereafter, the reforming gas temperature T acquired in step S300. Four And based on the reforming gas flow rate acquired in step S310, the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22 is calculated as the product of both (step S320). Here, the control unit 35 provided in the fuel reforming apparatus 10 of the present embodiment stores in advance the vaporization heat of the premixed fuel, and based on this vaporization heat and the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22. Thus, the amount of premixed fuel to be sprayed in the fuel introduction chamber 22 is set (step S330). As the amount of premixed fuel to be sprayed, for example, the maximum value of the amount of premixed fuel that can be vaporized by the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22 is obtained in consideration of energy loss in the fuel introduction chamber 22. That's fine. Note that the amount of premixed fuel that can be vaporized also changes depending on the temperature of the premixed fuel to be sprayed. Therefore, if the temperature of the premixed fuel may change, measure the temperature of the premixed fuel, The premixed fuel amount to be sprayed may be corrected based on this value. Thereafter, the control unit 35 outputs a drive signal to the sprayer 20 so that the amount of premixed fuel set in step S330 is sprayed (step S340), and this routine is terminated.
[0059]
According to the third embodiment, in addition to the same effects as in the first embodiment, the following effects are further achieved. That is, when the fuel reformer 10 is started, a part of the premixed fuel is fueled by spraying a vaporizable amount of premixed fuel based on information reflecting the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22. The premixed fuel can be vaporized without staying in the introduction chamber 22 and the reforming reaction can be started efficiently.
[0060]
In the third embodiment, the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22 is calculated each time, but a different configuration may be used. For example, the reforming gas temperature T Four The relationship between the reforming gas flow rate and the amount of premixed fuel to be sprayed may be stored in advance in the control unit 35 as a map, and the spray amount may be set with reference to this map. Further, when there is an operation state in which the amount of air taken in by the blower 33 or the amount of water vapor supplied from the evaporator 31 is constant, the reforming gas amount temperature T Four It is also possible to prepare a map so that the amount of premixed fuel to be sprayed can be set on the basis of only the fuel.
[0061]
In the third embodiment, the change in the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22 is obtained by directly measuring the temperature of the reforming gas. However, a different configuration may be used. After the fuel reformer 10 is started, the temperature of the gas supplied from the reforming gas flow path 32 to the fuel introduction chamber 22 may suddenly decrease. For example, when the warm-up of the evaporator 31 proceeds and the supply of water vapor from the evaporator 31 to the reforming gas flow path 32 is started, or when the warm-up of the heat exchanger 26 is finished, This is when the heat source for heating is changed to the heat exchanger 26. In such a case, before detecting that the gas temperature in the reforming gas flow path 32 actually decreases, the supply of water vapor from the evaporator 31 or the switching of the heat source for heating the air is performed. If correction is made to immediately reduce the spray amount of the premixed fuel based on the instruction signal, the spray amount can be controlled without delay.
[0062]
Further, when performing the control shown in the third embodiment, in addition to the gas temperature in the reforming gas flow path 32, the premixed fuel is further taken into account in consideration of the amount of water vapor supplied to the fuel introduction chamber 22. It is good also as determining the spraying amount. Although the premixed fuel contains water, the higher the water vapor concentration in the fuel introduction chamber 22, the less the water sprayed in the fuel introduction chamber 22 is vaporized. In addition, it is said that the smaller the molecular weight of gas molecules present in the atmosphere where vaporization proceeds, the easier it is for the sprayed liquid to diffuse and promote vaporization. However, it is considered that the sprayed premixed fuel is more easily vaporized as the concentration of water vapor composed of water molecules having a small molecular weight increases. The degree of the influence of the water vapor concentration on vaporization is different from that of the premixed fuel sprayed in the fuel introduction chamber 22, the ratio of water in the premixed fuel, the type of liquid hydrocarbon in the premixed fuel, and the like. It varies depending on the condition when the gas for quality is mixed. Therefore, according to the premixed fuel actually used in the fuel reformer 10, the influence of the water vapor concentration on the evaporability is experimentally investigated in advance and stored in the control unit 35, and the result is referred to. The premixed fuel amount to be sprayed may be corrected.
[0063]
The effect obtained by appropriately controlling the spray amount of the premixed fuel based on the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber 22 can be obtained not only at the start time but also at the steady operation after the warm-up operation. Moreover, although the said 3rd Example demonstrated based on the fuel reformer 10 of 1st Example, it is good also as performing the same control in the fuel reformer 110 of 2nd Example.
[0064]
F. Fourth embodiment:
In the fourth embodiment described below, in the fuel reformer 10 similar to that in the first embodiment, when performing the same control as in the first embodiment at the time of start-up, in the sprayer 20 when spraying the premixed fuel. Further control is performed to set the fuel pressure higher. FIG. 7 is a flowchart showing a fuel pressure control process routine executed by the control unit 35 when the fuel reformer 10 of the fourth embodiment is started.
[0065]
When this routine is executed, the control unit 35 first determines that the fuel pressure in the sprayer 20 is a preset fuel pressure P at start-up. S Then, the pump pressurizing the premixed fuel in the sprayer 20 is driven (step S400). When the fuel reformer 10 is started, the start time processing routine shown in FIG. 1 is also executed, and when the spraying of the premixed fuel is started in step S100 of FIG. 1 by executing the above step S400. , The fuel pressure is the starting fuel pressure P S The premixed fuel set to 1 is sprayed from the sprayer 20.
[0066]
Next, the control unit 35 determines whether or not the warm-up operation in the fuel reformer 10 has been completed (step S410). Whether or not the warm-up operation has ended can be determined, for example, by whether or not the start time processing routine shown in FIG. 1 has ended. The control unit 35 repeats the process of step S410 until it is determined that the warm-up operation has been completed. Thereafter, when it is determined that the warm-up operation has ended, the control unit 35 determines that the fuel pressure in the sprayer 20 is a preset steady-state fuel pressure P during steady operation. R The above pump is driven so as to become (step S430), and this routine is finished.
[0067]
Here, the starting fuel pressure P S Is the fuel pressure P during steady operation R The particle size of the droplets of the premixed fuel to be sprayed can be made smaller at start-up. Fuel pressure P at start S For example, if the fuel pressure is the starting fuel pressure P S In this case, the average particle size (Sauta average particle size, SMD) of the premixed fuel droplets to be sprayed is preferably set to 80 μm or less, more preferably 40 μm or less.
[0068]
According to the fuel reformer 10 of the fourth embodiment configured as described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the following effects are further achieved. In other words, by controlling the fuel pressure and making the droplet size of the sprayed premixed fuel droplets smaller at the start, the vaporization of the premixed fuel at the start before warm-up is promoted, and the reforming reaction is faster Can be started. Here, when the warm-up operation is completed, the fuel pressure is reset to a lower level within a range where the vaporization of the premixed fuel is performed without any problem, so that the energy consumed in the pump is reduced in order to increase the fuel pressure during the steady operation. be able to.
[0069]
As in the fourth embodiment, when the fuel pressure is fixed at a predetermined value during start-up or steady operation, the amount of premixed fuel sprayed into the fuel introduction chamber 22 is adjusted by the valve opening time in the sprayer 20. That's fine.
[0070]
Alternatively, it is possible to further adjust the fuel pressure in addition to the valve opening time during start-up and steady operation. In this case as well, by setting the fuel pressure higher at the time of starting and setting the upper limit of the fuel pressure at the time of steady operation to be lower, the droplet diameter of the premixed fuel is made smaller at the time of starting and vaporization is promoted. A similar effect can be obtained to reduce energy consumption during steady operation.
[0071]
The effect of atomizing the droplets of the sprayed premixed fuel can be obtained not only by increasing the fuel pressure but also by reducing the diameter of the nozzle hole formed in the nozzle provided in the sprayer 20. Alternatively, sprayed premixed fuel droplets can be obtained by further adding an additive having a function of reducing the surface tension of the premixed fuel to the premixed fuel to further reduce the surface tension of the premixed fuel. The particle size can be reduced. These methods have the effect of atomizing the sprayed premixed fuel regardless of whether or not the engine is started. By applying such a configuration to the present embodiment, it is possible to easily achieve a desired particle size even if the extent to which the fuel pressure at the time of starting is made higher than that during steady operation is suppressed.
[0072]
In addition, the effect by controlling the fuel pressure at the time of spraying the premixed fuel can be obtained not only at the time of starting but also at the time of steady operation after the end of warm-up operation. Moreover, although the said 4th Example demonstrated based on the fuel reformer 10 of 1st Example, it is good also as performing the same control in the fuel reformer 110 of 2nd Example.
[0073]
G. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0074]
G1. Modification 1:
In the first to fourth embodiments, when the fuel reformer is started, the heat generated by the combustion reaction by the burner 30 is used to heat the air to promote the vaporization of the premixed fuel. It is also good. Not only at the time of start-up, but when the temperature of the heat exchanger 26 decreases and the air cannot be sufficiently heated even through the heat exchanger 26, the air is heated using the combustion reaction. That's fine. For example, the air temperature T detected by the first temperature sensor 36 included in the fuel reformer 10 of FIG. 1 When the value becomes equal to or less than a predetermined value, the burner 30 may be activated. Alternatively, the internal temperature T of the heat exchanger 26 detected by the third temperature sensor 136 provided in the fuel reformer 110 of FIG. Three However, when the value becomes equal to or less than the predetermined value, the burner 30 is started and the switching valve 39 is switched to supply the air that has passed through the burner 30 to the fuel introduction chamber 22. As a result, when the temperature of the heat exchanger 26 is lowered, it is possible to obtain the effect of ensuring the reforming efficiency by sufficiently vaporizing the premixed fuel regardless of whether or not it is at the time of starting.
[0075]
G2. Modification 2:
In the first to fourth embodiments, the fuel introduction chamber 22 is sprayed with a premixed fuel in which liquid hydrocarbon and water are mixed. As the liquid hydrocarbon, hydrogen is generated by a reforming reaction. Various possible ones can be used. Here, when using hydrophobic liquid hydrocarbons such as gasoline, a predetermined emulsifier is added to the premixed fuel to emulsify the whole so that the liquid hydrocarbon and water are uniformly mixed for a long time. Is desirable. Alternatively, in addition to hydrocarbons, various hydrocarbon liquid fuels containing alcohols such as methanol, aldehydes, and the like can be similarly used as the reformed fuel.
[0076]
G3. Modification 3:
Alternatively, gaseous fuel may be used as a reformed fuel for generating hydrogen by the reforming reaction, instead of the hydrocarbon-based liquid fuel. For example, natural gas containing methane may be supplied to the fuel introduction chamber. In this case, the sprayer 20 sprays only water as a liquid reforming raw material, vaporizes the water sprayed in the fuel introduction chamber 22 to which high-temperature air is supplied, and reforms the vaporized water vapor and the gas. The fuel may be mixed in the fuel introduction chamber 22 and supplied to the reformer 24. With such a configuration, when the temperature of the heat exchanger 26 decreases such as at the time of start-up, the efficiency of the reforming reaction is prevented from being lowered by sufficiently evaporating water using the heat of the combustion reaction. The effect of can be obtained. Whether the reformed fuel is liquid or gas, when the reformed fuel and water are supplied to the fuel introduction chamber, the liquid reforming raw material including at least a part of the water to be supplied is supplied by the sprayer 20. If sprayed, the same effect can be obtained.
[0077]
G4. Modification 4:
In the first to fourth embodiments, after the warm-up of the reformer 24 and the heat exchanger 26 is finished, the liquid reforming raw material sprayed into the fuel introduction chamber 22 using the air heated in the heat exchanger 26 However, different heat sources may be used as long as sufficient heat can be obtained during steady operation after the completion of warm-up. For example, the water vapor generated in the evaporator 31 after the warm-up operation has a sufficient temperature as a heat source for heating the air to be supplied to the fuel introduction chamber 22, and is sufficient for heating the air during the steady operation. When an amount of water vapor is mixed with air, the water vapor generated by the evaporator 31 can be used as a heat source. At least at the time of start-up, by performing gasification of the liquid reforming raw material using a gas heated using the heat obtained by the combustion reaction, the liquid reforming raw material can be immediately vaporized without any trouble at the time of start-up. An effect can be obtained.
[0078]
G5. Modification 5:
In the first to fourth embodiments, the entire amount of air supplied for the reforming reaction is supplied via the reforming gas flow path 32, but may be configured differently. For example, the sprayer 20 may include a two-fluid nozzle, and a part of air to be supplied to the reformer 24 may be used as an assist gas for spraying the liquid reforming raw material.
[0079]
G6. Modification 6:
In the first to fourth embodiments, high-temperature air is used as the gas supplied to the fuel introduction chamber 22 in order to vaporize the liquid reforming raw material sprayed in the fuel introduction chamber 22, but other types of gases are used. It may be used. When the air taken in by the blower 33 is supplied as it is into the fuel introduction chamber as in the embodiment, it is desirable that the amount of oxygen supplied to the reformer 24 can be easily controlled by the drive amount of the blower 33. However, for example, it is possible to heat the air by directly blowing the combustion gas generated by the combustion reaction into the air taken in by the blower 33 and supply the mixed gas of the air and the combustion gas to the fuel introduction chamber 22. is there. For example, nitrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, oxygen, and hydrogen may be mixed in the gas supplied to the fuel introduction chamber 22 by heating using the combustion reaction. Gas can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of a fuel cell system 15 including a fuel reformer 10 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing the configuration of a fuel introduction chamber 22 and a reformer 24 as a cross-sectional view.
FIG. 3 is a flowchart showing a start-up processing routine.
FIG. 4 is a block diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell system 115 including a fuel reformer 110 of a second embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a start-up processing routine.
FIG. 6 is a flowchart showing a spray amount control processing routine.
FIG. 7 is a flowchart showing a fuel pressure control processing routine.
[Explanation of symbols]
10, 110 ... Fuel reformer
15, 115 ... Fuel cell system
17 ... Fuel cell
20 ... Nebulizer
22 ... Fuel introduction chamber
23a ... partition wall
23b ... Communication hole
24 ... reformer
25 ... Reforming catalyst
26 ... Heat exchanger
28 ... CO reduction part
30 ... Burner
31 ... Evaporator
32 ... Gas flow path for reforming
33, 34 ... Blower
35. Control unit
36: First temperature sensor
37 ... Second temperature sensor
38 ... Fourth temperature sensor
39 ... Switching valve
136 ... Third temperature sensor

Claims (16)

改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記第１の高温ガス供給部から前記第１の高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを、前記燃料導入室に対して供給可能な第２の高温ガス供給部と、
前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスが得られると判断されるときには、前記第１の高温ガスに代えて前記第２の高温ガスを用いるように、前記燃料導入室に供給される高温ガスを切り替える高温ガス切り替え制御部と
を備える燃料改質装置。A fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
A reforming raw material supply unit comprising a sprayer for supplying the reformed fuel and water and spraying at least a part of the water as a liquid reforming raw material;
A first high-temperature gas supply unit that supplies a first high-temperature gas that has been heated using heat generated by a combustion reaction;
A space in which the reformed fuel and water are supplied from the reforming raw material supply unit and the first high temperature gas is supplied from the first high temperature gas supply unit, and is sprayed by the sprayer. A fuel introduction chamber for advancing vaporization of the liquid reforming raw material;
A catalyst unit provided with a reforming catalyst that promotes the reforming reaction while being supplied with the reformed fuel and water and the first high-temperature gas via the fuel introduction chamber;
A second high-temperature gas supply unit capable of supplying the second high-temperature gas heated using the heat of the system including the fuel reformer to the fuel introduction chamber;
When it is determined that a gas having a temperature higher than a predetermined temperature is obtained as the second high-temperature gas, the fuel introduction chamber is configured to use the second high-temperature gas instead of the first high-temperature gas. A fuel reformer comprising: a high-temperature gas switching control unit that switches a supplied high-temperature gas. 請求項１記載の燃料改質装置であって、
前記第２の高温ガス供給部は、前記触媒部において前記改質反応によって生成された水素を含有する改質ガスが通過する熱交換器を備え、
前記第２の高温ガスは、前記改質ガスの熱を利用して前記熱交換器において昇温させたガスである
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 1, wherein
The second high-temperature gas supply unit includes a heat exchanger through which a reformed gas containing hydrogen generated by the reforming reaction passes in the catalyst unit,
The fuel reforming apparatus, wherein the second high-temperature gas is a gas whose temperature is raised in the heat exchanger using heat of the reformed gas. 請求項２記載の燃料改質装置であって、
前記第２の高温ガスは、空気を含有する
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 2, wherein
The second high-temperature gas contains air. 改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記第１の高温ガス供給部から前記第１の高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する情報を取得して、該情報に基づいて、前記燃料導入室内に噴霧したときに気化可能となる前記液体改質原料量を設定する気化可能量設定部と、
前記気化可能量設定部が設定した前記液体改質原料量を噴霧するように、前記噴霧器を制御する噴霧量制御部と
を備える燃料改質装置。A fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
A reforming raw material supply unit comprising a sprayer for supplying the reformed fuel and water and spraying at least a part of the water as a liquid reforming raw material;
A first high-temperature gas supply unit that supplies a first high-temperature gas that has been heated using heat generated by a combustion reaction;
A space in which the reformed fuel and water are supplied from the reforming raw material supply unit and the first high temperature gas is supplied from the first high temperature gas supply unit, and is sprayed by the sprayer. A fuel introduction chamber for advancing vaporization of the liquid reforming raw material;
A catalyst unit provided with a reforming catalyst that promotes the reforming reaction while being supplied with the reformed fuel and water and the first high-temperature gas via the fuel introduction chamber;
The information that reflects the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber is acquired, and the vaporizable amount setting that sets the amount of the liquid reforming raw material that can be vaporized when sprayed into the fuel introduction chamber is obtained based on the information And
A fuel reformer comprising: a spray amount control unit that controls the sprayer so as to spray the liquid reforming raw material amount set by the vaporizable amount setting unit. 請求項４記載の燃料改質装置であって、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する前記情報は、前記燃料導入室に供給される前記第１の高温ガスの温度を含む
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 4, wherein
The information reflecting the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber includes a temperature of the first high-temperature gas supplied to the fuel introduction chamber. 改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記第１の高温ガス供給部から前記第１の高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器から前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部と
を備える燃料改質装置。A fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
A reforming raw material supply unit comprising a sprayer for supplying the reformed fuel and water and spraying at least a part of the water as a liquid reforming raw material;
A first high-temperature gas supply unit that supplies a first high-temperature gas that has been heated using heat generated by a combustion reaction;
A space in which the reformed fuel and water are supplied from the reforming raw material supply unit and the first high temperature gas is supplied from the first high temperature gas supply unit, and is sprayed by the sprayer. A fuel introduction chamber for advancing vaporization of the liquid reforming raw material;
A catalyst unit provided with a reforming catalyst that promotes the reforming reaction while being supplied with the reformed fuel and water and the first high-temperature gas via the fuel introduction chamber;
A fuel reforming apparatus, comprising: a fuel pressure control unit that acquires a temperature in the fuel introduction chamber and controls a pressure of the liquid reforming raw material when spraying the liquid reforming raw material from the sprayer based on the temperature . 改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
前記噴霧器から噴霧する前記液体改質原料の気化温度以上に昇温している高温ガスを供給する高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記高温ガス供給部から前記高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器において前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部と
を備える燃料改質装置。A fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
A reforming raw material supply unit comprising a sprayer for supplying the reformed fuel and water and spraying at least a part of the water as a liquid reforming raw material;
A high-temperature gas supply unit that supplies a high-temperature gas that has been heated above the vaporization temperature of the liquid reforming raw material sprayed from the sprayer;
Vaporization of the liquid reforming material sprayed by the sprayer in a space in which the reformed fuel and water are supplied from the reforming material supply unit and the high temperature gas is supplied from the high temperature gas supply unit A fuel introduction chamber for advancing
A catalyst unit provided with a reforming catalyst that promotes the reforming reaction while being supplied with the reformed fuel and water and the high-temperature gas via the fuel introduction chamber;
A fuel pressure control unit that acquires a temperature in the fuel introduction chamber and controls a pressure of the liquid reforming raw material when spraying the liquid reforming raw material in the sprayer based on the temperature . 請求項７記載の燃料改質装置であって、
前記噴霧器からは、前記液体改質原料として、液体である前記改質燃料と水とを混合した予混合燃料が噴霧される
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 7, wherein
From the sprayer, a premixed fuel obtained by mixing the liquid reformed fuel and water is sprayed as the liquid reforming raw material. 請求項８記載の燃料改質装置であって、
前記改質原料供給部は、
水蒸気を生成し、該水蒸気を前記燃料導入室に供給する水蒸気供給部をさらに備え、
前記燃料導入室に供給する水のうち、一部は前記予混合燃料に含有させて前記噴霧器を介して前記燃料導入室内に噴霧し、残りは前記水蒸気供給部によって水蒸気として前記燃料導入室に供給する
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 8, wherein
The reforming material supply unit is
A water vapor supply unit that generates water vapor and supplies the water vapor to the fuel introduction chamber;
Part of the water supplied to the fuel introduction chamber is contained in the premixed fuel and sprayed into the fuel introduction chamber via the sprayer, and the rest is supplied to the fuel introduction chamber as water vapor by the water vapor supply unit. Yes Fuel reformer. 請求項７ないし９いずれか記載の燃料改質装置であって、
前記高温ガス供給部は、燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部を備え、
前記第１の高温ガスは、空気を含有する
燃料改質装置。The fuel reformer according to any one of claims 7 to 9,
The high-temperature gas supply unit includes a first high-temperature gas supply unit that supplies a first high-temperature gas that has been heated using heat generated by a combustion reaction,
The first high-temperature gas contains air. 請求項７ないし１０いずれか記載の燃料改質装置であって、
前記高温ガス供給部は、燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを供給する第２の高温ガス供給部と、を備え、
前記燃料改質装置は、さらに、
前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスが得られると判断されるときには、前記第１の高温ガスに代えて前記第２の高温ガスを用いるように、前記燃料導入室に供給される高温ガスを切り替える高温ガス切り替え制御部を備える燃料改質装置。The fuel reformer according to any one of claims 7 to 10,
The high-temperature gas supply unit uses heat of a system including a first high-temperature gas supply unit that supplies a first high-temperature gas that has been heated using heat generated by a combustion reaction, and the fuel reformer. A second high-temperature gas supply part for supplying a second high-temperature gas whose temperature has been raised by
The fuel reformer further comprises:
When it is determined that a gas having a temperature higher than a predetermined temperature is obtained as the second high-temperature gas, the fuel introduction chamber is configured to use the second high-temperature gas instead of the first high-temperature gas. A fuel reformer including a high temperature gas switching control unit that switches a supplied high temperature gas. 請求項１１記載の燃料改質装置であって、
前記第２の高温ガス供給部は、前記触媒部において前記改質反応によって生成された水素を含有する改質ガスが通過する熱交換器を備え、
前記第２の高温ガスは、前記改質ガスの熱を利用して前記熱交換器において昇温させたガスである
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 11, wherein
The second high-temperature gas supply unit includes a heat exchanger through which a reformed gas containing hydrogen generated by the reforming reaction passes in the catalyst unit,
The fuel reforming apparatus, wherein the second high-temperature gas is a gas whose temperature is raised in the heat exchanger using heat of the reformed gas. 請求項１２記載の燃料改質装置であって、
前記第２の高温ガスは、空気を含有する
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 12, wherein
The second high-temperature gas contains air. 請求項７ないし１３いずれか記載の燃料改質装置であって、さらに、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する情報を取得して、該情報に基づいて、前記燃料導入室内に噴霧したときに気化可能となる前記液体改質原料量を設定する気化可能量設定部と、
前記気化可能量設定部が設定した前記液体改質原料量を噴霧するように、前記噴霧器を制御する噴霧量制御部と
を備える燃料改質装置。The fuel reformer according to any one of claims 7 to 13, further comprising:
The information that reflects the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber is acquired, and the vaporizable amount setting that sets the amount of the liquid reforming raw material that can be vaporized when sprayed into the fuel introduction chamber is obtained based on the information And
A fuel reformer comprising: a spray amount control unit that controls the sprayer so as to spray the liquid reforming raw material amount set by the vaporizable amount setting unit. 請求項１４記載の燃料改質装置であって、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する前記情報は、前記燃料導入室に供給される前記第１の高温ガスの温度を含む
燃料改質装置。The fuel reformer according to claim 14, wherein
The information reflecting the amount of heat supplied to the fuel introduction chamber includes a temperature of the first high-temperature gas supplied to the fuel introduction chamber. 改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置の運転方法であって、
（ａ）前記改質燃料および水を、所定の燃料導入室内に供給する工程であって、前記改質燃料および水を供給する際には、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として、所定の噴霧器を介して前記燃料導入室内に噴霧する工程と、
（ｂ）前記燃料導入室に、燃焼反応で生じた熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給し、該第１の高温ガスの熱を利用して、前記燃料導入室内に噴霧させた前記液体改質原料を気化させる工程と、
（ｃ）前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとを、前記改質反応を促進する改質触媒に供給する工程と、
（ｄ）前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを、前記燃料導入室に供給し、前記第２の高温ガスの熱を利用して、前記燃料導入室内に噴霧させた前記液体改質原料を気化させる工程と、
（ｅ）前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスを得ることができるか否かを判断する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程において、所定温度以上に昇温した第２の高温ガスが得られると判断したときには、前記（ｂ）工程に代えて前記（ｄ）工程を実行する工程と
を備える燃料改質装置の運転方法。A method of operating a fuel reformer that generates hydrogen from a hydrocarbon-based reformed fuel using a reforming reaction,
(A) A step of supplying the reformed fuel and water into a predetermined fuel introduction chamber, and when supplying the reformed fuel and water, at least a part of the water is used as a liquid reforming raw material. Spraying the fuel introduction chamber through a predetermined sprayer;
(B) supplying the first high-temperature gas heated to the fuel introduction chamber by using the heat generated in the combustion reaction, and using the heat of the first high-temperature gas to enter the fuel introduction chamber; Vaporizing the sprayed liquid reforming raw material;
(C) supplying the reformed fuel and water and the first high-temperature gas that have passed through the fuel introduction chamber to a reforming catalyst that promotes the reforming reaction;
(D) supplying the second high-temperature gas heated using the heat of the system including the fuel reformer to the fuel introduction chamber, and using the heat of the second high-temperature gas, Vaporizing the liquid reforming raw material sprayed into the fuel introduction chamber;
(E) determining whether it is possible to obtain a gas heated to a predetermined temperature or higher as the second high-temperature gas;
(F) In the step (e), when it is determined that the second high-temperature gas heated to a predetermined temperature or more is obtained, the step (d) is performed instead of the step (b). Operation method of fuel reformer.
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