JP4363934B2

JP4363934B2 - Reforming reactor

Info

Publication number: JP4363934B2
Application number: JP2003321686A
Authority: JP
Inventors: 涼鈴木; 昭彦友田; 卓也北岡
Original assignee: FCC Co Ltd
Current assignee: FCC Co Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005089206A

Description

本発明は、触媒構造体がハウジング内に保持され、導入した原料ガスを改質するための改質反応装置に関するものである。 The present invention relates to a reforming reaction device for holding a catalyst structure in a housing and reforming an introduced raw material gas.

従来、燃料電池システムに配設された改質反応装置は、例えば特許文献１にて開示されているように、原料ガスを通過させる改質室を有し、該改質室内に触媒が担持されたセラミックボール状の改質触媒（触媒構造体）を多数充填させて構成されている。そして、改質室を加熱して触媒を活性化させつつ原料ガスを改質室内において通過させ、その通過させる過程において原料ガスが他の性質のガス（水素）に改質されるようになっている。かかる水素を燃料電池に供給して発電させるように構成されて燃料電池システムが構築されている。
特開２００３−６３８０３号公報 Conventionally, a reforming reaction apparatus disposed in a fuel cell system has a reforming chamber through which a raw material gas passes, as disclosed in Patent Document 1, for example, and a catalyst is supported in the reforming chamber. In addition, a large number of ceramic ball-shaped reforming catalysts (catalyst structures) are filled. Then, the raw material gas is passed through the reforming chamber while heating the reforming chamber to activate the catalyst, and the raw material gas is reformed into another property gas (hydrogen) in the process of passing through the reforming chamber. Yes. A fuel cell system is constructed by supplying such hydrogen to the fuel cell to generate power.
JP 2003-63803 A

しかしながら、上記従来の改質反応装置は、改質室内に充填される改質触媒（触媒構造体）が単に充填されているのみであるため、導入された原料ガスが改質室内において素早く通過してしまう可能性があり、十分な触媒反応を生じさせるのが困難となる虞があった。然るに、原料ガスの導入口と改質されたガスの排出口とを改質反応装置の対角線上に形成し、より多くの時間当該原料ガスを改質室内で滞留させ、触媒反応を十分にすることも考えられているが、当該対角線に沿って原料ガスが通過してしまえば触媒との接触時間の確保を図るのが難しく、十分な触媒反応を行わせることが困難であるという問題もあった。 However, since the conventional reforming reaction apparatus is simply filled with the reforming catalyst (catalyst structure) filled in the reforming chamber, the introduced source gas quickly passes through the reforming chamber. There is a possibility that it is difficult to cause a sufficient catalytic reaction. However, the inlet of the raw material gas and the outlet of the reformed gas are formed on the diagonal line of the reforming reaction device, and the raw material gas is retained in the reforming chamber for a longer period of time, so that the catalytic reaction is sufficient. However, if the raw material gas passes along the diagonal line, it is difficult to secure a contact time with the catalyst, and it is difficult to cause a sufficient catalytic reaction. It was.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、触媒反応をより十分に行わせて原料ガスの改質を効率よく行わせることができる改質反応装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a situation, and is providing the reforming reaction apparatus which can perform a catalytic reaction more fully and can perform reforming | restoration of raw material gas efficiently.

請求項１記載の発明は、原料ガスを導入する導入口及び排出する排出口が形成されたハウジングと、該ハウジング内に配設され、触媒を具備して導入された原料ガスにより触媒反応を生じさせて改質する触媒構造体とを具備した改質反応装置において、前記触媒構造体は、耐熱性繊維に金属触媒を保持させつつシート状に形成されたものであるとともに、前記ハウジング内には、当該シート状の触媒構造体を積層させつつ保持するとともに前記導入口から導入された原料ガスを当該ハウジング内で拡散させる拡散手段が配設され、且つ、当該拡散手段は、前記ハウジング内で立設されたリブを有するものとされるとともに、前記シート状の触媒構造体には、当該リブに対応した形状とされて嵌合し得る孔が形成され、当該拡散手段に触媒構造体を嵌め込む際に前記孔が前記リブと嵌合し得るよう構成されたことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a housing in which an introduction port for introducing a raw material gas and an exhaust port for discharging a material gas are formed, and a catalytic reaction is caused by the introduced raw material gas provided in the housing and provided with a catalyst. In the reforming reaction apparatus having the catalyst structure for reforming, the catalyst structure is formed in a sheet shape while holding the metal catalyst in the heat-resistant fiber, and in the housing A diffusion means for holding the sheet-like catalyst structure in a stacked manner and diffusing the raw material gas introduced from the introduction port in the housing ; and the diffusion means stands in the housing. The sheet-like catalyst structure is provided with a hole that can be fitted and fitted in the sheet-like catalyst structure, and the diffusion means has a catalyst structure. It said holes when fitting the is characterized in that is configured to be fitted to the rib.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の改質反応装置において、前記リブは、前記ハウジング内における導入口近傍に形成され、導入された原料ガスを拡散させることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, the reforming reactor according to claim 1, wherein said rib is formed on the inlet opening neighborhood within said housing, and wherein the diffusing the introduced raw material gas.

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の改質反応装置において、前記積層状態にて保持された触媒構造体に原料ガスが通過し得る溝を形成したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the reforming reaction apparatus according to the first or second aspect, a groove through which a raw material gas can pass is formed in the catalyst structure held in the stacked state. .

請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の改質反応装置において、前記金属触媒が銅金属から成り、メタノール水蒸気改質触媒反応に用いられるとともに、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the reforming reaction apparatus according to any one of the first to third aspects, the metal catalyst is made of copper metal and is used for a methanol steam reforming catalytic reaction. The present invention is characterized by being applied to a material gas reforming in a battery system.

請求項１の発明によれば、拡散手段にて導入口から導入した原料ガスをハウジング内で拡散させるので、触媒反応をより十分に行わせて原料ガスの改質を効率よく行わせることができる。また、触媒を保持した触媒構造体がシート状のものを積層させて成るため、拡散手段の形状や配設位置に応じて任意に加工するのが容易である。 According to the first aspect of the present invention, since the raw material gas introduced from the introduction port by the diffusing means is diffused in the housing, the catalytic reaction can be performed more sufficiently to efficiently reform the raw material gas. . Further, since the catalyst structure holding the catalyst is formed by laminating sheet-like ones, it can be easily processed arbitrarily according to the shape and arrangement position of the diffusion means.

更に、拡散手段がリブを有し、該リブにより導入した原料ガスを拡散させるので、簡単な構造にて効率的な触媒反応を生じさせることができるとともに、当該リブにて確実に触媒構造体を保持することができる。 Furthermore , since the diffusion means has ribs and diffuses the raw material gas introduced by the ribs, an efficient catalytic reaction can be generated with a simple structure, and the catalyst structure can be surely formed with the ribs. Can be held.

請求項２の発明によれば、リブがハウジング内における導入口近傍に形成されているため、より効率的且つ確実に導入した原料ガスをハウジング内において拡散させることができ、より十分な触媒反応を生じさせることができる。 According to the invention of claim 2 , since the rib is formed in the vicinity of the inlet in the housing, the introduced source gas can be diffused more efficiently and reliably in the housing, and a more sufficient catalytic reaction can be achieved. Can be generated.

請求項３の発明によれば、積層状態にて保持された触媒構造体に原料ガスが通過し得る溝を形成したので、当該原料ガスの通過位置を任意に設定することができ、より十分な触媒反応を生じさせることができる。 According to the invention of claim 3 , since the groove through which the raw material gas can pass is formed in the catalyst structure held in the stacked state, the passage position of the raw material gas can be arbitrarily set, and more sufficient Catalytic reactions can occur.

請求項４の発明によれば、金属触媒が銅金属から成り、メタノール水蒸気改質触媒反応に用いられるとともに、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたので、より発電効率のよい燃料電池システムを提供することができるとともに、触媒構造体がシート状のものを積層させて構成されているため、燃料電池システム全体を軽量化することができる。 According to the invention of claim 4 , since the metal catalyst is made of copper metal and used for the methanol steam reforming catalytic reaction and applied to the reforming of the raw material gas in the fuel cell system, the power generation efficiency is further improved. A good fuel cell system can be provided, and the entire structure of the fuel cell can be reduced because the catalyst structure is formed by laminating sheets.

本実施形態に係る改質反応装置は、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたものである。具体的には、かかる燃料電池システムは、メタノール（CH₃OH）が水蒸気（H₂O）と反応することにより生成される水素（H₂）を原料として電力を得るもので、その一構成要素としての改質反応装置は、メタノール水蒸気改質触媒反応に用いられるものである。まず、本改質反応装置が適用される燃料電池システムについて説明する。 The reforming reaction apparatus according to this embodiment is applied to a device for reforming a raw material gas in a fuel cell system. Specifically, such a fuel cell system obtains electric power from hydrogen (H ₂ ) generated by reacting methanol (CH ₃ OH) with water vapor (H ₂ O) as a raw material. The reforming reaction apparatus is used for methanol steam reforming catalytic reaction. First, a fuel cell system to which the present reforming reaction apparatus is applied will be described.

かかる燃料電池システムは、図１に示すように、改質反応装置１と、ＣＯ除去器２と、加湿器３と、燃料電池４とから主に構成されており、このうち改質反応装置１には、原料ガスとしてのメタノールと水との混合液が供給され得るようになっている。この供給されたメタノール及び水は、改質反応装置１内の触媒構造体（後で詳細に説明する）により改質され、水素（H₂）と二酸化炭素（CO₂）に変換され、水素リッチの改質ガスを生成し得るよう構成されている。また、ＣＯ除去器２及び加湿器３には空気（酸素）が供給され得るようになっている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system mainly includes a reforming reaction device 1, a CO remover 2, a humidifier 3, and a fuel cell 4, and among these, the reforming reaction device 1. Is supplied with a mixed liquid of methanol and water as a raw material gas. The supplied methanol and water are reformed by a catalyst structure (to be described in detail later) in the reforming reaction apparatus 1 and converted into hydrogen (H ₂ ) and carbon dioxide (CO ₂ ). The reformed gas can be generated. The CO remover 2 and the humidifier 3 can be supplied with air (oxygen).

上記改質反応装置１による水素の生成過程においてＣＯ（一酸化炭素）も生じるのであるが、かかるＣＯを含む反応ガス（生成された水素ガスを含む）はＣＯ除去器２に送られ、そこで微量の空気（酸素）を供給することによりＣＯを酸化させて除去するよう構成されている。これにより、燃料電池のＣＯ被毒を回避することができる。尚、ＣＯ除去器２でＣＯが除去された水素ガスは、加湿器３に供給され、そこで空気（酸素）が送り込まれつつ燃料電池４に供給される。これにより、水素が供給された燃料電池４は発電することができ、所定の負荷（出力）を行うことができる。因みに、改質反応装置１には図示しない加熱手段が配設されており、内部の金属触媒による改質反応をより活性化させ得るようになっている。 Although CO (carbon monoxide) is also generated in the process of hydrogen generation by the reforming reaction apparatus 1, the reaction gas containing CO (including the generated hydrogen gas) is sent to the CO remover 2 where there is a trace amount. It is configured to oxidize and remove CO by supplying air (oxygen). Thereby, CO poisoning of the fuel cell can be avoided. The hydrogen gas from which CO has been removed by the CO remover 2 is supplied to the humidifier 3 where air (oxygen) is supplied to the fuel cell 4 while being sent. Thereby, the fuel cell 4 supplied with hydrogen can generate electric power and can perform a predetermined load (output). Incidentally, the reforming reaction apparatus 1 is provided with heating means (not shown) so that the reforming reaction by the internal metal catalyst can be more activated.

ここで、第１の実施形態に係る改質反応装置１は、図２に示すように、導入口６及び排出口７が形成されたハウジング５により、その外観が構成されている。かかるハウジング５は、略円環状に形成された本体５ｂと、その上下面を塞ぐべく略円板状に形成された蓋部材５ａ、５ｃとから構成されており、本体５ｂと蓋部材５ａ及び５ｃとはボルトＢにより一体化されている。即ち、導入口６から原料ガス（メタノール及び水）が本体５ｂ内に供給され、反応ガスが排出口７から排出されるよう構成されている。 Here, the external appearance of the reforming reaction apparatus 1 according to the first embodiment is configured by a housing 5 in which an inlet 6 and an outlet 7 are formed, as shown in FIG. The housing 5 includes a main body 5b formed in a substantially annular shape and lid members 5a and 5c formed in a substantially disk shape so as to close the upper and lower surfaces thereof. The main body 5b and the lid members 5a and 5c are formed. Are integrated by a bolt B. That is, the raw material gas (methanol and water) is supplied into the main body 5 b from the introduction port 6, and the reaction gas is discharged from the discharge port 7.

ハウジング５の内部（即ち、本体５ｂ内部）には、図３に示すように、金属触媒を具備して導入された原料ガスにより触媒反応を生じさせて改質するための触媒構造体８が配設されている。この触媒構造体８は、耐熱性繊維に金属触媒を保持させつつシート状に形成したものを複数枚積層させて成るものであり、図４で示すような保持部材９（拡散手段）により保持されている。かかる触媒構造体８について、より具体的及び微視的な説明を以下に行う。 Inside the housing 5 (that is, inside the main body 5b), as shown in FIG. 3, a catalyst structure 8 for reforming by causing a catalytic reaction with a raw material gas introduced with a metal catalyst is arranged. It is installed. The catalyst structure 8 is formed by laminating a plurality of sheets formed in a sheet shape while holding a metal catalyst on a heat resistant fiber, and is held by a holding member 9 (diffusion means) as shown in FIG. ing. A more specific and microscopic explanation of the catalyst structure 8 will be given below.

触媒構造体８を構成するシート状のものは、図５で示すように、耐熱性繊維ａ、無機バインダｂ、金属酸化物粒子ｃ及び銅金属粒子ｄで構成されており、例えば湿式抄紙法により得られた不織布から成るとともに、含浸法にて当該不織布に金属触媒（銅金属）を保持、又は内添法にて湿式抄紙法の際に当該不織布に金属触媒を保持させて製造される。更に具体的には、不織布を製造すべく、シリカ及びアルミナを主成分とした非晶質セラミック等から成る耐熱繊維ａ、金属酸化物粒子ｃと銅金属粒子ｄとから成る触媒粉末、無機バインダｂ及び気孔調製剤を所定量の水に投入して水溶液を作製する。 As shown in FIG. 5, the sheet-like material constituting the catalyst structure 8 is composed of a heat-resistant fiber a, an inorganic binder b, metal oxide particles c, and copper metal particles d. For example, by wet papermaking The non-woven fabric is made of the obtained non-woven fabric, and a metal catalyst (copper metal) is held on the non-woven fabric by an impregnation method, or the non-woven fabric is made to hold the metal catalyst on a wet papermaking method by an internal addition method. More specifically, in order to produce a nonwoven fabric, a heat-resistant fiber a made of amorphous ceramic or the like mainly composed of silica and alumina, a catalyst powder made of metal oxide particles c and copper metal particles d, an inorganic binder b And a pore preparation agent into a predetermined amount of water to prepare an aqueous solution.

そして、これら含有物を均一に分散させたスラリーを作成した後、該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成し、そのフロックを抄造する（湿式抄紙法）。その後、乾燥及び無機バインダｂの硬化を図るため、所定の熱処理及び加圧処理を行い、均一な厚さのシート状の触媒体を得る。かかるシート状の触媒体を所定枚数積層することにより本触媒構造体８が形成される。 And after preparing the slurry which disperse | distributed these inclusions uniformly, a flocculant is added to this slurry, a floc is produced | generated, and the floc is made (wet papermaking method). Thereafter, in order to dry and cure the inorganic binder b, predetermined heat treatment and pressure treatment are performed to obtain a sheet-shaped catalyst body having a uniform thickness. The catalyst structure 8 is formed by laminating a predetermined number of such sheet-like catalyst bodies.

尚、上記の如く、湿式抄紙法の際に使用される溶液中に銅金属（触媒粉末）を投入しておき、抄造して生成される不織布に金属触媒を保持させる方法（内添法）の他、触媒粉末を含まない溶液にて不織布を生成しておき、その後、当該不織布を触媒粉末が投入された溶液に漬けて触媒を保持させる方法（含浸法）を採用してもよい。このように湿式抄紙法によりシート状の触媒構造体８を製造することにより、抄造した際に耐熱性繊維ａ同士が強く絡み合って高強度のシート状の触媒構造体を得ることができる。尚、メタノール水蒸気改質反応は、２００〜３５０℃程度と比較的低温で進行するため、アラミド繊維等の有機繊維を使用してもよい。 In addition, as described above, a method (internal addition method) in which copper metal (catalyst powder) is introduced into a solution used in the wet papermaking process, and the metal catalyst is retained on the nonwoven fabric produced by papermaking. In addition, a method (impregnation method) in which a nonwoven fabric is produced in a solution containing no catalyst powder and then the nonwoven fabric is dipped in a solution into which the catalyst powder is charged to retain the catalyst (impregnation method) may be employed. Thus, by manufacturing the sheet-like catalyst structure 8 by the wet papermaking method, the heat-resistant fibers a are strongly entangled when the paper is made, and a high-strength sheet-like catalyst structure can be obtained. In addition, since the methanol steam reforming reaction proceeds at a relatively low temperature of about 200 to 350 ° C., an organic fiber such as an aramid fiber may be used.

一方、上記触媒構造体８を保持するための保持部材９は、図４に示すように、有底の略円筒状部材から成り、内部にはハウジング５内で立設するリブ９ａ〜９ｃが形成されている。より具体的には、円形状の底部９ｅの縁部から立設された縁壁９ｄにより有底円筒状に形成されるとともに、縁壁９ｄの対向する２部位には、導入口６及び排出口７を嵌入し得る切欠９ｄａがそれぞれ形成されている。尚、同図の上面図において、下側の切欠９ｄａには導入口６が、上側の切欠９ｄａには排出口７がそれぞれ嵌入されるようになっている。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the holding member 9 for holding the catalyst structure 8 is made of a substantially cylindrical member having a bottom, and ribs 9 a to 9 c standing in the housing 5 are formed inside. Has been. More specifically, it is formed into a bottomed cylindrical shape by an edge wall 9d erected from the edge of the circular bottom portion 9e, and the two inlet portions 6 and the discharge port are provided at two opposing portions of the edge wall 9d. A notch 9da into which 7 can be inserted is formed. In the top view of the figure, the inlet 6 is inserted into the lower notch 9da, and the outlet 7 is inserted into the upper notch 9da.

また、保持部材９内部の底部９ｅからリブ９ａ、該リブ９ａから延設された９ｂ、リブ９ｃが上面から見て略左右対称にそれぞれ立設されており、これらリブ９ａ〜９ｃにより導入口６から導入された原料ガスがハウジング５内部で拡散されるように構成されている。特に、一対のリブ９ａは、原料ガスの導入口６近傍に形成されており、当該導入された原料ガスをより確実に且つ効率よく拡散させ得るようになっている。尚、リブ９ａは、導入口６側から排出口７側に向かって弧状に形成されており、原料ガスのスムーズな流れの維持が図られている。 Also, a rib 9a from the bottom 9e inside the holding member 9, a rib 9c extending from the rib 9a, and a rib 9c are erected substantially symmetrically as viewed from above, and the inlet 6 is formed by these ribs 9a to 9c. The material gas introduced from is diffused inside the housing 5. In particular, the pair of ribs 9a are formed in the vicinity of the raw material gas inlet 6 so that the introduced raw material gas can be diffused more reliably and efficiently. The rib 9a is formed in an arc shape from the inlet 6 side toward the outlet 7 side, so that a smooth flow of the source gas is maintained.

上記保持部材９に触媒構造体８を保持させるには、図６に示すように、予め触媒構造体８に各リブ９ａ〜９ｃに対応した形状の孔８ａ〜８ｃを形成しておく。即ち、リブ９ａを嵌合し得る孔８ａ、リブ９ｂを嵌合し得る孔８ｂ、及びリブ９ｃを嵌合し得る孔８ｃを触媒構造体８の上下面を貫通して形成しておき、保持部材９に触媒構造体８を嵌め込む際に各孔８ａ〜８ｄもリブ９ａ〜９ｄと嵌合し得るようになっている。かかる孔９ａ〜９ｄは、ハサミ等による裁断及びパンチングによる孔明け加工の何れによって形成されてもよいが、加工コストの観点からパンチング加工が好ましい。また、ペーパ状触媒構造体のそれぞれ毎に孔８ａ〜８ｃを形成しておき、それを所定枚数積層させてもよく、ペーパ状触媒構造体を所定枚数積層させた後、パンチング加工により孔８ａ〜８ｃを一括して形成するようにしてもよい。 In order to hold the catalyst structure 8 on the holding member 9, holes 8a to 8c having shapes corresponding to the ribs 9a to 9c are formed in the catalyst structure 8 in advance as shown in FIG. That is, a hole 8a into which the rib 9a can be fitted, a hole 8b into which the rib 9b can be fitted, and a hole 8c into which the rib 9c can be fitted are formed through the upper and lower surfaces of the catalyst structure 8 and held. When the catalyst structure 8 is fitted to the member 9, the holes 8a to 8d can also be fitted to the ribs 9a to 9d. The holes 9a to 9d may be formed by cutting with scissors or the like and punching with punching, but punching is preferable from the viewpoint of processing cost. Further, holes 8a to 8c may be formed for each of the paper-like catalyst structures, and a predetermined number of the holes may be stacked. After a predetermined number of paper-shaped catalyst structures are stacked, the holes 8a to 8c are formed by punching. You may make it form 8c collectively.

上記の如く触媒構造体８を保持した保持部材９は、図３に示すように、ハウジング５の本体５ｂ内に配設され、切欠９ｄａには導入口６の先端及び排出口７の先端が配置され、それぞれシール部材１０、１１により固定されている。これにより、導入口６から導入された原料ガスは、ハウジング５内に至り、まずリブ９ａで拡散された後、その他のリブ９ｂ及び９ｃにて更に拡散され、排出口７から排出される。従って、原料ガスが触媒構造体８と接触している滞留時間が長くなり、触媒反応をより十分に行わせて原料ガスの改質を効率よく行わせることができる。また、金属触媒を保持した触媒構造体８がシート状のものを積層させて成るため、リブ９ａ〜９ｃの形状や配設位置に応じて任意に加工するのが容易である。 As shown in FIG. 3, the holding member 9 holding the catalyst structure 8 as described above is disposed in the main body 5b of the housing 5, and the leading end of the introduction port 6 and the leading end of the discharge port 7 are disposed in the notch 9da. And are fixed by seal members 10 and 11, respectively. As a result, the raw material gas introduced from the introduction port 6 reaches the inside of the housing 5, and is first diffused by the rib 9 a, further diffused by the other ribs 9 b and 9 c, and discharged from the discharge port 7. Therefore, the residence time in which the raw material gas is in contact with the catalyst structure 8 becomes longer, and the catalytic reaction can be performed more sufficiently to efficiently reform the raw material gas. Further, since the catalyst structure 8 holding the metal catalyst is formed by laminating sheet-like ones, it can be easily processed arbitrarily according to the shapes and arrangement positions of the ribs 9a to 9c.

更に、ハウジング５内の保持部材９において立設されたリブ９ａ〜９ｃにて原料ガスを拡散することができるので、当該保持部材９は、触媒構造体８の保持及び原料ガスの拡散の両機能を果たすことができ、別途の部材から成るものに比べ、簡単な構成とすることができるとともに製造コストを低減することができる。また、触媒構造体８の孔８ａ〜８ｃがリブ９ａ〜９ｃと対応した形状とされて嵌合しているので、当該触媒構造体８をより強固に保持することができるとともに、ペーパ状のそれぞれが位置ずれしてしまうのを回避することができる。 Further, since the raw material gas can be diffused by the ribs 9a to 9c provided upright on the holding member 9 in the housing 5, the holding member 9 has both functions of holding the catalyst structure 8 and diffusing the raw material gas. Compared to a separate member, the structure can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the holes 8a to 8c of the catalyst structure 8 have a shape corresponding to the ribs 9a to 9c and are fitted, the catalyst structure 8 can be held more firmly and each of the paper-like shapes can be retained. Can be avoided from being displaced.

また更に、金属触媒が銅金属から成り、メタノール水蒸気改質触媒反応に用いられるとともに、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたので、より発電効率のよい燃料電池システムを提供することができるとともに、触媒構造体８がシート状のものを積層させて構成されているため、燃料電池システム全体を軽量化することができる。従って、駆動源として車両等への積載を容易とすることができ、或いは設置場所への搬送を容易とすることができる。 Furthermore, since the metal catalyst is made of copper metal and used for the methanol steam reforming catalytic reaction, and applied to the reforming of the raw material gas in the fuel cell system, a fuel cell system with higher power generation efficiency is provided. In addition, since the catalyst structure 8 is configured by stacking sheet-like ones, the entire fuel cell system can be reduced in weight. Therefore, it can be easily loaded on a vehicle or the like as a drive source, or can be easily transported to an installation location.

次に、第２の実施形態に係る改質反応装置について説明する。
本実施形態に係る改質反応装置は、第１の実施形態のものと同様、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたものであり、当該燃料電池システムの他の構成要素及び改質反応装置の外観は同実施形態と同様である（図１及び図２参照）。本実施形態の改質反応装置は、図７及び図８に示すように、保持部材９に触媒構造体８を保持させつつ、当該保持部材９にリブ９ａ〜９ｃを立設させ、導入された原料ガスをリブ９ａ〜９ｃにて拡散させるよう構成されている。 Next, the reforming reaction apparatus according to the second embodiment will be described.
The reforming reaction apparatus according to the present embodiment is applied to the reforming of the raw material gas in the fuel cell system, as in the first embodiment, and other components of the fuel cell system. The external appearance of the reforming reaction apparatus is the same as that of the embodiment (see FIGS. 1 and 2). As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the reforming reaction apparatus of the present embodiment was introduced by causing the holding member 9 to hold the catalyst structure 8 and standing up the ribs 9 a to 9 c on the holding member 9. The material gas is configured to diffuse through the ribs 9a to 9c.

ここで、第１の実施形態のものとの相違は、保持部材９の底部９ｅの周縁から縁壁９ｄが形成されていない点である。然るに、導入口６及び排出口７の先端を臨ませる切欠の形成が不要となり、保持部材９自体の構造も簡素化することができる。また、リブ９ａ〜９ｃが触媒構造体８の孔８ａ〜８ｃに嵌合して保持されるため、当該触媒構造体８を成すペーパ状のものがそれぞれ位置ずれを生じてしまうのを回避することができ、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。 Here, the difference from the first embodiment is that the edge wall 9d is not formed from the periphery of the bottom 9e of the holding member 9. However, it is not necessary to form notches that allow the leading ends of the introduction port 6 and the discharge port 7 to face, and the structure of the holding member 9 itself can be simplified. Further, since the ribs 9a to 9c are fitted and held in the holes 8a to 8c of the catalyst structure 8, it is possible to avoid the positional deviation of the paper-like ones forming the catalyst structure 8 respectively. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.

次に、第３の実施形態に係る改質反応装置について説明する。
本実施形態に係る改質反応装置は、先の実施形態と同様、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたものであり、第２の実施形態と同様、保持部材９に第１の実施形態の如き縁壁９ｄが形成されていないものである。ここで、本改質反応装置は、図９に示すように、触媒構造体８を８ｄ〜８ｇに４分割し、それぞれを所定寸法離間させて溝１２を形成している。 Next, a reforming reaction apparatus according to a third embodiment will be described.
The reforming reaction apparatus according to the present embodiment is applied to the reforming of the raw material gas in the fuel cell system, as in the previous embodiment, and the holding member 9 is similar to the second embodiment. The edge wall 9d as in the first embodiment is not formed. In this reforming reaction apparatus, as shown in FIG. 9, the catalyst structure 8 is divided into four parts 8d to 8g, and the grooves 12 are formed by separating them by a predetermined dimension.

かかる溝１２は、ハウジング５内部の導入口６側から排出口７側まで延びて形成されており、かかる複数の溝１２により、導入された原料ガスの流通抵抗が上昇してしまうのを回避しつつガス拡散効果を更に向上させることができる。また、溝１２は触媒構造体８の分割位置により形成されるため、原料ガスの通過位置を任意に設定することができ、より十分な触媒反応を生じさせることができる。尚、触媒構造体８の分割は、裁断手段により容易に行うことができるため、溝１２の形成も容易である。また、溝１２は、図示の如く直線形状に限定されず、例えば屈曲しつつ導入口６側から排出口７側まで延設していてもよい。 The groove 12 is formed to extend from the inlet 6 side inside the housing 5 to the outlet 7 side, and the plurality of grooves 12 avoids an increase in the flow resistance of the introduced source gas. In addition, the gas diffusion effect can be further improved. Moreover, since the groove | channel 12 is formed of the division position of the catalyst structure 8, the passage position of the source gas can be arbitrarily set, and a more sufficient catalytic reaction can be caused. In addition, since the division | segmentation of the catalyst structure 8 can be easily performed by a cutting means, formation of the groove | channel 12 is also easy. Moreover, the groove | channel 12 is not limited to linear shape like illustration, For example, you may extend from the inlet 6 side to the outlet 7 side, for example, bending.

次に、第４の実施形態に係る改質反応装置について説明する。
本実施形態に係る改質反応装置は、先の実施形態と同様、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたものであり、第３の実施形態と同様、触媒構造体８を分割して所定間隔離間させて配設することにより溝１２を形成したものである。ここで、本改質反応装置の保持部材は、図１０及び図１１に示すように、円板状の底部１３ｂから丸棒状の複数のリブ１３ａが突設されて構成されている。 Next, the reforming reaction apparatus according to the fourth embodiment will be described.
The reforming reaction apparatus according to the present embodiment is applied to the reforming of the raw material gas in the fuel cell system, as in the previous embodiment, and the catalyst structure 8 as in the third embodiment. The groove 12 is formed by dividing and arranging them at predetermined intervals. Here, as shown in FIGS. 10 and 11, the holding member of the present reforming reaction apparatus is configured by projecting a plurality of round bar-shaped ribs 13 a from a disk-shaped bottom portion 13 b.

即ち、かかる保持部材１３のリブ１３ａの配設位置及び形状と略同様の孔を保持すべき触媒構造体８に形成しておき、その各孔にリブ１３ａを嵌合させつつ保持させるのである。このようなリブ１３ａによっても、導入口６から導入された原料ガスをハウジング５内で拡散させることができるとともに、リブ１３ａの断面形状が円形であるため、先の実施形態の如き異形のものに比べ、触媒構造体８側の孔を形成するのが容易である。また、リブ１３ａを多数立設させることにより、触媒構造体８をより強固に保持させることができる。 That is, the catalyst structure 8 to be held has holes substantially the same as the positions and shapes of the ribs 13a of the holding member 13, and the ribs 13a are fitted and held in the holes. Also with such ribs 13a, the raw material gas introduced from the inlet 6 can be diffused in the housing 5, and the rib 13a has a circular cross-sectional shape. In comparison, it is easier to form the holes on the catalyst structure 8 side. Moreover, the catalyst structure 8 can be more firmly held by standing many ribs 13a.

次に、第５の実施形態に係る改質反応装置について説明する。
本実施形態に係る改質反応装置は、先の実施形態と同様、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用されたものであり、第１の実施形態と同様、その保持部材１４における底部１４ｇの周縁から縁壁１４ｂが立設されたものである（図１２参照）。本改質反応装置の保持部材１４は、その縁壁１４ｂの対向する位置に一対の切欠１４ａが形成されており、同図の上面図において、上側の切欠１４ａに導入口６が、下側の切欠１４ａに排出口７が嵌入されるように設定されている。 Next, a reforming reaction apparatus according to a fifth embodiment will be described.
The reforming reaction apparatus according to the present embodiment is applied to the reforming of the raw material gas in the fuel cell system, as in the previous embodiment, and the holding member 14 as in the first embodiment. The edge wall 14b is erected from the peripheral edge of the bottom portion 14g (see FIG. 12). The holding member 14 of the present reforming reaction apparatus has a pair of notches 14a formed at opposite positions of the edge wall 14b. In the top view of FIG. It is set so that the discharge port 7 is inserted into the notch 14a.

導入口６が嵌入される切欠１４ａの近傍には、弧状のリブ１４ｅが形成されており、該リブ１４ｅから排出口７側に向かってリブ１４ｆが２本略平行に延設されている。また、排出口７が嵌入される切欠１４ａの縁部からは、導入口６側に向かってリブ１４ｃが２本略平行に延設されるとともに、それらより外側における縁壁１４ｂからも、導入口６側に向かって形成された２本のリブ１４ｄが形成されている。これら縁壁１４ｂ及びリブ１４ｃ〜１４ｆにより原料ガスの流路が形成されることとなり、当該原料ガスのハウジング５内における滞留時間を長くすることができる。 An arc-shaped rib 14e is formed in the vicinity of the notch 14a into which the introduction port 6 is inserted, and two ribs 14f are extended substantially in parallel from the rib 14e toward the discharge port 7 side. Two ribs 14c extend substantially in parallel from the edge portion of the notch 14a into which the discharge port 7 is inserted toward the introduction port 6 side, and also from the edge wall 14b on the outside of the rib 14c. Two ribs 14d formed toward the 6th side are formed. These edge walls 14b and ribs 14c to 14f form a flow path of the raw material gas, and the residence time of the raw material gas in the housing 5 can be extended.

勿論、先の実施形態と同様に、リブ１４ｃ〜１４ｆと形状及び位置が合致した孔を触媒構造体８側に形成しておき、保持部材１４が当該触媒構造体８を保持する際に孔内にリブが嵌合し得るようになっているとともに、立設されたリブ１４ｃ〜１４ｆが導入された原料ガスをハウジング５内で拡散し得るようになっている。尚、導入口６から導入した原料ガスをハウジング５内（より厳密には触媒構造体８）の隅々まで流通させ、排出口７から排出させ得るリブであれば、他の形状のものとしてもよい。 Of course, as in the previous embodiment, a hole having the same shape and position as the ribs 14c to 14f is formed on the catalyst structure 8 side, and when the holding member 14 holds the catalyst structure 8, the inside of the hole The ribs can be fitted to each other, and the raw material gas into which the standing ribs 14 c to 14 f are introduced can be diffused in the housing 5. Note that the source gas introduced from the introduction port 6 may be distributed to any corner of the housing 5 (more precisely, the catalyst structure 8) and may be discharged from the discharge port 7 in other shapes. Good.

以上、本発明に係る第１〜第５の実施形態について説明したが、例えば保持部材９及びそれと一体成形されるリブをアルミニウム製のものとするのが好ましく、その場合アルミニウムの高熱伝導率特性により、より触媒構造体８への熱の拡散を向上させることができ、確実に触媒反応を生じさせることができる。尚、保持部材９とリブとは一体成形されるのが製造コスト及び強度の観点から好ましいが、別体のものを接着するようにしてもよい。 As described above, the first to fifth embodiments according to the present invention have been described. For example, it is preferable that the holding member 9 and the rib formed integrally therewith are made of aluminum, and in that case, due to the high thermal conductivity characteristics of aluminum. Thus, the diffusion of heat to the catalyst structure 8 can be improved, and a catalytic reaction can be surely caused. The holding member 9 and the rib are preferably integrally formed from the viewpoint of manufacturing cost and strength, but separate members may be bonded.

次に、各実施形態にて形成されたリブ又は溝（拡散手段）による効果を検証するための実験結果について説明する。
ハウジング５内に触媒構造体８（上記実施形態と同様、シート状のものを複数積層させて得られた触媒構造体）を単に配設したものを比較例とするとともに、第１の実施形態の構造（図３及び図４参照）を実施例１、第３の実施形態の構造（図９参照）を実施例３とそれぞれおいた。そして、導入口６から原料ガスとしてのメタノール及び水を同条件且つ同量だけそれぞれに供給し、それらのメタノール転化率（％）及び水素生成速度（ｍｌ／ｍｉｎ）について測定した。その実験結果について以下の表１〜表３に示す。 Next, experimental results for verifying the effects of the ribs or grooves (diffusion means) formed in each embodiment will be described.
A structure in which a catalyst structure 8 (a catalyst structure obtained by laminating a plurality of sheet-like materials as in the above embodiment) is simply disposed in the housing 5 is used as a comparative example and the first embodiment. The structure (see FIGS. 3 and 4) is referred to as Example 1, and the structure of the third embodiment (see FIG. 9) is referred to as Example 3. Then, methanol and water as raw material gases were supplied from the inlet 6 under the same conditions and in the same amount, and the methanol conversion rate (%) and the hydrogen production rate (ml / min) were measured. The experimental results are shown in Tables 1 to 3 below.

上記実験結果から分かるように、ハウジング５の内部にリブのみが形成された改質反応装置（実施例１）は比較例のものより、メタノール転化率及び水素生成速度の点で優れており、当該実施例１よりもリブと溝とが併設された改質反応装置（実施例３）の方が、メタノール転化率及び水素生成速度の点で優れている。即ち、リブによる原料ガスの拡散効果により、上記利点が生じるとともに、これに溝を付加することにより、一層好ましいものとなる。これは、拡散手段によってハウジング内に導入された原料ガスが確実に且つスムーズに反応することによる効果と認められる。 As can be seen from the above experimental results, the reforming reaction apparatus (Example 1) in which only the ribs are formed inside the housing 5 is superior in comparison with the comparative example in terms of methanol conversion rate and hydrogen production rate. The reforming reaction apparatus (Example 3) in which ribs and grooves are provided side by side is superior to Example 1 in terms of methanol conversion and hydrogen production rate. That is, the above-mentioned advantage is produced by the diffusion effect of the raw material gas by the rib, and it becomes more preferable by adding a groove to this. This is recognized as an effect that the raw material gas introduced into the housing by the diffusion means reacts reliably and smoothly.

本実施形態に係る触媒反応装置においては、メタノール水蒸気改質触媒反応に用いられるとともに、燃料電池システムにおける原料ガスの改質を図るものに適用（例えば自動車等の駆動源としての燃料電池システムに適用）されているが、他の用途の装置に本発明を適用してもよい。例えば、ハウジング内に導入する原料ガスを都市ガス（主成分メタン）やＬＰＧ等のガス状物質とするとともに、Ｎｉアルミナ触媒やＲｕアルミナ触媒などを触媒とした触媒構造体としてもよい。 In the catalytic reaction apparatus according to the present embodiment, it is used for methanol steam reforming catalytic reaction and applied to reforming of a raw material gas in a fuel cell system (for example, applied to a fuel cell system as a driving source of an automobile or the like) However, the present invention may be applied to an apparatus for other purposes. For example, the raw material gas introduced into the housing may be a gaseous substance such as city gas (main component methane) or LPG, and a catalyst structure using a Ni alumina catalyst or a Ru alumina catalyst as a catalyst.

本発明の改質反応装置が適用される燃料電池システムの概略を示すブロック図The block diagram which shows the outline of the fuel cell system with which the reforming reaction apparatus of this invention is applied. 本発明の改質反応装置の外観構成を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance structure of the reforming reaction apparatus of this invention 本発明の第１の実施形態に係る改質反応装置の内部構成を示す模式図であって、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図FIG. 3 is a schematic diagram showing an internal configuration of the reforming reaction apparatus according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 同改質反応装置における保持部材を示す上面図及び正面図A top view and a front view showing a holding member in the reforming reaction apparatus 同改質反応装置における触媒構造体におけるシート状のものを微視的に見た模式図Schematic view of the catalyst structure in the reforming reaction apparatus viewed microscopically 同改質反応装置における保持部材に触媒構造体を保持させる前の状態を示す模式図The schematic diagram which shows the state before hold | maintaining a catalyst structure in the holding member in the reforming reaction apparatus 本発明の第２の実施形態に係る改質反応装置の内部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the internal structure of the reforming reaction apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 同改質反応装置における保持部材を示す上面図及び正面図A top view and a front view showing a holding member in the reforming reaction apparatus 本発明の第３の実施形態に係る改質反応装置の内部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the internal structure of the reforming reaction apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態に係る改質反応装置の内部構成を示す模式図The schematic diagram which shows the internal structure of the reforming reaction apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 同改質反応装置における保持部材を示す上面図及び正面図A top view and a front view showing a holding member in the reforming reaction apparatus 本発明の第５の実施形態に係る改質反応装置における保持装置を示す上面図及び正面図The top view and front view which show the holding | maintenance apparatus in the reforming reaction apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１改質反応装置
２ＣＯ除去器
３加湿器
４燃料電池
５ハウジング
６導入口
７排出口
８触媒構造体
９保持部材（拡散手段）
９ａ〜９ｃリブ
１０シール部材
１１シール部材
１２溝
１３保持部材（拡散手段）
１４保持部材（拡散手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformation reaction apparatus 2 CO remover 3 Humidifier 4 Fuel cell 5 Housing 6 Inlet 7 Discharge 8 Catalyst structure 9 Holding member (diffusion means)
9a to 9c Rib 10 Seal member 11 Seal member 12 Groove 13 Holding member (Diffusion means)
14 Holding member (diffusion means)

Claims

A housing in which an inlet for introducing a raw material gas and an outlet for discharging are formed;
A catalyst structure that is disposed in the housing and that is reformed by causing a catalytic reaction with the introduced raw material gas;
In the reforming reaction apparatus comprising
The catalyst structure is formed in a sheet shape while holding a metal catalyst on a heat-resistant fiber, and the sheet-like catalyst structure is held in the housing while being stacked, and the introduction port A diffusion means for diffusing the source gas introduced from the inside of the housing , and
The diffusion means has a rib standing upright in the housing, and the sheet-like catalyst structure is formed with a hole that can be fitted in a shape corresponding to the rib, A reforming reaction apparatus characterized in that the hole can be fitted with the rib when the catalyst structure is fitted into the diffusion means .

The ribs, the formed in inlet vicinity of the housing, reforming reactor according to claim 1, wherein the diffusing introduced raw material gas.

The reforming reaction apparatus according to claim 1 or 2 , wherein a groove through which a raw material gas can pass is formed in the catalyst structure held in the stacked state.

Any the metal catalyst is comprised of copper metal, with use of methanol steam reforming catalyst reaction, it is applicable to achieve the modification of the raw material gas in the fuel cell system characterized by the claims 1 to 3 The reforming reaction apparatus according to any one of the above.