JP4614515B2

JP4614515B2 - Fuel cell reformer

Info

Publication number: JP4614515B2
Application number: JP2000272675A
Authority: JP
Inventors: 規寿神家
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2002083620A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池から排出された排燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、その燃焼部にて前記排燃料ガスを燃焼させた燃焼熱にて原燃料を改質処理する改質処理部とが設けられ、
前記改質処理部への原燃料供給量が前記燃料電池の電気負荷に応じた量になるように調節されると共に、前記改質処理部における改質処理温度が目標温度になるように、前記燃焼部への燃焼用空気供給量が調節されるように構成された燃料電池用の改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる燃料電池用の改質装置（以下、単に改質装置と記載する場合がある）は、燃料電池から排出された排燃料ガスの全量を受け入れて燃焼させる必要があり、しかも、燃料電池の発電出力は電気負荷変動に応じて調節する必要があるため、燃料電池から排出された排燃料ガスの全量を燃焼部で燃焼させ、且つ、改質処理部への原燃料供給量を燃料電池の電気負荷に応じて調節する状態で、改質処理部における改質処理温度が目標温度になるように、燃焼部への燃焼用空気供給量を調節するようにしている。
【０００３】
従来は、燃焼部を、排燃料ガスを火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼器のみにて構成したり、あるいは、排燃料ガスを燃焼触媒にて燃焼させる触媒燃焼器のみにて構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気負荷が減少側に変化したときには、電気負荷の減少に伴って、原燃料供給量は減少調節されるが、燃料電池には、減少前の電気負荷に対応した量の燃料ガスが供給されていることから、燃焼部の排燃料ガス受入量は増加することとなり、改質処理における吸熱量が減少するのに対して、排燃料ガスの燃焼熱量が増加して、改質処理温度が上昇するので、それに伴って、燃焼用空気供給量が増加調節される。
逆に、電気負荷が増加側に変化したときには、原燃料供給量は増加調節されるが、燃料電池には、増加前の電気負荷に対応した量の燃料ガスが供給されていることから、燃焼部の排燃料ガス受入量は減少することとなり、改質処理における吸熱量が増加するのに対して、排燃料ガスの燃焼熱量が減少して、改質処理温度が低下するので、それに伴って、燃焼用空気供給量が減少調節される。
【０００５】
しかしながら、燃焼部を有炎燃焼器のみで構成した従来の改質装置では、電気負荷が減少して改質処理温度が上昇するのに伴う燃焼用空気供給量の増加調節において、電気負荷の減少率（単位時間当たりの減少量）が大きいために、燃焼用空気供給量の増加率（単位時間当たりの増加量）が大きくなって、燃焼用空気供給量が排燃料ガス受入量に対して過多となるように、増加調節されると、有炎燃焼器が吹き消えて失火する虞がある。
又、電気負荷が増加して改質処理温度が低下するのに伴う燃焼用空気供給量の減少調節において、電気負荷の増加率（単位時間当たりの増加量）が大きいために、燃焼用空気供給量の減少率（単位時間当たりの減少量）が大きくなって、燃焼用空気供給量の減少量が大きくなると、有炎燃焼器が不完全燃焼を起こす虞がある。
従って、有炎燃焼器を安定燃焼させるために、燃焼用空気供給量の変動率を大きくすることができず、そのためには、電気負荷の変動率の許容範囲を狭く設定せざるを得なかった。
つまり、燃焼部を有炎燃焼器のみで構成した従来の改質装置では、電気負荷変動に対する応答性が悪いという問題があった。
【０００６】
これに対して、燃焼部を触媒燃焼器のみで構成した従来の改質装置では、電気負荷の変動に伴う燃焼用空気供給量の変動率が大きくても、燃焼触媒によって、排燃料ガスを安定燃焼させることができる。
しかしながら、改質装置の起動時に起動用ガス燃料を燃焼させるときには、燃焼触媒を反応可能温度（例えば４００°Ｃ）にまで電気ヒータ等を用いて加熱する必要があり、起動時間が長くなると共に、燃焼触媒加熱のためのエネルギーが余分に必要となり、燃料電池用の燃料ガスの生成コストが高くなるという問題があった。
ちなみに、有炎燃焼器は、イグナイタ等で迅速に着火して起動用ガス燃料を燃焼させることができるので、起動時間が短く、しかも、着火のための消費エネルギーも微々たるものであるので、燃料ガス生成コストを低減することができる。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、起動時間の短縮、燃料ガス生成コストの低減、及び、電気負荷変動に対する応答性の向上を図り得る燃料電池用の改質装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記燃焼部は、前記排燃料ガスを火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部と、その有炎燃焼部に対して、その有炎燃焼部の火炎形成方向下手側に配置されて、前記有炎燃焼部にて燃焼しなかった前記排燃料ガスを燃焼触媒にて燃焼させる触媒燃焼部を備えて構成れ、前記排燃料ガスと燃焼用空気とを対向状態で流入させて衝突させることにより混合させる混合部が設けられ、その混合部にて混合された混合ガスが前記有炎燃焼部に供給されるように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、起動時は、起動用ガス燃料を有炎燃焼部に供給して、イグナイタ等にて迅速に着火し、有炎燃焼部にて起動用ガス燃料を燃焼させることにより、改質装置を迅速に起動することができ、そして、起動後は、燃料電池から排出された排燃料ガスの全量を受け入れて、有炎燃焼部にて燃焼させる。そして、その有炎燃焼部にて燃焼する火炎が接触したり燃焼ガスが通過することにより、触媒燃焼部の燃焼触媒が反応可能温度にまで加熱されているので、有炎燃焼部で排燃料ガスを燃焼させながら、有炎燃焼部で排燃料ガスの未燃分が発生したとしても、その未燃分を触媒燃焼部にて燃焼させることができるので、受け入れた排燃料ガスの全量を安定燃焼させることができる。
【０００９】
そして、電気負荷が減少して改質処理温度が上昇するのに伴う燃焼用空気供給量の増加調節において、電気負荷の減少率が大きいために、燃焼用空気供給量の増加率が大きくなって、燃焼用空気供給量が排燃料ガス受入量に対して過多となるように増加調節されて、仮に、有炎燃焼部が吹き消えて失火したとしても、排燃料ガスは、反応可能状態に加熱されている燃焼触媒によって燃焼するので、受け入れた排燃料ガスの安定燃焼を継続することができ、以降、燃焼用空気供給量の増加調節により改質処理温度が低下して、燃焼用空気供給量が減少調節されるのに伴って、触媒燃焼部の燃焼熱によって、有炎燃焼部が着火して、再び、有炎燃焼部で排燃料ガスが燃焼する。
又、電気負荷が増加して改質処理温度が低下するのに伴う燃焼用空気供給量の減少調節において、電気負荷の増加率が大きいために、燃焼用空気供給量の減少率が大きくなって、燃焼用空気供給量の減少量が大きくなることにより、有炎燃焼部が不完全燃焼を起こしたとしても、排燃料ガスの未燃分は、反応可能状態に加熱されている燃焼触媒によって燃焼するので、受け入れた排燃料ガスの全量を安定燃焼させることができ、以降、燃焼用空気供給量の減少調節により改質処理温度が上昇して、燃焼用空気供給量が増加調節されるのに伴って、有炎燃焼部は完全燃焼状態に戻る。
従って、有炎燃焼部にて迅速にしかも余分なエネルギーを使うこと無く、起動することができ、しかも、電気負荷の変動率が大きくて燃焼用空気供給量の変動率が大きくても、触媒燃焼部にて排燃料ガスの燃焼を安定して継続することができるので、起動時間の短縮、燃料ガス生成コストの低減、及び、電気負荷変動に対する応答性の向上を図り得る燃料電池用の改質装置を提供することができるようになった。
また、請求項１に記載の特徴構成によれば、混合部においては、排燃料ガスと燃焼用空気が対向状態で流入して衝突することにより、それらが良好に混合され、そのように良好に混合された排燃料ガスと燃焼用空気が有炎燃焼部に供給されるので、燃焼部における排燃料ガスの燃焼性が一層向上する。
従って、排燃料ガスの燃焼性が一層向上するので、改質処理温度調節のための燃焼用空気供給量の変動率を更に大きくしても、燃焼部での排燃料ガスの燃焼を安定して継続することができるので、電気負荷変動に対する応答性を更に向上することができるようになった。
【００１０】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記燃焼熱にて水を加熱して、前記改質処理部における改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部、及び、前記改質処理部が、前記燃焼部の両側に振分け配置されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、水蒸気生成部においては、燃焼部にて排燃料ガスを燃焼させた燃焼熱にて水が加熱されて水蒸気が生成され、改質処理部においては、水蒸気生成部にて生成された水蒸気を用いて、前記燃焼熱にて原燃料が改質処理される。
そして、水蒸気生成部及び改質処理部が燃焼部の両側に振分け配置されていることから、燃焼部からの放熱を抑制して、加熱効率を向上することができるので、燃料ガス生成コストを更に低減することができる。
しかも、燃焼部は、有炎燃焼部及び触媒燃焼部を上述の請求項１に記載の特徴構成のように備えて、燃焼性能を効果的に向上することができていることから、燃焼部を構成する燃焼室をコンパクトにすることができ、改質装置のコンパクト化を図ることができる。
従って、改質処理用水蒸気の生成機能を備えた燃料電池用の改質装置において、起動時間の短縮及び電気負荷変動に対する応答性の向上に加えて、燃料ガス生成コストの更なる低減及び装置のコンパクト化を図ることができるようになった。
【００１１】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記燃焼部を構成する燃焼室は、前記有炎燃焼部の火炎形成方向に直交する方向に並んで互いに対向する一対の壁部夫々の面積が広くて、その一対の壁部間の間隔が狭い偏平状に形成されていることにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、燃焼部を構成する燃焼室が偏平形状に形成されていて、その偏平形状の燃焼室を、偏平形状にすることによって面積が広くなった壁部を介して、改質処理部に隣接配置することにより、伝熱面積を広くして、改質処理部を効率良く加熱することができる。
しかも、燃焼部は、有炎燃焼部及び触媒燃焼部を上述の請求項１に記載の特徴構成のように備えて、燃焼性能を効果的に向上することができていることから、燃焼室を偏平形状に形成するにしても、その偏平程度を効果的に大きくすることができるので、つまり、有炎燃焼部の火炎形成方向に直交する方向に並んで互いに対向する一対の壁部夫々の面積を一層広くすると共に、その一対の壁部間の間隔を一層狭くすることができるので、伝熱面積が一層広くなって、改質処理部を加熱する加熱効率を一層向上することができる。
従って、燃料ガス生成コストを更に低減することができるようになった。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
尚、以下の実施形態においては、本発明による改質装置を備えた水素含有ガス生成装置Ｐについて説明するが、改質装置は、原燃料を改質処理する改質部Ｒ及び改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓを備えて構成し、水素含有ガス生成装置Ｐは、改質装置に加えて、改質部Ｒにて改質処理された改質処理ガスに含まれる一酸化炭素ガスを低減するように処理する変成処理部５及び選択酸化処理部６とを備えて、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな燃料ガスを生成するように構成してある。
【００１４】
図１に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫処理部１と、改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓと、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスの燃焼熱により、脱硫処理部１で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸気生成部Ｓで生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質部Ｒと、その改質部Ｒから排出された改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成処理部５と、その変成処理部５から排出された変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化する選択酸化処理部６とを備えて構成してある。
【００１５】
燃料電池Ｇは、詳細な説明は省略するが、高分子膜を電解質とする固体高分子型であり、水素含有ガス生成装置Ｐから燃料ガス路２３を通じて供給される燃料ガス中の水素と、反応用ブロア１４から反応用空気路３２を通じて供給される反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成してある。
【００１６】
改質部Ｒは、改質触媒が通気自在に充填されると共に、被改質ガス（脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス）を通流させて、原燃料ガスを改質処理する改質処理部３と、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスを燃焼させて改質処理部３を加熱する燃焼部４とを備えて構成してある。
【００１７】
水蒸気生成部Ｓは、改質部Ｒの燃焼部３から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２とから構成してある。
【００１８】
更に、水素含有ガス生成装置Ｐには、改質処理部３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質処理部３を保温する保温用通流部７と、高温の改質処理ガスにより改質処理部３に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Ｅｐと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部１に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成処理部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、同じく、変成処理部６を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部９と、変成処理部５及び選択酸化処理部６を冷却する冷却用ファン１０とを設けてある。
又、変成処理部５から排出された変成処理ガスと、水蒸気生成部Ｓへ供給する原料水とを熱交換させて、原料水を予熱する原料水予熱用熱交換器１７を設けてある。
【００１９】
被改質ガス用熱交換器Ｅｐは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、改質処理部３に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部１３とを熱交換自在に設けて構成し、原燃料ガス用熱交換器Ｅａは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫処理部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６とを熱交換自在に設けて構成してある。
【００２０】
本発明においては、燃焼部４は、排燃料ガスを火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部４Ｆと、その有炎燃焼部４Ｆに対して、その有炎燃焼部４Ｆの火炎形成方向下手側に配置されて、有炎燃焼部４Ｆにて燃焼しなかった排燃料ガスを燃焼触媒４ｃにて燃焼させる触媒燃焼部４Ｃを備えて構成してある。
【００２１】
図２に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、各処理部、各通流部、燃焼部４等を夫々構成してある。
【００２２】
複数の容器Ｂのうちの一部は、一つの室を備えるように形成した単室具備容器Ｂｍにて構成し、残りは、区画された二つの室を備えるように形成した双室具備容器Ｂｄにて構成してある。
【００２３】
図２ないし図５に示すように、双室具備容器Ｂｄは、基本的には、一対の皿形容器形成部材４１の間に平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、二つの偏平な室を区画形成してある。
改質部Ｒは、１個の双室具備容器Ｂｄを用いて構成し、水蒸気生成部Ｓも、１個の双室具備容器Ｂｄを用いて構成してある。
双室具備容器Ｂｄのうち、改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄは、図２ないし図４に示すように、底部が平坦状の平底状の皿形容器形成部材４１と、底部の片方側が深くなった２段状の皿形容器形成部材４１との間に、平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、二つの室を区画形成してある。
又、双室具備容器Ｂｄのうち、水蒸気生成部Ｓを構成する双室具備容器Ｂｄは、図２に示すように、平底状の皿形容器形成部材４１と、底部の内方部が盛り上がった凸状の皿形容器形成部材４１との間に、平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、二つの室を区画形成してある。
双室具備容器Ｂｄのうち、改質部Ｒや水蒸気生成部Ｓを構成するもの以外のものは、図５に示すように、一対の平底状の皿形容器形成部材４１の間に平板状の仕切り部材４３を位置させた状態で、周辺部を溶接接続して、二つの偏平な室を区画形成してある。
【００２４】
図６に示すように、単室具備容器Ｂｍは、皿形状容器形成部材４１と平板状容器形成部材４２とを周辺部を溶接接続して、一つの偏平な室を区画形成してある。
各単室具備容器Ｂｍや、各双室具備容器Ｂｄには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル４４を内部の室と連通する状態で取り付けてある。
又、図示を省略するが、必要に応じて、容器Ｂの室内を蛇行状流路になるように構成して、流体の通流経路を長くしている。
【００２５】
図２ないし図４に示すように、改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄを、２段状の皿形容器形成部材４１の深さが深い部分が下方側に位置するように立設して、２段状の皿形容器形成部材４１と仕切り部材４３にて形成される偏平な室を備えた部分を用いて燃焼部４を構成し、平底状の皿形容器形成部材４１と仕切り部材４３にて形成される偏平な室を備えた部分を用いて改質処理部３を構成してある。
【００２６】
２段状の皿形容器形成部材４１と仕切り部材４３とにより形成される、下方側の奥行きが広い偏平状の室を燃焼室４ｒとし、その燃焼室４ｒの下端に、排燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを燃焼室４ｒ内にその略全幅にわたる状態で上方に向けて噴出するように、細長状のバーナ４ｂを下縁に沿わせて配置して、有炎燃焼部４Ｆを構成し、燃焼室４ｒの上方の奥行きが狭い部分に、燃焼触媒４ｃを配置して、触媒燃焼部４Ｃを構成してある。
図中の４ｉは、バーナ４ｂに点火するためのイグナイタである。
【００２７】
つまり、燃焼室４ｒは、有炎燃焼部４Ｆの火炎形成方向（即ち、燃焼ガス通流方向）に直交する方向に並んで互いに対向する一対の壁部夫々の面積が広くて、その一対の壁部間の間隔が狭い偏平状に形成し、その偏平状の燃焼室４ｒを縦向きに配置すると共に、その燃焼室４ｒの下方側に、有炎燃焼部４Ｆを、上方向きに混合ガスを噴出するように（即ち、火炎形成方向が上向きになるように）配置し、燃焼室４ｒ内における有炎燃焼部４Ｆの上方側、即ち、有炎燃焼部４Ｆに対してその火炎形成方向下手側の位置に、触媒燃焼部４Ｃを配置してある。
燃焼触媒４ｃは、白金、パラジウム等から成る。
【００２８】
供給される排燃料ガスと燃焼用空気とを混合させる混合部４Ｍを、排燃料ガス供給用の排燃料ガス路２４と燃焼用空気供給用の燃焼用空気路２９とを、互いにガス流れ方向が逆向きになる状態で、一直線状に連通接続し、それらの接続部に、バーナ４ｂの長手方向の中央部に接続される混合ガス路４ｍを直交状に接続して構成し、混合部４Ｍを、排燃料ガスと燃焼用空気とを対向状態で流入させて衝突させることにより混合させるように構成し、その混合部４Ｍにて混合された混合ガスが有炎燃焼部４Ｆに供給されるように構成してある。
【００２９】
更に、混合ガス路４ｍの径を、そこを流れる混合ガスの流速がその混合ガスの燃焼速度よりも速くなるように設定して、排燃料ガスと燃焼用空気とが良好に混合された混合ガスをバーナ４ｂから噴出して燃焼させるようにしながらも、逆火を防止するようにしてある。
【００３０】
改質処理部３を構成する偏平な室には、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００３１】
図２に示すように、水蒸気生成部Ｓを構成する双室具備容器Ｂｄを立設し、凸状の皿形容器形成部材４１と平板状の仕切り部材４にて形成される偏平な室を備えた部分を用いて、蒸発処理室２を構成し、平底状の皿形容器形成部材４１と仕切り部材４３にて形成される偏平な室を備えた部分を用いて、水蒸気生成用加熱通流部１１を構成し、両室内にステンレスウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態においては、８個の双室具備容器Ｂｄと、１個の単室具備容器Ｂｍを、側面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設けて、コンパクトに形成してある。
８個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。
【００３３】
左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成部Ｓを構成し、左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２にて改質部Ｒを構成してある。
単室具備容器Ｂｍを用いて、保温用通流部７を構成してある。
【００３４】
左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３の左側の室を備えた部分を用いて、上流側改質処理ガス通流部１２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、被改質ガス通流部１３を構成してある。両室内には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材を通気可能な状態で充填してある。
【００３５】
左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫処理部１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を構成してある。脱硫処理部１を構成する左側の室内には、脱硫用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００３６】
左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部１５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成処理部５を構成してある。
左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、変成処理部５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部８を構成してある。
左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７を用いて、変成処理部５を構成してある。変成処理部を構成する各室内には、酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００３７】
左からから８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ８の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部９を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化処理部６を構成してある。選択酸化処理部６を構成する室内には、ルテニウムの選択酸化用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で充填してある。
【００３８】
８個の双室具備容器Ｂｄと１個の単室具備容器Ｂｍを含む複数の容器Ｂを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材１９を介在させた状態で、並べてある。
つまり、水蒸気生成部Ｓを構成する左端の双室具備容器Ｂｄ１と改質部Ｒを構成する左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２との間に断熱材１９を配置し、左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２と単室具備容器Ｂｍとを密接配置し、単室具備容器Ｂｍと左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３との間に断熱材１９を配置し、左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３と左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４との間に断熱材１９を配置し、並びに、左から４個目から８個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ４〜Ｂｄ８を互いに密接配置してある。
【００３９】
つまり、複数の容器Ｂを並設した状態において、最も高温維持が要求される改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２を、並設方向の略中間部に配置し、その改質部Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に断熱材１９を、他方側に保温用通流部７を構成する単室具備容器Ｂｍ及び断熱材１９を配置し、それらの並設方向両側夫々に、処理温度が概ね低くなる順になるように、各処理部等を構成する容器Ｂを並べ、並びに、並設方向端部には冷却が要求される選択酸化処理部６を構成する双室具備容器Ｂｄ８を配置することにより、水素含有ガス生成装置Ｐをコンパクトに構成しながら、放熱損失を可及的に抑制できると共に、各処理部等を適切な温度に制御できるようにしてある。
【００４０】
改質部Ｒ及び水蒸気生成部Ｓを備えた改質装置について、説明を加えると、改質部Ｒの偏平形状の燃焼部４の一方側に、偏平形状の改質処理部３を、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材４３を介して、横方向に厚さ方向に並べて密接配置し、燃焼部４の他方側に、断熱材１９を介して偏平形状の水蒸気生成部Ｓを横方向に厚さ方向に並べて配置して、改質装置を、コンパクトに構成してある。
又、このような配置構成にすることにより、燃焼部４からの放熱を抑制すると共に、夫々偏平状の燃焼部４及び改質処理部３を、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材４３を介して、厚さ方向に密接配置することにより、伝熱面積を広くしてあり、燃焼部４からの放熱抑制、及び、広伝熱面積での加熱の相乗効果により、加熱効率を効果的に向上させている。
【００４１】
又、夫々偏平状の水蒸気生成用加熱通流部１１及び蒸発処理室２を、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材４３を介して、厚さ方向に密接配置することにより、伝熱面積を広くしてあり、加熱効率を効果的に向上させている。
【００４２】
改質処理部３においては、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、例えば７００〜７５０°Ｃ程度の加熱下でメタンガスと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。
【００４３】
【化１】
ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂
【００４４】
変成処理部５においては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、例えば２００°Ｃ程度の反応温度にて下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
【００４５】
【化２】
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂
【００４６】
選択酸化処理部６においては、ルテニウムの触媒作用によって、１００°Ｃ程度の反応温度にて、変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。
【００４７】
図１及び図２において、白抜き線矢印にて示すように、原燃料ガス供給路２１を原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、脱硫処理部１、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの被改質ガス通流部１３、改質処理部３、保温用通流部７、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、各変成処理部５、選択酸化処理部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続してある。
最後段の変成処理部５と選択酸化処理部６とを接続するガス処理用流路２２には、原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７を設けると共に、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３４を、その原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に設けて、変成処理ガスと原料水とを熱交換させて、原料水を予熱すると共に、変成処理ガスを冷却するようにしてある。
【００４８】
変成処理部５から排出された変成処理ガスの温度は２００°Ｃ程度であり、選択酸化処理部６における反応温度は１００°Ｃ程度であるので、原料水予熱用熱交換器１７においては、変成処理ガスを選択酸化処理部６における反応温度付近の温度にまで冷却し、その冷却によって回収された熱量を原料水の予熱に用いているのである。
【００４９】
そして、原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスを脱硫処理部１で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと後述する水蒸気路２６からの水蒸気とを混合して、改質処理部３に供給して改質処理し、その改質処理ガスを４段の変成処理部５に順次供給して、一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し、その変成処理ガスを選択酸化処理部６に供給して一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する。
【００５０】
その選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスを燃料ガスとして、燃料ガス路２３を通じて燃料電池Ｇに供給し、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスを排燃料ガス路２４を通じて、混合部４Ｍを介して改質用バーナ４ｂに供給する。
尚、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスの温度は１１０°Ｃ程度であり、高分子型の燃料電池Ｇの動作温度は８０°Ｃ程度であるので、燃料ガス路２３には、選択酸化処理部６から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池Ｇの動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器３３を設けてある。
【００５１】
図１及び図２において、実線矢印にて示すように、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路２５を水蒸気生成部Ｓの蒸発処理室２に接続し、蒸発処理室２にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫処理部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続して、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。
【００５２】
原料水供給路２５の途中に、原料水予熱用熱交換器１７に設け、更に、原料水供給路２５における原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８を設け、その蛇行状通流部１８を、水蒸気生成装置Ｐの外壁部のうちの、改質部Ｒの燃焼部４を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けて、水素含有ガス生成装置Ｐの外壁部からの伝導熱及び輻射熱により、蛇行状通流部１８を通流する原料水を予熱するように構成してある。
そして、原料水予熱用熱交換器１７及び蛇行状通流部１８によって、水蒸気生成部Ｓに供給する原料水を予熱するようにしてある。
【００５３】
図１及び図２において、破線矢印にて示すように、改質部Ｒの燃焼部４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼部４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８を燃焼ガス路２７にて接続して、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発処理室２を加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部５を冷却するように構成してある。
尚、水蒸気生成用加熱通流部１１から排出された燃焼ガスの温度は１２０°Ｃ程度であり、その燃焼ガスが変成部冷却用通流部８を通流して変成処理部５を冷却するので、変成部冷却用通流部８から排出された燃焼ガスの温度は１５０°Ｃ程度に上がっているので、図示しない排熱回収用熱交換器を設けて、燃焼ガスから排熱を回収して、水蒸気や温水を生成する。
【００５４】
図１及び図２において、一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用ブロア２８からの空気を燃焼用空気として、変成部冷却用通流部９を通流させてから、混合部４Ｍを介して、改質部Ｒの改質用バーナ４ｂに供給するように、燃焼用ブロア２８、変成部冷却用通流部９、混合部４Ｍを燃焼用空気路２９にて接続すると共に、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を迂回させて通流させるように、燃焼用空気路２９に燃焼用空気バイパス路３０を接続し、燃焼用ブロア２８からの空気を酸化用空気として選択酸化処理部６に供給するように、燃焼用ブロア２８に接続した酸化用空気供給路３１を、最後段の変成処理部５と選択酸化処理部６とを接続するガス処理用流路２２に接続してある。
【００５５】
改質用バーナ４ｂに対して、燃焼用空気を変成部冷却用通流部９を通流させて供給する状態と、変成部冷却用通流部９を迂回させて燃焼用空気バイパス路３０を通じて供給する状態とに切り換えるために、開閉弁３５，３６を設けてある。尚、通常は、開閉弁３５，３６を、燃焼用空気が燃焼用空気バイパス路３０を通流する状態に切り換えるが、変成処理部５の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、開閉弁３５，３６を、燃焼用空気が変成部冷却用通流部９を通流する状態に切り換えて、燃焼用空気にて変成処理部５を冷却する。
【００５６】
次に、水素含有ガス生成装置Ｐの制御構成について説明する。
図１に示すように、原燃料ガス供給路２１に、原燃料ガス供給量を調節する原燃料供給量調節弁３７を設け、改質部Ｒに、改質処理部３における改質処理温度を検出する温度センサ３８を設けるとともに、原燃料供給量調節弁３７、反応用ブロア１４、燃焼用ブロア２８、イグナイタ４ｉ夫々の作動を制御する制御部３９を設けてある。
【００５７】
以下、制御部３９の制御動作を説明する。
制御部３９は、操作部（図示せず）から、運転開始指令があると、燃焼用ブロア２８を作動させると共に、起動用ガス燃料供給路（図示せず）から１３Ａ等の起動用ガス燃料を燃焼部４のバーナ４ｂに供給し、イグナイタ４ｉを作動させて、バーナ４ｂを点火して燃焼させ、温度センサ３８の検出温度が、改質処理可能な所定の温度に予め設定した目標温度以上になると、原燃料供給量調節弁３７を開弁して、改質処理部３での原燃料ガスの改質処理を開始すると共に、反応用ブロア１４を作動させて、燃料電池Ｇの発電を開始する。
【００５８】
燃料電池Ｇから排燃料ガスが排出されて、その排燃料ガスによる燃焼熱により、原燃料ガスの改質処理が可能な状態となると、前記起動用ガス燃料供給路からの起動用ガス燃料供給を停止して、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスの全量をバーナ４ｂに受け入れて燃焼部４にて燃焼させ、その燃焼熱により改質処理部３にて原燃料ガスを改質処理させる。
【００５９】
そして、燃料電池Ｇに対する電気負荷として、燃料電池Ｇからの出力電流を検出する電流計測器４０の検出値に基づいて、改質処理部３への原燃料ガス供給量が燃料電池Ｇの電気負荷に応じた量になるように原燃料供給量調節弁３７を制御すると共に、燃料電池Ｇへの反応用空気供給量が燃料電池Ｇの電気負荷に応じた量になるように反応用ブロア１４を制御し、並びに、温度センサ３８の検出温度が、前記目標温度になるように、燃焼用ブロア２８を制御して、バーナ４ｂ、即ち燃焼部４への燃焼用空気供給量を調節する。
つまり、温度センサ３８の検出温度が前記目標温度よりも高くなると、温度センサ３８の検出温度が前記目標温度になるように、燃焼用空気供給量を増加調節し、一方、温度センサ３８の検出温度が前記目標温度よりも低くなると、温度センサ３８の検出温度が前記目標温度になるように、燃焼用空気供給量を減少調節する。
【００６０】
燃焼部４を、上述のように、有炎燃焼部４Ｆ及び触媒燃焼部４Ｃを備えて構成してあることから、電気負荷の減少率が大きいために温度センサ３８の検出温度が前記目標温度よりも高くなり、燃焼用空気供給量の増加率が大きくなって、燃焼用空気供給量が排燃料ガス受入量に対して過多となるように増加調節されて、仮に、有炎燃焼部４Ｆが吹き消えて失火したとしても、排燃料ガスは、反応可能状態に加熱されている燃焼触媒４ｃによって燃焼するので、受け入れた排燃料ガスの安定燃焼を継続することができる。
以降、燃焼用空気供給量の増加調節により改質処理温度が低下して、燃焼用空気供給量が減少調節されるのに伴って、触媒燃焼部４Ｃにて排燃料ガスが燃焼する燃焼熱によって、有炎燃焼部４Ｆが着火して、再び、有炎燃焼部４Ｆで排燃料ガスが燃焼する。
【００６１】
又、電気負荷の増加率が大きいために温度センサ３８の検出温度が前記目標温度よりも低くなり、燃焼用空気供給量の減少率が大きくなって、燃焼用空気供給量の減少量が大きくなることにより、有炎燃焼部４Ｆが不完全燃焼を起こしたとしても、排燃料ガスの未燃分は、反応可能状態に加熱されている燃焼触媒４ｃによって燃焼するので、受け入れた排燃料ガスの全量を安定燃焼させることができる。
以降、燃焼用空気供給量の減少調節により改質処理温度が上昇して、燃焼用空気供給量が増加調節されるのに伴って、有炎燃焼部４Ｆは完全燃焼状態に戻る。
但し、温度センサ３８の検出温度が前記目標温度になるように、燃焼用空気供給量を減少調節するにしても、受け入れた排燃料ガスの全量を燃焼させるために必要な燃焼用空気量は下回らないように、例えば、電気負荷等に応じて、燃焼用空気供給量の調節範囲を予め設定してある。
【００６２】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）温度センサ３８の温度検出位置は、改質処理部３における改質処理温度を検出できる位置であればどのような位置でも良く、例えば、上記実施形態において図示するように、改質処理部３内の温度を検出するように設けても良い。
あるいは、燃焼室４ｒ内の温度は、改質処理部３における改質処理温度に応じて変動するので、燃焼室４ｒ内の温度を検出するように設けても良い。
あるいは、改質処理部３の外壁部や燃焼室４ｒの外壁部の温度を検出するように設けても良い。
【００６３】
（ロ）改質処理部３及び燃焼部４の形状や配置形態は、上記の実施形態において例示したような形状や配置形態、即ち、夫々偏平状の改質処理部３及び燃焼部４を、伝熱壁として機能させる平板状の仕切り部材４３を介して、厚さ方向に密接配置する形態に限定されるものではなく、例えば、改質処理部３内に、伝熱壁にて区画された状態で燃焼部４が位置するような配置形態でも良い。
【００６４】
（ハ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成装置Ｐは、それを構成する各部を一体的に組み付けて一体物として構成する場合について例示したが、必要に応じて、分割するようにしても良い。
例えば、改質部Ｒ及び水蒸気生成部Ｓとから成る改質装置を、他の部分から分離して、改質装置を独立した状態に形成しても良い。
又、改質部Ｒ及び水蒸気生成部Ｓを別体に形成して、それらを分離した状態で配置しても良い。
【００６５】
（ニ）本発明による水素含有ガス生成装置Ｐが燃料ガス生成の対象とする燃料電池は、上記の実施形態において例示した固体高分子型に限定されるものではなく、リン酸型、固体電解質型、溶融炭酸塩型等、種々の型式の燃料電池を対象とすることができる。
【００６６】
（ホ）上記の実施形態においては、水素含有ガス生成装置Ｐを、変成処理部５と選択酸化処理部６とを備えて構成する場合について例示したが、リン酸型の燃料電池のように、一酸化炭素ガス濃度を高分子型ほど低くする必要がない場合は、選択酸化処理部６を省略することができ、又、固体電解質型のように一酸化炭素ガスが含有されていても支障がない場合は、変成処理部５と選択酸化処理部６を省略することができる。
【００６７】
（ト）燃料ガス生成用の炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガス以外に、プロパンガス、ナフサ、灯油や、メタノール等のアルコール類等、種々の原燃料を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる燃料電池用の改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の系統図
【図２】実施形態にかかる燃料電池用の改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の縦断側面図
【図３】改質部の斜視図
【図４】改質部の燃焼部の縦断正面図
【図５】水素含有ガス生成装置を構成する双室具備容器の斜視図
【図６】水素含有ガス生成装置を構成する単室具備容器の斜視図
【符号の説明】
３改質処理部
４燃焼部
４ｒ燃焼室
４Ｃ触媒燃焼部
４Ｆ有炎燃焼部
４Ｍ混合部
Ｇ燃料電池
Ｓ水蒸気生成部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a combustion section for burning exhaust fuel gas discharged from a fuel cell, and a reforming processing section for reforming raw fuel with combustion heat obtained by burning the exhaust fuel gas in the combustion section. Provided,
The raw fuel supply amount to the reforming processing unit is adjusted to be an amount corresponding to the electric load of the fuel cell, and the reforming processing temperature in the reforming processing unit is set to a target temperature. The present invention relates to a reformer for a fuel cell configured to adjust a supply amount of combustion air to a combustion unit.
[0002]
[Prior art]
Such a reforming device for a fuel cell (hereinafter sometimes simply referred to as a reforming device) needs to receive and burn the entire amount of exhaust fuel gas discharged from the fuel cell, and also generate power from the fuel cell. Since the output needs to be adjusted according to the electric load fluctuation, the entire amount of the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is burned in the combustion section, and the raw fuel supply amount to the reforming processing section is changed to the electric power of the fuel cell. The amount of combustion air supplied to the combustion section is adjusted so that the reforming processing temperature in the reforming processing section becomes the target temperature in a state adjusted according to the load.
[0003]
Conventionally, the combustion section is configured only with a flammable combustor that combusts exhaust fuel gas in a state of forming a flame, or is configured only with a catalytic combustor that combusts exhaust fuel gas with a combustion catalyst. It was.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the electric load changes to the decreasing side, the raw fuel supply amount is adjusted to decrease as the electric load decreases, but the fuel cell is supplied with an amount of fuel gas corresponding to the electric load before the decrease. Therefore, the amount of exhaust fuel gas received in the combustion section increases, and the amount of heat absorbed in the reforming process decreases. On the other hand, the amount of combustion heat of the exhaust fuel gas increases, and the reforming process temperature increases. Accordingly, the combustion air supply amount is increased and adjusted accordingly.
Conversely, when the electric load changes to the increasing side, the raw fuel supply amount is adjusted to increase, but the fuel cell is supplied with an amount of fuel gas corresponding to the electric load before the increase, so The amount of exhausted fuel gas received by the part decreases, and the amount of heat absorbed in the reforming process increases, whereas the amount of combustion heat of the exhausted fuel gas decreases and the reforming process temperature decreases. The combustion air supply amount is adjusted to decrease.
[0005]
However, in the conventional reformer in which the combustion part is composed only of the flammable combustor, the electric load is reduced in the increase adjustment of the combustion air supply amount as the electric load decreases and the reforming process temperature rises. Since the rate (decrease per unit time) is large, the increase rate of the combustion air supply amount (increase amount per unit time) becomes large, and the combustion air supply amount is excessive with respect to the amount of exhaust fuel gas received If the increase is adjusted so as to become, the flame combustor may blow out and misfire.
In addition, in the decrease adjustment of the combustion air supply amount as the electric load increases and the reforming treatment temperature decreases, the increase rate of the electrical load (increase amount per unit time) is large. If the rate of reduction of the amount (amount of reduction per unit time) increases and the amount of reduction in the supply amount of combustion air increases, the flammable combustor may cause incomplete combustion.
Therefore, in order to stably burn the flammable combustor, the fluctuation rate of the combustion air supply amount cannot be increased, and for that purpose, the allowable range of the fluctuation rate of the electric load has to be set narrow. .
In other words, the conventional reformer in which the combustion part is configured only by the flammable combustor has a problem that the responsiveness to the electric load fluctuation is poor.
[0006]
On the other hand, in the conventional reformer in which the combustion section is composed only of the catalytic combustor, even if the fluctuation rate of the combustion air supply amount due to the fluctuation of the electric load is large, the exhaust fuel gas is stabilized by the combustion catalyst. Can be burned.
However, when the starting gas fuel is combusted at the time of starting the reformer, it is necessary to heat the combustion catalyst to a reaction possible temperature (for example, 400 ° C.) using an electric heater or the like. There is a problem in that extra energy for heating the combustion catalyst is required, and the production cost of the fuel gas for the fuel cell increases.
By the way, the flammable combustor can quickly ignite with an igniter or the like and burn the starting gas fuel, so the startup time is short and the energy consumption for ignition is very small. Gas generation costs can be reduced.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to improve the fuel cell capable of shortening the start-up time, reducing the fuel gas generation cost, and improving the responsiveness to electric load fluctuations. To provide an apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  [Invention of Claim 1]
  According to a first aspect of the present invention, the combustion unit combusts the exhaust fuel gas in a state of forming a flame, and the flame of the flammable combustion unit with respect to the flammable combustion unit. It is provided with a catalyst combustion section that is disposed on the lower side in the forming direction and burns the exhaust fuel gas that has not been burned in the flame combustion section with a combustion catalyst.And a mixing unit for mixing the exhausted fuel gas and the combustion air in a state of being introduced and colliding with each other is provided, and the mixed gas mixed in the mixing unit is supplied to the flammable combustion unit. Is configured asThere is.
  According to the characteristic configuration of the first aspect, at the time of start-up, the start-up gas fuel is supplied to the flammable combustion section, and is quickly ignited by an igniter or the like. By burning, the reformer can be started quickly, and after startup, the entire amount of exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is received and burned in the flammable combustion section. The combustion catalyst in the catalytic combustion section is heated to a reactionable temperature by contact with the flame combusting in the flammable combustion section or passing through the combustion gas. Even if an unburned portion of the exhaust fuel gas is generated in the flammable combustion section, the unburned portion can be burned in the catalytic combustion section, so that the entire amount of the received exhaust fuel gas is stably burned. Can be made.
[0009]
  And, in the increase adjustment of the combustion air supply amount as the electric load decreases and the reforming treatment temperature rises, the increase rate of the combustion air supply amount increases because the decrease rate of the electric load is large. Even if the combustion air supply amount is increased and adjusted so as to be excessive with respect to the exhaust fuel gas acceptance amount, even if the flammable combustion section blows off and misfires, the exhaust fuel gas is heated to a reactable state. Since the combustion is carried out by the combustion catalyst that has been received, stable combustion of the received exhaust fuel gas can be continued, and thereafter, the reforming processing temperature decreases due to the increase adjustment of the combustion air supply amount, and the combustion air supply amount As the fuel consumption is adjusted to decrease, the flammable combustion portion is ignited by the combustion heat of the catalytic combustion portion, and the exhaust fuel gas is combusted again in the flammable combustion portion.
  Further, in the decrease adjustment of the combustion air supply amount as the electric load increases and the reforming treatment temperature decreases, the increase rate of the electric load increases, so the decrease rate of the combustion air supply amount increases. Even if the flammable combustion part causes incomplete combustion due to an increase in the decrease in the supply amount of combustion air, the unburned portion of the exhaust fuel gas is burned by the combustion catalyst heated to a reactive state. As a result, the entire amount of the received exhaust fuel gas can be stably combusted. Thereafter, the reforming process temperature rises due to the reduction adjustment of the combustion air supply amount, and the combustion air supply amount is increased and adjusted. Along with this, the flammable combustion part returns to the complete combustion state.
  Therefore, it is possible to start quickly and without using extra energy in the flammable combustion section, and even if the fluctuation rate of the electric load is large and the fluctuation rate of the combustion air supply amount is large, catalytic combustion Because the combustion of exhaust fuel gas can be stably continued in the fuel cell, reforming for fuel cells that can shorten the start-up time, reduce the fuel gas generation cost, and improve the responsiveness to electric load fluctuations The device can now be provided.
  Moreover, according to the characteristic structure of Claim 1, in a mixing part, when exhaust fuel gas and combustion air flow in in the opposing state and collide, they are mixed well, and so Since the mixed exhaust fuel gas and combustion air are supplied to the flammable combustion section, the combustibility of the exhaust fuel gas in the combustion section is further improved.
Accordingly, the combustibility of the exhaust fuel gas is further improved. Therefore, even if the fluctuation rate of the combustion air supply amount for adjusting the reforming process temperature is further increased, the combustion of the exhaust fuel gas in the combustion section is stably performed. Since the operation can be continued, the responsiveness to the electric load fluctuation can be further improved.
[0010]
[Invention of Claim 2]
The characteristic configuration according to claim 2, wherein the steam is heated by the combustion heat to generate steam for reforming processing in the reforming processing unit, and the reforming processing unit includes the reforming processing unit, It exists in the distribution arrangement | positioning on both sides of a combustion part.
According to the characteristic configuration described in claim 2, in the steam generation unit, water is heated by the combustion heat obtained by burning the exhaust fuel gas in the combustion unit to generate steam, and in the reforming processing unit, The raw fuel is reformed with the combustion heat using the steam generated in the steam generating section.
And since the steam generation part and the reforming process part are distributed and arranged on both sides of the combustion part, heat dissipation from the combustion part can be suppressed and the heating efficiency can be improved. Can be reduced.
In addition, since the combustion section includes the flammable combustion section and the catalytic combustion section as in the characteristic configuration described in claim 1 above, the combustion performance can be effectively improved. The combusting chamber to be configured can be made compact, and the reformer can be made compact.
Therefore, in a reformer for a fuel cell having a function of generating steam for reforming treatment, in addition to shortening the start-up time and improving responsiveness to electric load fluctuations, the fuel gas generation cost can be further reduced and the device It has become possible to reduce the size.
[0011]
[Invention of Claim 3]
According to a third aspect of the present invention, the combustion chamber constituting the combustion portion has a large area of each of the pair of wall portions facing each other in a direction orthogonal to the flame forming direction of the flammable combustion portion, The space between the pair of wall portions is formed in a narrow flat shape.
According to the characteristic configuration of the third aspect, the combustion chamber constituting the combustion portion is formed in a flat shape, and the wall portion whose area is widened by making the flat combustion chamber into a flat shape is provided. Accordingly, the heat treatment area can be widened and the reforming processing unit can be efficiently heated by being disposed adjacent to the reforming processing unit.
In addition, the combustion section includes the flammable combustion section and the catalytic combustion section as described in the characteristic configuration of claim 1 so that the combustion performance can be effectively improved. Even if it is formed in a flat shape, the extent of the flatness can be effectively increased, that is, the area of each of the pair of wall portions facing each other in a direction perpendicular to the flame forming direction of the flammable combustion portion. Since the distance between the pair of wall portions can be further narrowed, the heat transfer area is further widened, and the heating efficiency for heating the reforming treatment portion can be further improved.
Therefore, the fuel gas generation cost can be further reduced.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following embodiment, a hydrogen-containing gas generator P equipped with a reformer according to the present invention will be described. The reformer is a reformer R for reforming raw fuel and a reformer. The hydrogen-containing gas generation device P is configured to include a steam generation unit S that generates the steam of the gas, and the hydrogen-containing gas generation device P includes monoxide contained in the reformed gas that has been reformed in the reforming unit R in addition to the reformer A shift treatment unit 5 and a selective oxidation treatment unit 6 for treating the carbon gas to be reduced are provided to generate a hydrogen-rich fuel gas having a low carbon monoxide gas concentration (for example, 10 ppm or less). .
[0014]
As shown in FIG. 1, the hydrogen-containing gas generation device P includes a desulfurization processing unit 1 that desulfurizes a hydrocarbon-based raw fuel gas such as natural gas, and a steam generation unit S that generates steam for reforming processing. The raw fuel gas desulfurized in the desulfurization processing unit 1 is converted into hydrogen gas and carbon monoxide gas using the steam generated in the steam generation unit S by the combustion heat of the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell G. A reforming section R for quality treatment, a shift processing section 5 for converting carbon monoxide gas in the reforming process gas discharged from the reforming section R into carbon dioxide gas using water vapor, and the shift processing section And a selective oxidation treatment unit 6 that selectively oxidizes the carbon monoxide gas remaining in the shift treatment gas discharged from 5.
[0015]
Although detailed description is omitted, the fuel cell G is a solid polymer type having a polymer membrane as an electrolyte, and reacts with hydrogen in the fuel gas supplied from the hydrogen-containing gas generation device P through the fuel gas passage 23. Power is generated by an electrochemical reaction with oxygen in the reaction air supplied from the reaction blower 14 through the reaction air passage 32.
[0016]
The reforming section R is filled with a reforming catalyst so as to be freely permeable, and reformed by reforming the raw fuel gas by passing a gas to be reformed (a mixed gas of desulfurized raw fuel gas and water vapor). A processing unit 3 and a combustion unit 4 that heats the reforming processing unit 3 by combusting exhaust fuel gas discharged from the fuel cell G are provided.
[0017]
The steam generation unit S includes a steam generation heating flow-through unit 11 for passing the combustion gas discharged from the combustion unit 3 of the reforming unit R, and heating of the supplied raw water by the steam generation heating flow-through unit 11. And an evaporation processing unit 2 for evaporation.
[0018]
Further, the hydrogen-containing gas generator P is passed through a high-temperature reforming process gas discharged from the reforming process unit 3 to keep the reforming process unit 3 warm, A heat exchanger Ep for the gas to be reformed that heats the gas to be reformed that is supplied to the reforming processing unit 3 by the reforming processing gas, and a raw fuel gas that is supplied to the desulfurization processing unit 1 by the high-temperature reforming processing gas A raw fuel gas heat exchanger Ea that heats the gas, a metamorphic portion cooling flow passage 8 that allows a cooling fluid to flow in order to cool the metamorphic treatment portion 5, and, similarly, to cool the metamorphic treatment portion 6. A shift section cooling flow section 9 through which a cooling fluid flows and a cooling fan 10 for cooling the shift processing section 5 and the selective oxidation processing section 6 are provided.
In addition, a heat exchanger 17 for preheating the raw water is provided to preheat the raw water by exchanging heat between the shift gas discharged from the shift treatment section 5 and the raw water supplied to the steam generation section S.
[0019]
The to-be-reformed gas heat exchanger Ep includes an upstream side reforming process gas flow part 12 for allowing the reforming process gas discharged from the heat retaining flow part 7 to flow, and a target to be supplied to the reforming process part 3. The reformed gas flow section 13 for allowing the reformed gas to flow is provided so as to be able to exchange heat, and the raw fuel gas heat exchanger Ea is discharged from the upstream reforming process gas flow section 12. A downstream reforming process gas flow section 15 through which the reforming process gas flows and a raw fuel gas flow section 16 through which the raw fuel gas supplied to the desulfurization processing section 1 flow are provided so as to be able to exchange heat. It is.
[0020]
In the present invention, the combustion unit 4 combusts the exhaust fuel gas in a state of forming a flame, and the flame formation direction of the flame combustion unit 4F is lower than the flame combustion unit 4F. The catalyst combustion part 4C which is arrange | positioned by the side and burns the exhaust fuel gas which was not burned in the flammable combustion part 4F by the combustion catalyst 4c is comprised.
[0021]
As shown in FIG. 2, the hydrogen-containing gas generation device P is provided with a plurality of rectangular plate-like flat containers B arranged in the thickness direction of the plate-like shape, and each processing unit, A flow passage portion, a combustion portion 4 and the like are configured.
[0022]
A part of the plurality of containers B is constituted by a single-chamber container Bm formed so as to have one chamber, and the rest is a twin-chamber container Bd formed so as to have two compartments. It is composed of.
[0023]
As shown in FIG. 2 to FIG. 5, the twin-chamber container Bd is basically welded at its periphery with a flat partition member 43 positioned between a pair of dish-shaped container forming members 41. Connected to form two flat chambers.
The reforming unit R is configured using one twin-chamber equipped container Bd, and the steam generation unit S is also configured using one twin-chamber equipped container Bd.
Among the twin chamber equipped containers Bd, the twin chamber equipped containers Bd constituting the reforming section R are, as shown in FIGS. 2 to 4, flat-bottomed dish-shaped container forming members 41 having a flat bottom, Between the two-stage dish-shaped container forming member 41 whose one side is deep, the peripheral part is welded and connected in a state where the flat partition member 43 is positioned, and the two chambers are partitioned. .
In addition, among the double chamber-equipped containers Bd, the double chamber-equipped container Bd constituting the water vapor generating unit S has a flat-bottomed dish-shaped container forming member 41 and an inward portion of the bottom as shown in FIG. In the state where the flat partition member 43 is positioned between the convex dish-shaped container forming member 41, the peripheral portion is welded and connected to form two chambers.
Among the twin chamber equipped containers Bd, those other than those constituting the reforming section R and the steam generating section S are formed between the pair of flat bottom dish-shaped container forming members 41 as shown in FIG. With the partition member 43 positioned, the peripheral portion is welded to form two flat chambers.
[0024]
As shown in FIG. 6, the single-chamber container Bm is formed by partitioning a flat chamber by connecting the dish-shaped container forming member 41 and the flat container forming member 42 at the periphery.
A connection nozzle 44 for fluid supply or fluid discharge is attached to each single-chamber container Bm or each double-chamber container Bd in a state of communicating with the internal chamber as necessary.
Although not shown, the interior of the container B is configured to be a meandering flow path as necessary, and the fluid flow path is lengthened.
[0025]
As shown in FIGS. 2 to 4, the twin-chamber container Bd constituting the reforming section R is erected so that the deep part of the two-stage dish-shaped container forming member 41 is located on the lower side. Then, the combustion section 4 is configured by using a portion having a flat chamber formed by the two-stage dish-shaped container forming member 41 and the partition member 43, and the flat bottom-shaped dish-shaped container forming member 41 and the partition are formed. The reforming processing unit 3 is configured using a portion having a flat chamber formed by the member 43.
[0026]
A flat chamber formed by the two-stage dish-shaped container forming member 41 and the partition member 43 and having a large depth on the lower side is defined as a combustion chamber 4r. At the lower end of the combustion chamber 4r, exhaust fuel gas and a combustion chamber are formed. The elongated burner 4b is arranged along the lower edge so that the mixed gas with air is jetted upward into the combustion chamber 4r in a state of almost the entire width thereof, thereby forming the flammable combustion section 4F. The combustion catalyst 4c is arranged in a portion having a narrow depth above the combustion chamber 4r to constitute a catalyst combustion unit 4C.
4i in the figure is an igniter for igniting the burner 4b.
[0027]
That is, in the combustion chamber 4r, the area of each of the pair of wall portions facing each other in a direction orthogonal to the flame formation direction (that is, the combustion gas flow direction) of the flammable combustion portion 4F is wide, and the pair of walls The space between the parts is formed in a flat shape, the flat combustion chamber 4r is arranged vertically, and the flammable combustion part 4F is jetted downward and the mixed gas is jetted upward. (I.e., the flame formation direction is upward), and above the flame combustion section 4F in the combustion chamber 4r, that is, on the lower side of the flame formation direction with respect to the flame combustion section 4F. 4C of catalyst combustion parts are arrange | positioned in the position.
The combustion catalyst 4c is made of platinum, palladium or the like.
[0028]
The mixing unit 4M that mixes the supplied exhaust fuel gas and combustion air has a gas flow direction between the exhaust fuel gas passage 24 for supplying exhaust fuel gas and the combustion air passage 29 for supplying combustion air. In a state of being in the opposite direction, they are connected in a straight line, and a mixed gas path 4m connected to the central portion in the longitudinal direction of the burner 4b is connected to these connecting portions in an orthogonal shape, and the mixing portion 4M is formed. The exhaust fuel gas and the combustion air are made to flow in the opposite state and collide with each other, and the mixed gas mixed in the mixing unit 4M is supplied to the flammable combustion unit 4F. It is configured.
[0029]
Furthermore, the diameter of the mixed gas passage 4m is set so that the flow velocity of the mixed gas flowing therethrough is faster than the combustion speed of the mixed gas, and the mixed gas in which the exhaust fuel gas and the combustion air are well mixed Is discharged from the burner 4b and burned, but backfire is prevented.
[0030]
The flat chamber constituting the reforming processing unit 3 is filled with a large number of porous ceramic particles holding a reforming catalyst such as ruthenium, nickel, platinum or the like in a state where it can be ventilated.
[0031]
As shown in FIG. 2, a twin-chamber container Bd constituting the water vapor generation unit S is erected and includes a flat chamber formed by a convex dish-shaped container forming member 41 and a flat partition member 4. The evaporation processing chamber 2 is configured using the portion, and the steam flow generating heating flow-through portion is formed using the portion including the flat chamber formed by the flat-bottomed dish-shaped container forming member 41 and the partition member 43. 11 and is filled with a heat transfer promoting material made of stainless wool or the like in a breathable state.
[0032]
As shown in FIG. 2, in this embodiment, eight twin-chamber equipped containers Bd and one single-chamber equipped container Bm are positioned, and the single-chamber equipped container Bm is positioned at the third from the left end in a side view. In such a state, they are arranged side by side in the thickness direction in the thickness direction, so that they are compact.
In order to clarify the distinction between the eight twin-chamber equipped containers Bd, for convenience, the codes 1, 2, 3,... Attached.
[0033]
The steam generating section S is constituted by the leftmost twin-chamber equipped container Bd1, and the reforming section R is constituted by the second twin-chamber equipped container Bd2 from the left.
The heat retaining flow-through portion 7 is configured using the single-chamber container Bm.
[0034]
The upstream side reforming gas flow passage 12 is configured by using the left side chamber of the third double-chamber equipped container Bd3 from the left side, and the part having the right side chamber is used for modification. A quality gas flow section 13 is formed. Both chambers are filled with a heat transfer promoting material made of stainless wool or the like so as to allow ventilation.
[0035]
The desulfurization processing unit 1 is configured by using the left side chamber of the fourth double chamber container Bd4 from the left, and the raw fuel gas flow unit 16 is configured by using the right side chamber. It is configured. The left chamber constituting the desulfurization treatment unit 1 is filled with a large number of ceramic porous particles holding a desulfurization catalyst in a state of allowing ventilation.
[0036]
The downstream side reforming gas flow section 15 is configured using the left side chamber of the fifth double chamber container Bd5 from the left, and the transformation process is performed using the right side chamber. Part 5 is configured.
The portion having the left chamber of the sixth double-chamber equipped container Bd6 from the left is used to constitute the shift treatment section 5, and the portion having the right chamber is used to convert the shift section cooling flow section 8 Is configured.
The metamorphosis processing unit 5 is configured by using the seventh double-chamber container Bd7 from the left. Each chamber constituting the shift treatment section is filled with a large number of ceramic porous granular materials holding a catalyst for shift reaction of iron oxide or zinc-zinc in a breathable state.
[0037]
Using the portion with the left chamber of the eighth (right end) double chamber container Bd8 from the left, the transformation section cooling flow section 9 is configured, and the portion with the right chamber is selected. An oxidation treatment unit 6 is configured. The chamber constituting the selective oxidation treatment unit 6 is filled with a large number of ceramic porous particles holding a catalyst for selective oxidation of ruthenium in a breathable state.
[0038]
When arranging a plurality of containers B including eight twin-chamber equipped containers Bd and one single-chamber equipped container Bm, those that need to be heat-transferred are in close contact with each other and the amount of heat transfer is adjusted. These are arranged in a state where a heat transfer material adjusting heat insulating material 19 is interposed between those that need to be.
That is, the heat insulating material 19 is disposed between the leftmost double chamber-equipped container Bd1 constituting the water vapor generating part S and the second double-chamber equipped container Bd2 constituting the reforming part R, and two from the left. The double-chamber container Bd2 and the single-chamber container Bm are closely arranged, and the heat insulating material 19 is disposed between the single-chamber container Bm and the third double-chamber container Bd3 from the left. A heat insulating material 19 is arranged between the second twin-chamber equipped container Bd3 and the fourth twin-chamber equipped container Bd4 from the left, and the fourth to eighth (right end) twin-chamber equipped containers from the left Bd4 to Bd8 are closely arranged.
[0039]
That is, in a state where a plurality of containers B are arranged side by side, the twin-chamber equipped container Bd2 constituting the reforming part R that is required to maintain the highest temperature is disposed in a substantially middle part in the juxtaposition direction, and the reforming part R The single-chamber equipped container Bm and the heat insulating material 19 constituting the heat insulation flow-through portion 7 are arranged on one side of the twin-chamber equipped container Bd2 constituting the heat-insulating side, and arranged on both sides of the juxtaposed direction respectively. The containers B constituting the respective processing units are arranged so that the processing temperatures are generally lowered, and the dual chamber-equipped containers constituting the selective oxidation processing unit 6 that requires cooling at the end in the juxtaposed direction. By disposing Bd8, the heat loss can be suppressed as much as possible while the hydrogen-containing gas generation device P is made compact, and each processing unit and the like can be controlled to an appropriate temperature.
[0040]
The reforming apparatus including the reforming unit R and the steam generation unit S will be described. The flat reforming processing unit 3 is disposed on one side of the flat combusting unit 4 of the reforming unit R. A flat partition member 43 that functions as a wall is arranged in the horizontal direction and closely arranged in the thickness direction, and a flat water vapor generation part S is provided in the horizontal direction on the other side of the combustion part 4 via a heat insulating material 19. The reforming apparatus is configured compactly by arranging them side by side in the thickness direction.
Further, by adopting such an arrangement configuration, a flat partition member 43 that suppresses heat radiation from the combustion unit 4 and causes the flat combustion unit 4 and the reforming processing unit 3 to function as heat transfer walls, respectively. The heat transfer area is widened by being closely arranged in the thickness direction, and the heating efficiency is effectively achieved by the heat radiation suppression from the combustion section 4 and the synergistic effect of heating in the wide heat transfer area. It has been improved.
[0041]
Further, the heat transfer area is obtained by closely arranging the flat steam-generating heating flow-through portion 11 and the evaporation processing chamber 2 in the thickness direction via a flat partition member 43 that functions as a heat transfer wall. The heating efficiency is effectively improved.
[0042]
In the reforming processing unit 3, when the natural gas mainly composed of methane gas is the raw fuel gas, the reforming reaction of methane gas and water vapor is performed by the following reaction formula under heating of about 700 to 750 ° C., for example. Then, the reforming process is performed to a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas.
[0043]
[Chemical 1]
CH_Four+ H₂O → CO + 3H₂
[0044]
In the shift treatment unit 5, the carbon monoxide gas and water vapor in the reforming process gas undergo a shift reaction according to the following reaction formula at a reaction temperature of, for example, about 200 ° C., and the carbon monoxide gas is carbon dioxide. It is transformed into gas.
[0045]
[Chemical formula 2]
CO + H₂O → CO₂+ H₂
[0046]
In the selective oxidation treatment unit 6, the carbon monoxide gas remaining in the shift treatment gas is selectively oxidized at a reaction temperature of about 100 ° C. by the catalytic action of ruthenium.
[0047]
1 and 2, the raw fuel gas supply path 21 is connected to the raw fuel gas flow passage 16 of the raw fuel gas heat exchanger Ea as indicated by the white line arrows, and the raw fuel gas flow The flow part 16, the desulfurization process part 1, the to-be-reformed gas flow part 13 of the to-be-reformed gas heat exchanger Ep, the reforming process part 3, the heat-retaining flow part 7, and the to-be-reformed gas heat exchanger Ep. Gas treatment paths flowing in the order of the upstream reforming process gas flow part 12, the downstream reforming process gas flow part 15 of the raw fuel gas heat exchanger Ea, each of the shift treatment parts 5, and the selective oxidation treatment part 6. They are connected by a gas processing channel 22 so as to form.
A raw water preheating heat exchanger that preheats raw water flowing through the raw water supply passage 25 with the conversion gas in the gas processing flow path 22 that connects the last-stage shift treatment section 5 and the selective oxidation treatment section 6. 17 and a drain trap 34 for removing condensed water from the shift gas is provided at a location downstream of the raw water preheating heat exchanger 17 to exchange heat between the shift gas and the raw water. The raw water is preheated and the shift gas is cooled.
[0048]
Since the temperature of the shift gas discharged from the shift treatment unit 5 is about 200 ° C., and the reaction temperature in the selective oxidation treatment unit 6 is about 100 ° C., in the heat exchanger 17 for raw water preheating, the shift is performed. The processing gas is cooled to a temperature close to the reaction temperature in the selective oxidation processing unit 6, and the amount of heat recovered by the cooling is used for preheating the raw material water.
[0049]
Then, the raw fuel gas supplied from the raw fuel gas supply path 21 is desulfurized in the desulfurization processing unit 1, and the desulfurized raw fuel gas is mixed with water vapor from a water vapor path 26 described later, so that the reforming processing unit 3. The reforming treatment gas is sequentially supplied to the four-stage shift treatment section 5, the carbon monoxide gas is transformed into carbon dioxide gas, and the shift treatment gas is selectively oxidized. 6 to selectively oxidize carbon monoxide gas.
[0050]
The selective oxidation treatment gas discharged from the selective oxidation treatment unit 6 is supplied as fuel gas to the fuel cell G through the fuel gas passage 23, and the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell G is mixed through the exhaust fuel gas passage 24. Supply to the reforming burner 4b via the section 4M.
Note that the temperature of the selective oxidation treatment gas discharged from the selective oxidation treatment unit 6 is about 110 ° C., and the operating temperature of the polymer fuel cell G is about 80 ° C. A fuel gas cooling heat exchanger 33 that cools the selective oxidation treatment gas discharged from the selective oxidation treatment unit 6 to near the operating temperature of the fuel cell G is provided.
[0051]
In FIG. 1 and FIG. 2, a raw water supply path 25 for supplying raw water for steam generation is connected to the evaporation processing chamber 2 of the steam generation section S and generated in the evaporation processing chamber 2 as indicated by solid arrows. The steam passage 26 for delivering the steam is connected to a gas processing flow path 22 that connects the desulfurization processing section 1 and the reformed gas flow section 13 and desulfurization flows through the gas processing flow path 22. The reforming steam is mixed with the raw fuel gas.
[0052]
Provided in the raw material water preheating heat exchanger 17 in the middle of the raw material water supply path 25, and the raw water is meandered at a location downstream of the raw material water preheating heat exchanger 17 in the raw water supply path 25. A serpentine flow portion 18 is provided, and the serpentine flow portion 18 is provided on a portion of the outer wall portion of the steam generator P that covers the combustion portion 4 of the reforming portion R so as to allow heat conduction. The raw water flowing through the meandering flow passage 18 is preheated by conduction heat and radiant heat from the outer wall portion of the hydrogen-containing gas generator P.
And the raw material water supplied to the water vapor | steam production | generation part S is preheated by the heat exchanger 17 for raw material water preheating, and the meandering flow part 18.
[0053]
1 and 2, the combustion gas exhausted from the combustion section 4 of the reforming section R is converted into the steam generation heating flow section 11 and the shift section cooling flow section 8 in this order, as indicated by broken line arrows. The combustion section 4, the steam generation heating flow-through section 11, and the shift section cooling flow-through section 8 are connected by a combustion gas passage 27 so that the combustion gas flows in the steam generation heating flow-through section 11. The evaporative treatment chamber 2 is heated by this, and the metamorphic part cooling flow section 8 is configured to cool the metamorphic treatment part 5 in which the metamorphic reaction, which is an exothermic reaction, is performed by the combustion gas.
The temperature of the combustion gas discharged from the steam generating heating flow passage 11 is about 120 ° C., and the combustion gas flows through the shift cooling portion 8 and cools the shift treatment portion 5. Since the temperature of the combustion gas discharged from the metamorphic section cooling flow section 8 has risen to about 150 ° C., an exhaust heat recovery heat exchanger (not shown) is provided to recover the exhaust heat from the combustion gas. , Produce steam and warm water.
[0054]
1 and 2, the air from the combustion blower 28 is used as combustion air through the metamorphic part cooling flow part 9 and then through the mixing part 4M. The combustion blower 28, the shift section cooling flow section 9, and the mixing section 4M are connected by the combustion air passage 29 so that the combustion air is supplied to the reforming burner 4b of the reforming section R. A combustion air bypass passage 30 is connected to the combustion air passage 29 so as to bypass the metamorphic portion cooling passage portion 9, and the selective oxidation treatment portion uses the air from the combustion blower 28 as oxidation air. 6, an oxidizing air supply path 31 connected to the combustion blower 28 is connected to a gas processing flow path 22 that connects the last-stage modification processing section 5 and the selective oxidation processing section 6. .
[0055]
A state in which combustion air is supplied to the reforming burner 4 b by passing through the metamorphic portion cooling flow passage 9, and through the combustion air bypass passage 30 bypassing the metamorphic portion cooling flow passage 9. On-off valves 35 and 36 are provided for switching to the supply state. Normally, the on-off valves 35 and 36 are switched to a state in which the combustion air flows through the combustion air bypass passage 30. However, when the cooling capacity of the shift treatment section 5 is insufficient, for example, at high temperatures in summer Then, the on-off valves 35 and 36 are switched to a state in which the combustion air flows through the shift section cooling flow section 9, and the shift processing section 5 is cooled with the combustion air.
[0056]
Next, the control configuration of the hydrogen-containing gas generator P will be described.
As shown in FIG. 1, a raw fuel supply amount adjustment valve 37 for adjusting the raw fuel gas supply amount is provided in the raw fuel gas supply path 21, and the reforming processing temperature in the reforming processing unit 3 is set in the reforming unit R. A temperature sensor 38 for detection is provided, and a control unit 39 for controlling the operations of the raw fuel supply amount adjustment valve 37, the reaction blower 14, the combustion blower 28, and the igniter 4i is provided.
[0057]
Hereinafter, the control operation of the control unit 39 will be described.
When there is an operation start command from the operation unit (not shown), the control unit 39 activates the combustion blower 28 and supplies starting gas fuel such as 13A from the starting gas fuel supply path (not shown). The burner 4b is supplied to the burner 4b of the combustion unit 4, the igniter 4i is operated, the burner 4b is ignited and burned, and the temperature detected by the temperature sensor 38 is equal to or higher than a preset target temperature that can be reformed. Then, the raw fuel supply amount adjustment valve 37 is opened to start the reforming process of the raw fuel gas in the reforming processing unit 3, and the reaction blower 14 is operated to start the power generation of the fuel cell G. To do.
[0058]
When the exhaust fuel gas is discharged from the fuel cell G and the combustion heat generated by the exhaust fuel gas enables the raw fuel gas to be reformed, the startup gas fuel supply from the startup gas fuel supply path is reduced. After stopping, the entire amount of the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell G is received by the burner 4b and burned in the combustion unit 4, and the raw fuel gas is reformed in the reforming processing unit 3 by the combustion heat.
[0059]
Then, based on the detected value of the current measuring device 40 that detects the output current from the fuel cell G as the electric load for the fuel cell G, the amount of raw fuel gas supplied to the reforming processing unit 3 is the electric load of the fuel cell G. The raw fuel supply amount adjustment valve 37 is controlled so as to be an amount corresponding to the fuel cell G, and the reaction blower 14 is set so that the reaction air supply amount to the fuel cell G becomes an amount corresponding to the electric load of the fuel cell G. In addition, the combustion blower 28 is controlled so that the temperature detected by the temperature sensor 38 becomes the target temperature, and the amount of combustion air supplied to the burner 4b, that is, the combustion section 4 is adjusted.
That is, when the temperature detected by the temperature sensor 38 becomes higher than the target temperature, the combustion air supply amount is increased and adjusted so that the temperature detected by the temperature sensor 38 becomes the target temperature. When the temperature becomes lower than the target temperature, the combustion air supply amount is decreased and adjusted so that the temperature detected by the temperature sensor 38 becomes the target temperature.
[0060]
Since the combustion unit 4 includes the flame combustion unit 4F and the catalyst combustion unit 4C as described above, the detected temperature of the temperature sensor 38 is higher than the target temperature because the reduction rate of the electric load is large. And the increase rate of the combustion air supply amount is increased, and the increase in the combustion air supply amount is adjusted to be excessive with respect to the exhaust fuel gas reception amount. Even if the fire extinguishes and misfires, the exhaust fuel gas is combusted by the combustion catalyst 4c that is heated in a reactable state, so that stable combustion of the received exhaust fuel gas can be continued.
Thereafter, as the reforming process temperature decreases due to the increase adjustment of the combustion air supply amount, and the combustion air supply amount is adjusted to decrease, the combustion heat generated by the exhaust fuel gas burns in the catalyst combustion unit 4C. The flammable combustion part 4F is ignited, and the exhausted fuel gas is burned again in the flammable combustion part 4F.
[0061]
Further, since the increase rate of the electric load is large, the temperature detected by the temperature sensor 38 is lower than the target temperature, the decrease rate of the combustion air supply amount is increased, and the decrease amount of the combustion air supply amount is increased. As a result, even if the flammable combustion section 4F undergoes incomplete combustion, the unburned portion of the exhaust fuel gas is combusted by the combustion catalyst 4c that is heated in a reactable state. Can be stably burned.
Thereafter, as the reforming temperature rises due to the decrease adjustment of the combustion air supply amount and the combustion air supply amount is increased and adjusted, the flammable combustion section 4F returns to the complete combustion state.
However, even if the supply amount of combustion air is decreased and adjusted so that the temperature detected by the temperature sensor 38 becomes the target temperature, the amount of combustion air necessary for burning the entire amount of the received exhaust fuel gas will be lower. For example, the adjustment range of the combustion air supply amount is set in advance according to the electric load or the like.
[0062]
[Another embodiment]
Next, another embodiment will be described.
(A) The temperature detection position of the temperature sensor 38 may be any position as long as it can detect the reforming processing temperature in the reforming processing unit 3. For example, as illustrated in the above embodiment, the reforming processing is performed. You may provide so that the temperature in the part 3 may be detected.
Alternatively, the temperature in the combustion chamber 4r varies depending on the reforming process temperature in the reforming processing unit 3, so that the temperature in the combustion chamber 4r may be detected.
Or you may provide so that the temperature of the outer wall part of the modification | reformation process part 3 or the outer wall part of the combustion chamber 4r may be detected.
[0063]
(B) The shape and arrangement of the reforming processing unit 3 and the combustion unit 4 are the same as those exemplified in the above embodiment, that is, the flat reforming processing unit 3 and the combustion unit 4, respectively. It is not limited to the form closely arranged in the thickness direction through the flat partition member 43 that functions as a heat transfer wall, and is, for example, partitioned in the reforming processing unit 3 by the heat transfer wall. An arrangement form in which the combustion unit 4 is positioned in a state may be used.
[0064]
(C) In the above embodiment, the hydrogen-containing gas generation device P is exemplified as a case where the respective parts constituting the hydrogen generation gas generator P are integrally assembled to form an integral object. Also good.
For example, the reforming device composed of the reforming unit R and the steam generation unit S may be separated from other parts, and the reforming device may be formed in an independent state.
Further, the reforming part R and the steam generation part S may be formed separately and arranged in a separated state.
[0065]
(D) The fuel cell that is the target of fuel gas generation by the hydrogen-containing gas generation device P according to the present invention is not limited to the solid polymer type exemplified in the above embodiment, but is a phosphoric acid type, a solid electrolyte type Various types of fuel cells such as molten carbonate type can be targeted.
[0066]
(E) In the above embodiment, the hydrogen-containing gas generation device P is illustrated as being configured to include the shift treatment unit 5 and the selective oxidation treatment unit 6, but like a phosphoric acid fuel cell, When the carbon monoxide gas concentration does not need to be as low as that of the polymer type, the selective oxidation treatment unit 6 can be omitted, and there is no problem even if carbon monoxide gas is contained as in the solid electrolyte type. If not, the shift treatment unit 5 and the selective oxidation treatment unit 6 can be omitted.
[0067]
(G) As a raw material for hydrocarbon-based fuel gas generation, various raw fuels such as propane gas, naphtha, kerosene, and alcohols such as methanol are used in addition to the natural gas exemplified in the above embodiment. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a hydrogen-containing gas generation apparatus provided with a reformer for a fuel cell according to an embodiment.
FIG. 2 is a vertical side view of a hydrogen-containing gas generation device equipped with a reformer for a fuel cell according to an embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a reforming section.
FIG. 4 is a longitudinal front view of the combustion section of the reforming section.
FIG. 5 is a perspective view of a twin-chamber container that constitutes the hydrogen-containing gas generator.
FIG. 6 is a perspective view of a single-chamber container that constitutes the hydrogen-containing gas generator.
[Explanation of symbols]
3 Modification processing section
4 Combustion section
4r combustion chamber
4C catalytic combustion section
4F Flamed combustion section
4M mixing section
G Fuel cell
S water vapor generator

Claims

A combustion section for burning the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell, and a reforming processing section for reforming the raw fuel with the combustion heat obtained by burning the exhaust fuel gas in the combustion section;
The raw fuel supply amount to the reforming processing unit is adjusted to be an amount corresponding to the electric load of the fuel cell, and the reforming processing temperature in the reforming processing unit is set to a target temperature. A reformer for a fuel cell configured to adjust a supply amount of combustion air to a combustion unit,
The combustion part is disposed on the lower side of the flame formation direction of the flame combustion part with respect to the flame combustion part for burning the exhaust fuel gas in a state of forming a flame, and the flame combustion part, It comprises a catalyst combustion section for burning the exhaust fuel gas that has not been burned in the flammable combustion section with a combustion catalyst ,
A mixing section is provided for mixing by causing the exhaust fuel gas and combustion air to flow in an opposing state and collide with each other,
A reformer for a fuel cell configured to supply a mixed gas mixed in the mixing section to the flammable combustion section .

The steam generation unit that heats water with the combustion heat to generate steam for reforming in the reforming unit, and the reforming unit are arranged on both sides of the combustion unit. The reformer for a fuel cell according to claim 1.

The combustion chamber constituting the combustion section has a large area of each of the pair of wall sections facing each other in a direction orthogonal to the flame forming direction of the flammable combustion section, and the interval between the pair of wall sections is narrow. The reformer for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the reformer is formed in a flat shape.