JP5228751B2 - Reaction system - Google Patents

Reaction system Download PDF

Info

Publication number
JP5228751B2
JP5228751B2 JP2008248559A JP2008248559A JP5228751B2 JP 5228751 B2 JP5228751 B2 JP 5228751B2 JP 2008248559 A JP2008248559 A JP 2008248559A JP 2008248559 A JP2008248559 A JP 2008248559A JP 5228751 B2 JP5228751 B2 JP 5228751B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
carbon monoxide
state
inlet
reformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008248559A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010076983A (en
Inventor
日出見 横田
義裕 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP2008248559A priority Critical patent/JP5228751B2/en
Publication of JP2010076983A publication Critical patent/JP2010076983A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5228751B2 publication Critical patent/JP5228751B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は、反応システムに関し、特に水素を生成するための反応システムに関する。   The present invention relates to a reaction system, and more particularly to a reaction system for producing hydrogen.

近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素の電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池が、自動車や携帯電子機器等に応用され始めている。   In recent years, as a clean power source with high energy conversion efficiency, fuel cells that generate electric energy by electrochemical reaction of hydrogen have begun to be applied to automobiles, portable electronic devices, and the like.

水素は常温では気体であるため、取り扱いや貯蔵が難しい。このため、貯留した水素を燃料電池に供給することはせず、メタノール等のアルコールや炭化水素を反応させることにより水素を得ている。具体的には、気化させた燃料を水蒸気と混合し、改質器内で反応させて水素を含む生成ガスを得る。改質器内の反応流路には触媒が設けられているので、それらの作用により改質反応を容易に進行させることができる(特許文献1参照)。
また、生成ガスには燃料電池にとって有害な一酸化炭素も含まれるため、優先酸化反応器で一酸化炭素だけを選択的に除去している。優先酸化反応器の反応流路には触媒が設けられているので、一酸化炭素を優先的に酸化させることで一酸化炭素を除去することができる。
特開2001−148254号公報
Since hydrogen is a gas at room temperature, it is difficult to handle and store. For this reason, the stored hydrogen is not supplied to the fuel cell, but hydrogen is obtained by reacting alcohol such as methanol or hydrocarbon. Specifically, the vaporized fuel is mixed with water vapor and reacted in a reformer to obtain a product gas containing hydrogen. Since the reaction channel in the reformer is provided with a catalyst, the reforming reaction can easily proceed by their action (see Patent Document 1).
Further, since the produced gas contains carbon monoxide which is harmful to the fuel cell, only the carbon monoxide is selectively removed by the preferential oxidation reactor. Since a catalyst is provided in the reaction channel of the preferential oxidation reactor, carbon monoxide can be removed by preferentially oxidizing carbon monoxide.
JP 2001-148254 A

改質器における燃料の単位体積あたりの改質効率を向上させるためには、燃料のメタノール水溶液の水とメタノールのモル比率を化学量論比である1:1に近づけることが考えられる。しかし、そうすると、改質器の主反応域において触媒表面に炭素質物質が堆積しやすくなる。その結果、触媒の改質性能が低下して、水素生成量が経時的に減少してしまう。
また、一酸化炭素除去器では、一酸化炭素の除去は空気中の酸素で酸化させることにより行うことができる。しかし、一酸化炭素に対して空気を多量に導入しすぎると、生成した水素も酸素によって大量に酸化されてしまうので、導入する空気量はできるだけ必要最低限であるのが好ましい。しかし、一酸化炭素酸化触媒は一酸化炭素を吸着する力が強いため、空気量を少なくすると、触媒表面が一酸化炭素に被覆されやすくなる。その結果、被覆された触媒は性能が低下するため、一酸化炭素の除去率が経時的に低下してしまう。このような状態で十分に一酸化炭素を除去するためには、過剰の酸素を供給しなければならず、結果として改質した水素を大量に酸化させてしまうといった弊害をもたらした。
In order to improve the reforming efficiency per unit volume of fuel in the reformer, it is conceivable that the molar ratio of water to methanol in the methanol aqueous solution of the fuel is close to the stoichiometric ratio of 1: 1. However, this makes it easier for carbonaceous materials to deposit on the catalyst surface in the main reaction zone of the reformer. As a result, the reforming performance of the catalyst is lowered, and the amount of hydrogen generation decreases with time.
In the carbon monoxide remover, carbon monoxide can be removed by oxidizing with oxygen in the air. However, if a large amount of air is introduced relative to carbon monoxide, the generated hydrogen is also oxidized in a large amount by oxygen. Therefore, the amount of air to be introduced is preferably as small as possible. However, since the carbon monoxide oxidation catalyst has a strong ability to adsorb carbon monoxide, the surface of the catalyst is easily covered with carbon monoxide when the amount of air is reduced. As a result, the performance of the coated catalyst decreases, and the carbon monoxide removal rate decreases with time. In order to sufficiently remove carbon monoxide in such a state, it is necessary to supply excess oxygen, resulting in a problem that a large amount of the reformed hydrogen is oxidized.

すなわち、改質器や一酸化炭素除去器といった触媒反応器の内部を触媒劣化物質や触媒被毒物質が流れると、触媒反応器内部にある触媒が徐々に劣化していく。そうすると、触媒反応器で長期間継続的に反応を行うことができなかった。
このため、触媒の性能を回復すべく、定期的に発電システムの稼働を停止した上で堆積した炭素質物質や吸着した一酸化炭素を除去しなければならず、燃料電池に継続的に水素を供給することが難しかった。
That is, when a catalyst deterioration substance or a catalyst poisoning substance flows through the inside of a catalyst reactor such as a reformer or a carbon monoxide remover, the catalyst inside the catalyst reactor gradually deteriorates. Then, it was not possible to carry out the reaction continuously for a long time in the catalytic reactor.
For this reason, in order to restore the performance of the catalyst, the operation of the power generation system must be stopped periodically, and the deposited carbonaceous material and adsorbed carbon monoxide must be removed. It was difficult to supply.

そこで、本発明の課題は、触媒反応器で触媒反応を継続的に行えるようにすることである。   Accordingly, an object of the present invention is to enable a catalytic reaction to be continuously performed in a catalytic reactor.

以上の課題を解決するため、本発明によれば、2つの出入口と、前記2つの出入口のうち一方から他方にかけて設けられた反応流路と、前記反応流路内に設けられた触媒と、を有する改質器である触媒反応器と、燃料の処理を行い、その処理物を出口から前記触媒反応器に送出する気化器である上流側処理器と、前記触媒反応器を経た生成物を入口から取り込み、取り込んだ生成物を反応させる一酸化炭素除去器である下流側反応器と、前記2つの出入口のうち一方を前記上流側処理器の出口に接続するとともに他方を前記下流側反応器の入口に接続した第1の状態と、他方を前記上流側処理器の出口に接続するとともに一方を前記下流側反応器の入口に接続した第2の状態とに選択的に切り替わる切替部と、前記2つの出入口のうち一方側に設けられ、その一方側の温度を検出する第1温度検出部と、前記2つの出入口のうち他方側に設けられ、その他方側の温度を検出する第2温度検出部と、前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部による検出温度に基づいて前記方向切替部の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする反応システムが提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, two inlets, a reaction channel provided from one to the other of the two inlets, and a catalyst provided in the reaction channel, A catalytic reactor which is a reformer having an upstream processing device which is a vaporizer for processing the fuel and sending the processed product from the outlet to the catalytic reactor, and an inlet for the product passed through the catalytic reactor A downstream reactor that is a carbon monoxide remover that reacts with the product taken in, and one of the two inlets is connected to the outlet of the upstream processor, and the other is connected to the downstream reactor. a first state in which the connection to the inlet, and the second state and switches to selectively switch unit connected one to the inlet of the downstream reactor while connecting the other to the outlet of the upstream processor, wherein One side of two doorways A first temperature detection unit that detects a temperature on one side thereof, a second temperature detection unit that is provided on the other side of the two entrances and detects a temperature on the other side, and the first temperature detection unit And a control unit that controls the direction switching unit based on the temperature detected by the second temperature detection unit and a second temperature detection unit .

好ましくは、前記制御部は、前記第1温度検出部による検出温度と前記第2温度検出部による検出温度との差を求め、求めた差が所定閾値以下である場合に、前記切替部を前記第1の状態から前記第2の状態に又はその逆に切り替える。
好ましくは、前記制御部は、前記第1温度検出部による検出温度と前記第2温度検出部による検出温度との差を求め、求めた差が所定閾値を超えている場合に、前記切替部を前記第1の状態又は前記第2の状態に維持する
Preferably, the control unit obtains a difference between a temperature detected by the first temperature detection unit and a temperature detected by the second temperature detection unit, and when the obtained difference is equal to or less than a predetermined threshold, Switch from the first state to the second state or vice versa.
Preferably, the control unit obtains a difference between a temperature detected by the first temperature detecting unit and a temperature detected by the second temperature detecting unit, and when the obtained difference exceeds a predetermined threshold, The first state or the second state is maintained .

本発明によれば、切替部が第1の状態から第2の状態に、又はその逆に切り替わることにより、触媒反応器内における反応物の流れ方向が逆向きとなる。その結果、それまで反応にあまり寄与せず、性能の低下していない一方の出入口付近の触媒が反応に用いられることとなる。また、性能の低下していた触媒は主反応域から遠ざかっている間に性能を回復する。よって、切替部の切り替えを繰り返すことにより、反応を継続的に行うことが出来る。   According to the present invention, the flow of the reactants in the catalytic reactor is reversed by switching the switching unit from the first state to the second state or vice versa. As a result, the catalyst in the vicinity of one of the inlets and outlets that has not contributed much to the reaction and has not deteriorated in performance is used for the reaction. Further, the catalyst whose performance has been reduced recovers its performance while moving away from the main reaction zone. Therefore, the reaction can be continuously performed by repeatedly switching the switching unit.

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る発電・反応システム100を示すブロック図である。この発電・反応システム100は、ノート型PC、PDA、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器に搭載されている。図1に示された構成要素のうち燃料容器1が電子機器に対して着脱可能とされ、他の構成要素は電子機器に内蔵される。燃料容器1が電子機器に装着されると燃料容器1と燃料ポンプ2が接続される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a power generation / reaction system 100 according to the first embodiment of the present invention. The power generation / reaction system 100 is mounted on a portable electronic device such as a notebook PC, a PDA, an electronic notebook, a digital camera, a mobile phone, a wristwatch, or a game device. Among the components shown in FIG. 1, the fuel container 1 is detachable from the electronic device, and the other components are built in the electronic device. When the fuel container 1 is mounted on an electronic device, the fuel container 1 and the fuel pump 2 are connected.

発電・反応システム100は、燃料容器1、燃料ポンプ2、気化器3、方向切替弁10、改質器4、一酸化炭素除去器5、燃料電池7、触媒燃焼器8及び水素燃焼器9等を備える。   The power generation / reaction system 100 includes a fuel container 1, a fuel pump 2, a vaporizer 3, a direction switching valve 10, a reformer 4, a carbon monoxide remover 5, a fuel cell 7, a catalytic combustor 8, a hydrogen combustor 9, and the like. Is provided.

燃料容器1には、液体燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル)と水が混合した状態又は別々になった状態で貯留されている。   The fuel container 1 stores liquid fuel (for example, methanol, ethanol, dimethyl ether) and water in a mixed state or in a separate state.

燃料ポンプ2は、燃料容器1から液体燃料と水の混合液を吸い上げ、吸い上げた混合液を気化器3へ送液するものである。燃料ポンプ2は、電気駆動式ポンプである。   The fuel pump 2 sucks up a liquid mixture of liquid fuel and water from the fuel container 1 and sends the sucked up liquid mixture to the vaporizer 3. The fuel pump 2 is an electrically driven pump.

エアポンプ6は、外部の空気を一酸化炭素除去器5、燃料電池7のカソード72、触媒燃焼器8及び水素燃焼器9に供給する。エアポンプ6は、電気駆動式ポンプである。   The air pump 6 supplies external air to the carbon monoxide remover 5, the cathode 72 of the fuel cell 7, the catalytic combustor 8, and the hydrogen combustor 9. The air pump 6 is an electrically driven pump.

気化器3は、改質器4の上流側に設けられた上流側処理器である。気化器3は、燃料の処理としての燃料の気化を行う。具体的には、気化器3は、燃料ポンプ2から送られてきた液体燃料と水の混合液を気化させるものである。気化器3には、電熱材からなるヒータ31が設けられ、燃料ポンプ2から気化器3に送られた混合液はヒータ31の熱により気化される。気化器3で気化した水と燃料の混合気は、切替部である方向切替弁10を経由して改質器4に送られる。   The vaporizer 3 is an upstream processor provided on the upstream side of the reformer 4. The vaporizer 3 vaporizes the fuel as a fuel treatment. Specifically, the vaporizer 3 vaporizes a liquid mixture of liquid fuel and water sent from the fuel pump 2. The vaporizer 3 is provided with a heater 31 made of an electric heating material, and the mixed solution sent from the fuel pump 2 to the vaporizer 3 is vaporized by the heat of the heater 31. The mixture of water and fuel vaporized in the vaporizer 3 is sent to the reformer 4 via the direction switching valve 10 which is a switching unit.

改質器4は、気化器3で気化した水と燃料を反応させて、水素ガス等を生成するものである。また、改質器4においては僅かながらの一酸化炭素が生成される。燃料容器1内の燃料がメタノールの場合には、(1)、(2)のような化学反応が起こる。改質器4内で行われる改質反応は吸熱反応であるので、改質器4がヒータ43によって加熱される。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
2+CO2→H2O+CO …(2)
The reformer 4 reacts the water vaporized by the vaporizer 3 and fuel to generate hydrogen gas or the like. Further, a slight amount of carbon monoxide is generated in the reformer 4. When the fuel in the fuel container 1 is methanol, chemical reactions such as (1) and (2) occur. Since the reforming reaction performed in the reformer 4 is an endothermic reaction, the reformer 4 is heated by the heater 43.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)

改質器4で生成した生成ガス(水素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素等の混合気)は、方向切替弁10を経由して一酸化炭素除去器5に送られる。   The product gas (mixture of hydrogen gas, carbon dioxide, carbon monoxide, etc.) generated by the reformer 4 is sent to the carbon monoxide remover 5 via the direction switching valve 10.

一酸化炭素除去器5は、改質器4の下流側に設けられた下流側反応器である。一酸化炭素除去器5は、改質器4で生成した生成ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に除去するものである。一酸化炭素除去器5は流路51bを有し、流路51bの壁面には選択酸化触媒(例えば、Pt触媒)が担持されている。   The carbon monoxide remover 5 is a downstream reactor provided on the downstream side of the reformer 4. The carbon monoxide remover 5 selectively removes carbon monoxide contained in the product gas produced by the reformer 4. The carbon monoxide remover 5 has a flow path 51b, and a selective oxidation catalyst (for example, a Pt catalyst) is supported on the wall surface of the flow path 51b.

改質器4で生成した生成ガスは、エアポンプ6から送られてくる空気と混合されて一酸化炭素除去器5の流路51bを流れる。そして、一酸化炭素が選択酸化触媒により次式(3)のように優先的に酸化される。これにより二酸化炭素が生成され、一酸化炭素が除去される。一酸化炭素が除去された生成ガスは、燃料電池7のアノード71へと送られる。
2CO+O2→2CO2 …(3)
The product gas generated by the reformer 4 is mixed with the air sent from the air pump 6 and flows through the flow path 51 b of the carbon monoxide remover 5. Carbon monoxide is preferentially oxidized by the selective oxidation catalyst as shown in the following formula (3). This produces carbon dioxide and removes carbon monoxide. The product gas from which the carbon monoxide has been removed is sent to the anode 71 of the fuel cell 7.
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)

燃料電池7は、アノード71と、カソード72と、アノード71とカソード72の間に挟まれた電解質膜73とを有する。一酸化炭素除去器5から送出された生成ガスは燃料電池7のアノード71に送られ、更に外部の空気がエアポンプ6によってカソード72に送られる。アノード71に供給された水素が、電解質膜73を介して、カソード72に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、アノード71とカソード72との間で電力が生じる。   The fuel cell 7 includes an anode 71, a cathode 72, and an electrolyte membrane 73 sandwiched between the anode 71 and the cathode 72. The product gas sent from the carbon monoxide remover 5 is sent to the anode 71 of the fuel cell 7, and external air is sent to the cathode 72 by the air pump 6. The hydrogen supplied to the anode 71 undergoes an electrochemical reaction with oxygen in the air supplied to the cathode 72 via the electrolyte membrane 73, thereby generating electric power between the anode 71 and the cathode 72.

電解質膜73は固体高分子電解質膜である。そのため、アノード71では次式(4)のような反応が起き、アノード71で生成された水素イオンが電解質膜73を透過し、カソード72では次式(5)のような反応が起こる。
2→2H++2e- …(4)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(5)
The electrolyte membrane 73 is a solid polymer electrolyte membrane. Therefore, a reaction such as the following formula (4) occurs at the anode 71, hydrogen ions generated at the anode 71 pass through the electrolyte membrane 73, and a reaction such as the following formula (5) occurs at the cathode 72.
H 2 → 2H + + 2e (4)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O (5)

燃料電池7のアノード71とカソード72との間で生じた電力はDC/DCコンバータ20に供給される。DC/DCコンバータ20は燃料電池7により生成された電気を適切な電圧に変換したのちに電子機器の内部回路に供給するためのものである。カソード72では水が生成され、燃料容器1に回収されるか、水蒸気として反応に寄与しなかった空気とともにカソード72から送出される。   Electric power generated between the anode 71 and the cathode 72 of the fuel cell 7 is supplied to the DC / DC converter 20. The DC / DC converter 20 is for supplying electricity generated by the fuel cell 7 to an appropriate circuit after being converted into an appropriate voltage. Water is generated at the cathode 72 and is collected in the fuel container 1 or sent from the cathode 72 together with air that has not contributed to the reaction as water vapor.

触媒燃焼器8は、燃料電池7のアノード71で電気化学反応せずに残った水素ガスを燃焼させて、改質器4や一酸化炭素除去器5を加熱するものである。触媒燃焼器8の内部には流路が形成され、その流路の壁面に燃焼触媒(例えば、Pt触媒)が担持されている。アノード71から触媒燃焼器8に送出された水素ガス等は、エアポンプ6より導入される外部の空気と混合された状態で触媒燃焼器8の流路を流れ、水素ガス等がヒータ81により加熱される。触媒燃焼器8の流路を流れる混合気のうち水素が燃焼触媒により燃焼し、これにより燃焼熱が発する。触媒燃焼器8で発生した燃焼熱は改質器4及び一酸化炭素除去器5に伝搬され、改質器4における改質反応及び一酸化炭素除去器5の選択酸化反応の促進に用いられる。触媒燃焼器8では燃焼熱によって改質器4及び一酸化炭素除去器5が過熱しないように燃料電池7のアノード71から排出された全ての水素を燃焼しないように設定されている。   The catalytic combustor 8 heats the reformer 4 and the carbon monoxide remover 5 by burning the hydrogen gas remaining without electrochemical reaction at the anode 71 of the fuel cell 7. A flow path is formed inside the catalytic combustor 8, and a combustion catalyst (for example, a Pt catalyst) is supported on the wall surface of the flow path. Hydrogen gas or the like sent from the anode 71 to the catalyst combustor 8 flows through the flow path of the catalyst combustor 8 in a state of being mixed with external air introduced from the air pump 6, and the hydrogen gas or the like is heated by the heater 81. The Of the air-fuel mixture flowing through the flow path of the catalytic combustor 8, hydrogen is burned by the combustion catalyst, thereby generating combustion heat. The combustion heat generated in the catalytic combustor 8 is propagated to the reformer 4 and the carbon monoxide remover 5 and used to promote the reforming reaction in the reformer 4 and the selective oxidation reaction of the carbon monoxide remover 5. The catalytic combustor 8 is set not to burn all the hydrogen discharged from the anode 71 of the fuel cell 7 so that the reformer 4 and the carbon monoxide remover 5 are not overheated by the combustion heat.

水素燃焼器9は、触媒燃焼器8の燃焼を経ても僅かに残った水素を外部に排出しても問題内のない程度の濃度になるまで燃焼するものである。触媒燃焼器8を経た混合気は水素燃焼器9に送出され、更に外部の空気がエアポンプ6によって水素燃焼器9に供給される。水素燃焼器9の内部にも流路が形成され、その流路の壁面に燃焼触媒(例えば、Pt触媒)が担持されている。触媒燃焼器8から水素燃焼器9に送られた混合気が空気と混合して水素燃焼器9の流路を流れる。これにより、触媒燃焼器8から送られてきた混合気中に含まれる微量な水素が水となって除去される。   The hydrogen combustor 9 is combusted to a concentration that does not cause a problem even if a small amount of hydrogen remaining after the combustion of the catalytic combustor 8 is discharged to the outside. The air-fuel mixture that has passed through the catalytic combustor 8 is sent to the hydrogen combustor 9, and external air is further supplied to the hydrogen combustor 9 by the air pump 6. A flow path is also formed inside the hydrogen combustor 9, and a combustion catalyst (for example, a Pt catalyst) is supported on the wall surface of the flow path. The air-fuel mixture sent from the catalyst combustor 8 to the hydrogen combustor 9 is mixed with air and flows through the flow path of the hydrogen combustor 9. Thereby, a very small amount of hydrogen contained in the air-fuel mixture sent from the catalytic combustor 8 is removed as water.

改質器4、触媒燃焼器8及び一酸化炭素除去器5は断熱パッケージ内に収容されている。断熱パッケージ内が1Pa未満の真空状態となっており、断熱パッケージ内の熱が外部に放散し難くなっている。なお、方向切替弁10が断熱パッケージ内に収容されていてもよいし、断熱パッケージの外に設置されていてもよい。   The reformer 4, the catalytic combustor 8, and the carbon monoxide remover 5 are accommodated in a heat insulating package. The inside of the heat insulation package is in a vacuum state of less than 1 Pa, and the heat inside the heat insulation package is difficult to dissipate to the outside. In addition, the direction switching valve 10 may be accommodated in the heat insulation package, or may be installed outside the heat insulation package.

続いて、改質器4について具体的に説明する。図2は改質器4の上面図、図3は改質器4の下面図、図4は改質器4の断面図である。改質器4はシリコン基板41及びガラス基板42を張り合わせて構成される。シリコン基板41の表面(接合面の反対側の面)には薄膜状の電気抵抗発熱体であるヒータ43が形成され、シリコン基板41の裏面(接合面)には蛇行する溝状の反応流路41bが形成されている。反応流路41bの壁面には改質触媒(例えば、Cu/ZnO系触媒)41cが担持されている。シリコン基板41の裏面にはガラス基板42が張り合わされている。ガラス基板42には、反応流路41bの両端と重なる位置に出入口4a、4bが設けられている。このため、出入口4aから気体を送り込むと、反応流路41bを通り出入口4bから抜け出るようになっている。勿論、その逆も可能である。また、出入口4aの横には第1温度検出部である第1温度センサ44aが、出入口4bの横には第2温度検出部である第2温度センサ44bが取り付けられており、反応流路41b両端付近の温度が温度センサ44a,44bによってそれぞれ検出されて電気信号に変換される。なお、第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bは、サーミスタでもよい。サーミスタとしては金(Au)及び金がシリコン基板41に熱拡散することを防止するために介在するタングステン等の高融点金属下地膜の積層構造であることが好ましい。このときサーミスタとして十分機能するために金の抵抗が高融点金属下地膜の抵抗の1/10以下になるように各層の厚さを設定している。この場合、ヒータ43を第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bと同じ金属膜で一括して形成してもよい。   Next, the reformer 4 will be specifically described. 2 is a top view of the reformer 4, FIG. 3 is a bottom view of the reformer 4, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the reformer 4. The reformer 4 is configured by bonding a silicon substrate 41 and a glass substrate 42 together. A heater 43, which is a thin-film electric resistance heating element, is formed on the surface of the silicon substrate 41 (the surface opposite to the bonding surface), and a meandering groove-shaped reaction channel is formed on the back surface (bonding surface) of the silicon substrate 41. 41b is formed. A reforming catalyst (for example, a Cu / ZnO-based catalyst) 41c is supported on the wall surface of the reaction channel 41b. A glass substrate 42 is bonded to the back surface of the silicon substrate 41. The glass substrate 42 is provided with entrances 4a and 4b at positions overlapping with both ends of the reaction channel 41b. For this reason, when gas is sent from the inlet / outlet 4a, it passes through the reaction channel 41b and exits from the inlet / outlet 4b. Of course, the reverse is also possible. A first temperature sensor 44a, which is a first temperature detection unit, is attached to the side of the entrance / exit 4a, and a second temperature sensor 44b, which is a second temperature detection unit, is attached to the side of the entrance / exit 4b. The temperatures near both ends are detected by the temperature sensors 44a and 44b, respectively, and converted into electrical signals. The first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b may be a thermistor. The thermistor preferably has a laminated structure of gold (Au) and a refractory metal base film such as tungsten interposed to prevent the gold from thermally diffusing into the silicon substrate 41. At this time, in order to sufficiently function as a thermistor, the thickness of each layer is set so that the resistance of gold becomes 1/10 or less of the resistance of the refractory metal base film. In this case, the heaters 43 may be collectively formed of the same metal film as the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b.

続いて、方向切替弁10について説明する。方向切替弁10は、ポートの数を4つとし、切替位置の数を2とした方向切替弁である。具体的には、方向切替弁10は、図5及び図6に示すように構成されている。図5及び図6は、方向切替弁10の断面とともに改質器4を示した概略図である。方向切替弁10は、シリンダ10e、弁体11、ポート10a〜10d及びアクチュエータ等を有する。ポート10a〜10dがシリンダ10eに形成されている。弁体11は、シリンダ10eの内部空間を2つの領域に区切るようにしてシリンダ10eの内側に収容されている。弁体11の一部はシリンダ10eに内接している。また、弁体11は電動のアクチュエータによってシリンダ10eに対し回転される。弁体11が図5に示すような位置にある場合には、弁体11によって仕切られた2つの領域のうち一方がポート10a,10bに通じ、もう一方がポート10c,10dに通じている。一方、弁体11が図6に示すような位置にある場合には、弁体11によって仕切られた2つの領域のうち一方がポート10a,10cに通じ、もう一方がポート10b,10dに通じている。以下では、図5の状態を第1の状態といい、図6の状態を第2の状態という。   Next, the direction switching valve 10 will be described. The direction switching valve 10 is a direction switching valve in which the number of ports is four and the number of switching positions is two. Specifically, the direction switching valve 10 is configured as shown in FIGS. 5 and 6 are schematic views showing the reformer 4 together with the cross section of the direction switching valve 10. The direction switching valve 10 includes a cylinder 10e, a valve body 11, ports 10a to 10d, an actuator, and the like. Ports 10a to 10d are formed in the cylinder 10e. The valve body 11 is accommodated inside the cylinder 10e so as to divide the internal space of the cylinder 10e into two regions. A part of the valve body 11 is inscribed in the cylinder 10e. The valve body 11 is rotated with respect to the cylinder 10e by an electric actuator. When the valve body 11 is located as shown in FIG. 5, one of the two regions partitioned by the valve body 11 communicates with the ports 10a and 10b, and the other communicates with the ports 10c and 10d. On the other hand, when the valve body 11 is in a position as shown in FIG. 6, one of the two regions partitioned by the valve body 11 communicates with the ports 10a and 10c, and the other communicates with the ports 10b and 10d. Yes. Hereinafter, the state of FIG. 5 is referred to as a first state, and the state of FIG. 6 is referred to as a second state.

例えば初期改質時に、図1、図5に示すように、ポート10aが気化器3の出口3bに通じ、ポート10bが改質器4の出入口4aに通じ、ポート10cが改質器4の出入口4bに通じ、ポート10dが一酸化炭素除去器5の入口5aに通じている第1の状態である場合には、気化器3の出口3bが方向切替弁10によって改質器4の出入口4aに接続されるとともに、改質器4の出入口4bが方向切替弁10によって一酸化炭素除去器5の入口5aに接続される。一方、初期改質時を過ぎて改質器4の出入口4a近傍の触媒による改質反応速度が低下しているとみなされたら図6に示すように、方向切替弁10が第2の状態とし、気化器3の出口3bが方向切替弁10によって改質器4の出入口4bに接続されるとともに、改質器4の出入口4aが一酸化炭素除去器5の入口5aに接続される。   For example, during the initial reforming, as shown in FIGS. 1 and 5, the port 10 a communicates with the outlet 3 b of the vaporizer 3, the port 10 b communicates with the inlet / outlet 4 a of the reformer 4, and the port 10 c connects with the inlet / outlet of the reformer 4. When the port 10d is in the first state leading to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5, the outlet 3b of the vaporizer 3 is connected to the inlet / outlet 4a of the reformer 4 by the direction switching valve 10. In addition to being connected, the inlet / outlet 4 b of the reformer 4 is connected to the inlet 5 a of the carbon monoxide remover 5 by the direction switching valve 10. On the other hand, if it is considered that the reforming reaction rate due to the catalyst in the vicinity of the inlet / outlet 4a of the reformer 4 has decreased after the initial reforming time, the direction switching valve 10 is set to the second state as shown in FIG. The outlet 3 b of the vaporizer 3 is connected to the inlet / outlet 4 b of the reformer 4 by the direction switching valve 10, and the inlet / outlet 4 a of the reformer 4 is connected to the inlet 5 a of the carbon monoxide remover 5.

図7は、発電・反応システム100の回路構成を示したブロック図である。制御部30は、マイクロコンピュータである。即ち、制御部30は、CPU、RAM、ROM等を有する。そして、制御部30は、ROMに格納されたプログラムに従って燃料ポンプ2、エアポンプ6、気化器3のヒータ31、改質器4のヒータ43、方向切替弁10等を制御する。   FIG. 7 is a block diagram showing a circuit configuration of the power generation / reaction system 100. The control unit 30 is a microcomputer. That is, the control unit 30 includes a CPU, a RAM, a ROM, and the like. The control unit 30 controls the fuel pump 2, the air pump 6, the heater 31 of the vaporizer 3, the heater 43 of the reformer 4, the direction switching valve 10, and the like according to a program stored in the ROM.

第1温度センサ44aによる検出温度、第2温度センサ44bによる検出温度は制御部30へと出力される。
制御部30は、ROMに格納されたプログラムによって、第1温度センサ44a、第2温度センサ44bによる検出温度に基づき方向切替弁10を制御する機能を有する。具体的には、制御部30は、第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bのうち、一酸化炭素除去器5の入口5aに連結される側の検出温度t2から気化器3の出口3bに連結されている側の検出温度t1を差し引いた値を求める減算機能を有する。また、制御部30は、求めた差を所定閾値と比較し、求めた差が所定閾値を超えているか否かを判定する比較機能を有する。ここで改質器4の触媒が正常に機能していれば、第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bのうち、気化器3の出口3bに連結されている側では、改質吸熱反応速度が高いため、一酸化炭素除去器5の入口5aに連結される側に比べて検出温度が低くなる。したがって、t2−t1は正の値になり、異常運転閾値温度をTとすると、t2−t1>Tとなり、制御部30は触媒が良好の状態であると判断する。一方、気化器3の出口3bに連結されている側の改質器4の触媒が劣化した場合、第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bのうち、気化器3の出口3bに連結されている側では、吸熱反応速度が低くなるので温度t1が高くなり、一酸化炭素除去器5の入口5aに連結される側では未反応のまま進入してくる原料濃度が高くなるため吸熱反応が増大し、t2が低くなるのでt2−t1≦Tとなり、制御部30は触媒の状態が悪いと判断する。制御部30は、求めた差(t2−t1)が所定閾値Tを超えると判定したら、方向切替弁10の状態を現状の状態(第1の状態又は第2の状態)に維持する維持機能を有する。一方、制御部30は、求めた差(t2−t1)が所定閾値T以下であると判定したら、方向切替弁10の状態を第1の状態から第2の状態へ又はその逆に切り替える切替機能を有する。なお、これらの機能は、プログラムによって実現されるのではなく、論理回路によって実現されてもよい。例えば、減算機能が減算器によって、比較機能がコンパレータによって、維持機能及び切替機能がスイッチング回路によって実現される。
The temperature detected by the first temperature sensor 44 a and the temperature detected by the second temperature sensor 44 b are output to the control unit 30.
The control unit 30 has a function of controlling the direction switching valve 10 based on temperatures detected by the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b by a program stored in the ROM. Specifically, the control unit 30 moves from the detected temperature t2 on the side connected to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5 to the outlet 3b of the vaporizer 3 among the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b. It has a subtraction function for obtaining a value obtained by subtracting the detected temperature t1 on the connected side. The control unit 30 has a comparison function that compares the obtained difference with a predetermined threshold value and determines whether the obtained difference exceeds the predetermined threshold value. Here, if the catalyst of the reformer 4 is functioning normally, the reforming endothermic reaction rate is on the side of the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b connected to the outlet 3b of the vaporizer 3. Therefore, the detected temperature is lower than that on the side connected to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5. Therefore, t2−t1 is a positive value, and when the abnormal operation threshold temperature is T, t2−t1> T, and the control unit 30 determines that the catalyst is in a good state. On the other hand, when the catalyst of the reformer 4 on the side connected to the outlet 3b of the vaporizer 3 deteriorates, it is connected to the outlet 3b of the vaporizer 3 out of the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b. Since the endothermic reaction rate is low on the side where the gas is present, the temperature t1 increases, and on the side connected to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5, the concentration of the raw material that enters unreacted increases and the endothermic reaction increases. Since t2 becomes low, t2−t1 ≦ T, and the control unit 30 determines that the state of the catalyst is bad. When it is determined that the obtained difference (t2−t1) exceeds the predetermined threshold T, the control unit 30 has a maintenance function for maintaining the state of the direction switching valve 10 in the current state (first state or second state). Have. On the other hand, if the controller 30 determines that the obtained difference (t2−t1) is equal to or less than the predetermined threshold T, the switching function that switches the state of the direction switching valve 10 from the first state to the second state or vice versa. Have Note that these functions may be realized not by a program but by a logic circuit. For example, the subtraction function is realized by a subtracter, the comparison function is realized by a comparator, and the maintenance function and the switching function are realized by a switching circuit.

続いて、制御部30による処理の流れ及びそれに伴う発電・反応システム100の動作について説明する。
まず、制御部30がヒータ31及びヒータ43に電力を供給して、ヒータ31及びヒータ43を発熱させる。これにより、気化器3及び改質器4が昇温する。
一酸化炭素除去器5にもヒータが設けられ、一酸化炭素除去器5の温度が室温である場合には、ヒータによって一酸化炭素除去器5が加熱される。
次に、制御部30がエアポンプ6を作動させる。これにより、空気が一酸化炭素除去器5、燃料電池7のカソード72、触媒燃焼器8及び水素燃焼器9に供給される。
次に、制御部30が方向切替弁40を第1の状態にする。
Next, the flow of processing by the control unit 30 and the operation of the power generation / reaction system 100 associated therewith will be described.
First, the control unit 30 supplies power to the heater 31 and the heater 43 to cause the heater 31 and the heater 43 to generate heat. Thereby, the vaporizer 3 and the reformer 4 are heated.
The carbon monoxide remover 5 is also provided with a heater. When the temperature of the carbon monoxide remover 5 is room temperature, the carbon monoxide remover 5 is heated by the heater.
Next, the control unit 30 operates the air pump 6. As a result, air is supplied to the carbon monoxide remover 5, the cathode 72 of the fuel cell 7, the catalytic combustor 8, and the hydrogen combustor 9.
Next, the control part 30 makes the direction switching valve 40 a 1st state.

次に、制御部30が燃料ポンプ2を作動させる。これにより、燃料容器1内の燃料と水が気化器3に送られ、気化器3において燃料と水が気化する。気化した燃料と水の混合気が気化器3から送出される。気化器3の出口3bから送られてきた気化した水と燃料は、直前の運転での第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bでの温度差によって制御部30がより良好と判断した触媒のある側から改質器4に入るため、例えばポート10aからシリンダ10e内に入り、シリンダ10e内を通ってポート10bから抜け出し、例えば出入口4aから改質器4の反応流路41bに入る。そして、燃料と水の混合気は、反応流路41bを流れながら改質触媒41cにより反応を起こす。燃料と水の反応は、反応流路41bのうち上流の出入口4a寄りで起こり、下流の出入口4b寄りでは起こらない。改質反応を経て生成した生成ガスは、出入口4bから出てポート10cからシリンダ10e内に入り、シリンダ10e内を通ってポート10dから抜け出し、一酸化炭素除去器5の入口5aに送られる。一酸化炭素除去器5に導入された生成ガスのうち一酸化炭素が選択酸化反応により除去される。そして、燃料電池7では水素と酸素の電気化学反応が起こり、触媒燃焼器8では未反応水素が燃焼し、水素燃焼器9では残留水素が燃焼して除去される。こうして、水素燃焼器9から排ガスが排出される。   Next, the control unit 30 operates the fuel pump 2. Thereby, the fuel and water in the fuel container 1 are sent to the vaporizer 3, and the fuel and water are vaporized in the vaporizer 3. The vaporized fuel / water mixture is delivered from the vaporizer 3. The vaporized water and fuel sent from the outlet 3b of the vaporizer 3 are the catalyst that the control unit 30 has determined to be better due to the temperature difference between the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b in the previous operation. In order to enter the reformer 4 from a certain side, for example, it enters the cylinder 10e from the port 10a, exits from the port 10b through the cylinder 10e, and enters the reaction flow path 41b of the reformer 4 from, for example, the inlet / outlet 4a. The fuel / water mixture reacts with the reforming catalyst 41c while flowing through the reaction channel 41b. The reaction between the fuel and water occurs near the upstream inlet / outlet 4a in the reaction channel 41b and does not occur near the downstream inlet / outlet 4b. The product gas generated through the reforming reaction exits from the inlet / outlet 4b, enters the cylinder 10e from the port 10c, exits from the port 10d through the cylinder 10e, and is sent to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5. Of the product gas introduced into the carbon monoxide remover 5, carbon monoxide is removed by a selective oxidation reaction. Then, an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs in the fuel cell 7, unreacted hydrogen burns in the catalytic combustor 8, and residual hydrogen burns and is removed in the hydrogen combustor 9. In this way, exhaust gas is discharged from the hydrogen combustor 9.

以上のように、燃料ポンプ2及びエアポンプ6が作動している間、制御部30は一定時間経過する毎に図8に示すルーチンを実行する。図8に示すルーチンが開始されると、制御部30は、第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bのうち、気化器3の出口3bに連結されている側の検出温度t1(図5の場合、第1温度センサ44aの検出温度であり、図6の場合、第2温度センサ44bの検出温度)及び一酸化炭素除去器5の入口5aに連結される側の検出温度t2(図5の場合、第2温度センサ44bの検出温度であり、図6の場合、第1温度センサ44aの検出温度)を入力する(ステップS1)。制御部30は、検出温度t2から検出温度t1を差し引いた値(t2−t1)を所定閾値Tと比較する。(ステップS2)。比較の結果、温度差(t2−t1)が所定閾値Tを超えていると制御部30によって認定されると(ステップS2:Yes)、再びステップS1に戻る。そのため、方向切替弁10の状態は、現状の状態に保たれる。反対に、その温度差(t2−t1)が所定閾値T以下であると制御部30によって認定されると(ステップS2:No)、制御部30は、方向切替弁10のアクチュエータを作動させて弁体11を回転させことによって、方向切替弁10の状態を第1の状態から第2の状態に又はその逆に切り替え(ステップS3)、ステップS1に戻る。切り替え前の第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bでの検出温度がそれぞれt1、t2とすると、切り替え後は、第1温度センサ44a及び第2温度センサ44bでの検出温度がそれぞれt2、t1となる。   As described above, while the fuel pump 2 and the air pump 6 are operating, the control unit 30 executes the routine shown in FIG. 8 every time a fixed time elapses. When the routine shown in FIG. 8 is started, the control unit 30 detects the detected temperature t1 on the side of the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b connected to the outlet 3b of the vaporizer 3 (in FIG. 5). The detected temperature of the first temperature sensor 44a, and in the case of FIG. 6, the detected temperature of the second temperature sensor 44b) and the detected temperature t2 on the side connected to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5 (FIG. 5). In this case, the detected temperature of the second temperature sensor 44b is input. In the case of FIG. 6, the detected temperature of the first temperature sensor 44a is input (step S1). The control unit 30 compares a value (t2−t1) obtained by subtracting the detected temperature t1 from the detected temperature t2 with a predetermined threshold T. (Step S2). As a result of the comparison, if the controller 30 recognizes that the temperature difference (t2−t1) exceeds the predetermined threshold T (step S2: Yes), the process returns to step S1 again. Therefore, the state of the direction switching valve 10 is kept in the current state. On the other hand, when the controller 30 recognizes that the temperature difference (t2−t1) is equal to or less than the predetermined threshold T (step S2: No), the controller 30 operates the actuator of the direction switching valve 10 to operate the valve. By rotating the body 11, the state of the direction switching valve 10 is switched from the first state to the second state or vice versa (step S3), and the process returns to step S1. If the detected temperatures at the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b before switching are t1 and t2, respectively, the detected temperatures at the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b after switching are t2 and t1, respectively. It becomes.

ここで、前述したように、燃料の改質は改質器4の反応流路41bのうち上流部でその大部分が行われる。この大部分の反応が行われている主反応域では、長時間改質を続けると改質触媒41cの表面に次第に炭素質物質が堆積し、改質触媒41cの改質性能が低下してくる。すると、主反応域が反応流路41bの入口付近から次第にあまり炭素質物質が堆積していない反応流路41bの奥の方へと移っていく。   Here, as described above, most of the reforming of the fuel is performed in the upstream portion of the reaction flow path 41 b of the reformer 4. In the main reaction zone where most of the reaction is performed, if the reforming is continued for a long time, the carbonaceous material is gradually deposited on the surface of the reforming catalyst 41c, and the reforming performance of the reforming catalyst 41c is lowered. . Then, the main reaction zone gradually moves from the vicinity of the inlet of the reaction channel 41b toward the back of the reaction channel 41b where no carbonaceous material is deposited.

図9は、反応流路41bで改質反応が起きている時の反応流路41bの温度分布を示したものであり、縦軸が温度、横軸が出入口4aからの距離、x1が第1温度センサ44aの設置位置、x2が第2温度センサ44bの設置位置である。改質反応は吸熱反応であるため、改質反応が活発に行われている主反応域では温度が周囲に比べ低くなる。まだ何処にも炭素質物質が堆積していない状態では、主反応域とx1とが近接しているので、x1における検出温度tx1がt1となり、x2における検出温度tx2がt2となり、(但し、t1<t2)、それらの差(t2−t1)は所定の閾値Tを超えている。そのため、制御部30が図8の処理を実行しても、検出温度tx1、tx2の差も所定の閾値Tを超えているから(ステップS2:Yes)、制御部30が方向切替弁10の状態を切り替えず、方向切替弁10が第1の状態に維持される。   FIG. 9 shows the temperature distribution in the reaction channel 41b when the reforming reaction is occurring in the reaction channel 41b. The vertical axis indicates the temperature, the horizontal axis indicates the distance from the inlet / outlet 4a, and x1 indicates the first. The installation position of the temperature sensor 44a and x2 is the installation position of the second temperature sensor 44b. Since the reforming reaction is an endothermic reaction, the temperature in the main reaction zone where the reforming reaction is actively performed is lower than the surroundings. In a state where no carbonaceous material is deposited yet, since the main reaction zone and x1 are close to each other, the detected temperature tx1 at x1 is t1, and the detected temperature tx2 at x2 is t2, (however, t1 <T2) and their difference (t2-t1) exceeds a predetermined threshold T. Therefore, even if the control unit 30 executes the process of FIG. 8, the difference between the detected temperatures tx1 and tx2 also exceeds the predetermined threshold T (step S2: Yes), so the control unit 30 is in the state of the direction switching valve 10 The direction switching valve 10 is maintained in the first state without switching.

その後、炭素質物質が堆積してx1の付近で反応が起こらなくなってくると、主反応域が反応流路41bの上流部から下流部へ移動すると共に温度分布も変化していく。主反応域の移動により、温度分布が図9の破線で示す状態となると、x1における温度がtx1からtx に上昇するが、x2における温度はt2でほぼ一定である(但し、tx1<tx1<t2)。その結果、x1における温度とx2における温度との差(t2−t1)は、小さくなってくる。従って、或る時点で、x1における温度とx2における温度との差(t2−t1)が所定の閾値T以下になると(ステップS2:No)、制御部30は方向切替弁10の状態を第1の状態から第2の状態に切り替える(ステップS3)。すると、図6、図10に示すように気化器3の出口3bと改質器4の出入口4bが接続され、改質器の出入口4aと一酸化炭素除去器5の入口5aが接続される。方向切替弁10では、ポート10aからシリンダ10e内に入った気化した水と燃料は、ポート10cから抜け出し、出入口4bから改質器4の反応流路41bに入る。改質反応を経て生成した生成ガスは、出入口4aから出てポート10bからシリンダ10eに入り、シリンダ10e内を通ってポート10dから抜け出し、一酸化炭素除去器5の入口5aに送られる。 Thereafter, when the carbonaceous material is deposited and the reaction does not occur in the vicinity of x1, the main reaction zone moves from the upstream portion to the downstream portion of the reaction channel 41b, and the temperature distribution also changes. The movement of the main reaction zone, the temperature distribution is shown by the broken line in FIG. 9, the temperature in the x1 rises from tx1 to tx 1 *, the temperature at x2 is almost constant at t2 (where, tx1 <tx1 * <T2). As a result, the difference (t2−t1) between the temperature at x1 and the temperature at x2 becomes smaller. Therefore, at a certain point in time, when the difference (t2−t1) between the temperature at x1 and the temperature at x2 is equal to or less than the predetermined threshold T (step S2: No), the control unit 30 changes the state of the direction switching valve 10 to the first state. The state is switched to the second state (step S3). 6 and 10, the outlet 3b of the vaporizer 3 and the inlet / outlet 4b of the reformer 4 are connected, and the inlet / outlet 4a of the reformer and the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5 are connected. In the direction switching valve 10, vaporized water and fuel that have entered the cylinder 10e from the port 10a escape from the port 10c, and enter the reaction flow path 41b of the reformer 4 from the inlet / outlet 4b. The product gas generated through the reforming reaction exits from the inlet / outlet 4a, enters the cylinder 10e from the port 10b, exits from the port 10d through the cylinder 10e, and is sent to the inlet 5a of the carbon monoxide remover 5.

従って、弁体11の回転後は、気化器3で気化された燃料と水の混合気が改質器4中を今までとは逆の方向に流れる。すなわち、それまで出口側であった出入口4bの方から混合気が入り、出入口4aへと抜けていくようになる。出入口4b付近の改質触媒は、それまでほとんど反応に寄与してこなかったので、この時点では炭素質物質がほとんど堆積していない。従って、出入口4b付近が新たに主反応域となり、改質能力はほぼ最初の水準となる。   Therefore, after the rotation of the valve body 11, the fuel / water mixture vaporized in the vaporizer 3 flows in the reformer 4 in the opposite direction. That is, the air-fuel mixture enters from the entrance / exit 4b, which has been on the exit side, and exits to the entrance / exit 4a. Since the reforming catalyst in the vicinity of the entrance / exit 4b has hardly contributed to the reaction so far, almost no carbonaceous material is deposited at this point. Therefore, the vicinity of the entrance / exit 4b becomes a new main reaction zone, and the reforming capacity becomes almost the first level.

なお、第1温度センサ44a、第2温度センサ44bで検出される温度も変化する。出入口4b付近が新たに主反応域となることで、第2温度センサ44bで検出される温度は低下する。反対に、主反応域でなくなる出入口4a付近に設置された第1温度センサ44aで検出される温度は上昇する。   Note that the temperatures detected by the first temperature sensor 44a and the second temperature sensor 44b also change. Since the vicinity of the entrance / exit 4b becomes a new main reaction zone, the temperature detected by the second temperature sensor 44b decreases. On the other hand, the temperature detected by the first temperature sensor 44a installed in the vicinity of the entrance / exit 4a that is no longer the main reaction zone increases.

また、新たな主反応域で生成した水素は、出入口4b付近の改質触媒に堆積した炭素質物質の上を通って出入口4aから一酸化炭素除去器5へと送られる。このとき、堆積した炭素質物質が水素の一部と反応して炭化水素となって脱離する。水素の生成を続けていると、ある時点で堆積していた炭素質物質が除去される。なお、堆積していた炭素質物質が水素と化合することで、一酸化炭素除去器5に送り込まれる水素ガス等に含まれる水素はわずかに減少する程度であり、燃料電池7の発電には影響はしない。   Further, the hydrogen generated in the new main reaction zone passes over the carbonaceous material deposited on the reforming catalyst near the inlet / outlet 4b and is sent from the inlet / outlet 4a to the carbon monoxide remover 5. At this time, the deposited carbonaceous material reacts with a part of hydrogen to become hydrocarbons and desorb. If the generation of hydrogen is continued, the carbonaceous material deposited at a certain time is removed. It should be noted that hydrogen contained in the hydrogen gas or the like sent to the carbon monoxide remover 5 is slightly reduced by combining the deposited carbonaceous material with hydrogen, which affects the power generation of the fuel cell 7. Don't do it.

改質器4内の流れが逆転した状態が暫く続くと、今度は出入口4b付近に炭素質物質が堆積し始める。すると第2温度センサ44bの設置されている箇所x2付近の温度t1が上昇し、x1付近の温度t2に近づいていく。そして、温度t2と温度t1の差(t2−t1)が所定の閾値T以下になると(ステップS2:No)、制御部30は方向切替弁10の状態を第2の状態から第1の状態に切り替える(ステップS3)。制御部30の制御により改質器4内の流れ方向が再び逆転し図1、図5に示す状態となる。   If the state in which the flow in the reformer 4 is reversed continues for a while, the carbonaceous material starts to be deposited near the inlet / outlet 4b. Then, the temperature t1 near the location x2 where the second temperature sensor 44b is installed rises, and approaches the temperature t2 near x1. When the difference between the temperature t2 and the temperature t1 (t2−t1) is equal to or less than the predetermined threshold T (step S2: No), the control unit 30 changes the state of the direction switching valve 10 from the second state to the first state. Switching (step S3). Under the control of the control unit 30, the flow direction in the reformer 4 is reversed again to be in the state shown in FIGS.

このように、出入口4a,4bのうち一方付近では炭素質物質が相対的な堆積量の少ない状態の改質触媒41cによって改質が行われ、他方付近では同時に性能の低下した改質触媒41cの回復が行われる。改質が進んで改質触媒41cに炭素質物質が堆積し始めたら反応流路41bの流れを逆方向に切り替える。この動作を繰り返すことにより、常に高い改質性能を維持しつつ水素の生成を継続的に行うことができる。   As described above, the reforming is performed by the reforming catalyst 41c in a state where the carbonaceous material is relatively less deposited in the vicinity of one of the entrances 4a and 4b, and the performance of the reforming catalyst 41c whose performance is degraded is simultaneously near the other. Recovery is done. When the reforming progresses and the carbonaceous material starts to accumulate on the reforming catalyst 41c, the flow of the reaction channel 41b is switched in the reverse direction. By repeating this operation, it is possible to continuously generate hydrogen while always maintaining high reforming performance.

なお、燃料電池7の電解質膜73が固体酸化物電解質膜であって、燃料電池7が固体酸化物電解質膜型燃料電池である場合、一酸化炭素除去器5が設けられていない。この場合、下流側反応器は燃料電池7となり、方向切替弁10のポート10dがアノード71の入口7aに接続されることになる。
また、上記実施形態では、方向切替弁10が弁体回転式のものであったが、複数の開閉弁を有したものでもよい。
When the electrolyte membrane 73 of the fuel cell 7 is a solid oxide electrolyte membrane and the fuel cell 7 is a solid oxide electrolyte membrane fuel cell, the carbon monoxide remover 5 is not provided. In this case, the downstream reactor is the fuel cell 7, and the port 10 d of the direction switching valve 10 is connected to the inlet 7 a of the anode 71.
Moreover, in the said embodiment, although the direction switching valve 10 was a valve body rotation type, it may have a some on-off valve.

〔第2実施形態〕
図11は、本発明の第2実施形態に係る発電・反応システム200を示すブロック図である。発電・反応システム200の個々の構成要素の特性は第1実施形態で使用したものと同様である。但し、本実施形態においては、上流側処理器となるのは改質器104であり、触媒反応器が一酸化炭素除去器105、下流側反応器が燃料電池107となっている。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a block diagram showing a power generation / reaction system 200 according to the second embodiment of the present invention. The characteristics of the individual components of the power generation / reaction system 200 are the same as those used in the first embodiment. However, in this embodiment, the upstream processor is the reformer 104, the catalytic reactor is the carbon monoxide remover 105, and the downstream reactor is the fuel cell 107.

また、これに伴い、方向切替弁110の接続箇所も変更されている。すなわち、4つのポートのうち、ポート110aは改質器104の出口104bと、ポート110bは一酸化炭素除去器105の出入口105aと、ポート110cは一酸化炭素除去器の出入口105bと、ポート110dは燃料電池107のアノード171の入口171aにそれぞれ接続されている。方向切替弁110が第1の状態である場合には、改質器104の出口104bが一酸化炭素除去器105の出入口105aに通じるとともに、一酸化炭素除去器105の出入口105bがアノード171の入口171aに通じる(図11参照)。一方、方向切替弁110が第2の状態である場合には、改質器104の出口104bが一酸化炭素除去器105の出入口105bに通じるとともに、一酸化炭素除去器105の出入口105aがアノード171の入口171aに通じる(図15参照)。   Along with this, the connection location of the direction switching valve 110 is also changed. That is, among the four ports, the port 110a is the outlet 104b of the reformer 104, the port 110b is the inlet / outlet port 105a of the carbon monoxide remover 105, the port 110c is the inlet / outlet port 105b of the carbon monoxide remover, and the port 110d is The fuel cell 107 is connected to the inlet 171 a of the anode 171. When the direction switching valve 110 is in the first state, the outlet 104b of the reformer 104 leads to the inlet / outlet 105a of the carbon monoxide remover 105, and the inlet / outlet 105b of the carbon monoxide remover 105 is connected to the inlet of the anode 171. 171a (see FIG. 11). On the other hand, when the direction switching valve 110 is in the second state, the outlet 104b of the reformer 104 leads to the inlet / outlet 105b of the carbon monoxide remover 105, and the inlet / outlet 105a of the carbon monoxide remover 105 is connected to the anode 171. Leading to the inlet 171a (see FIG. 15).

エアポンプ106により外部から取り込まれた空気は、直接一酸化炭素除去器105に送られるのではなく、方向切替弁110のポート110aに送られる。気化器103の出口が改質器104の入口に接続されている。   The air taken in from the outside by the air pump 106 is not sent directly to the carbon monoxide remover 105 but is sent to the port 110 a of the direction switching valve 110. The outlet of the vaporizer 103 is connected to the inlet of the reformer 104.

図12は、一酸化炭素除去器105を示した断面図である。この一酸化炭素除去器105においては、二枚の基板151,152が接合され、基板151の接合面に反応流路151bが凹んだ状態に設けられている。流路151は蛇行した状態に設けられている。基板152に出入口105a,105bが形成され、出入口105aが流路151の一端に通じ、出入口105bが流路151の他端に通じている。また、流路151の壁面には、選択酸化触媒(例えば、Pt触媒)151cが担持されている。基板151の上面には、薄膜状のヒータ43が形成されている。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing the carbon monoxide remover 105. In this carbon monoxide remover 105, two substrates 151 and 152 are joined, and a reaction channel 151 b is provided in a recessed state on the joining surface of the substrate 151. The flow path 151 is provided in a meandering state. Entrances 105 a and 105 b are formed in the substrate 152, and the entrance 105 a communicates with one end of the channel 151, and the entrance 105 b communicates with the other end of the channel 151. A selective oxidation catalyst (for example, Pt catalyst) 151c is supported on the wall surface of the flow path 151. A thin film heater 43 is formed on the upper surface of the substrate 151.

図13は発電・反応システム200の回路構成を示したブロック図である。第1実施形態と同様、制御部130は、CPU、RAM、ROM等を有するマイクロコンピュータである。そして、制御部130は、ROMに格納されたプログラムに従って燃料ポンプ102、エアポンプ106、気化器103のヒータ131、改質器104のヒータ143、方向切替弁110等を制御する。   FIG. 13 is a block diagram showing a circuit configuration of the power generation / reaction system 200. As in the first embodiment, the control unit 130 is a microcomputer having a CPU, RAM, ROM, and the like. The control unit 130 controls the fuel pump 102, the air pump 106, the heater 131 of the vaporizer 103, the heater 143 of the reformer 104, the direction switching valve 110, and the like according to a program stored in the ROM.

DC/DCコンバータ120は燃料電池107の出力電力を検出する電力検出部を兼ねている。DC/DCコンバータ120により検出された出力電力は信号化されて制御部130へと出力される。制御部130はDC/DCコンバータ120からの信号に基づき方向切替弁110の制御を行う。   The DC / DC converter 120 also serves as a power detection unit that detects the output power of the fuel cell 107. The output power detected by the DC / DC converter 120 is converted into a signal and output to the control unit 130. The control unit 130 controls the direction switching valve 110 based on a signal from the DC / DC converter 120.

続いて、図14のフローチャートを用いて、制御部130による処理の流れ及びそれに伴う発電・反応システム200の動作について説明する。
まず、制御部130がヒータ131、ヒータ143及びヒータ153を発熱させると、気化器103、改質器104及び一酸化炭素除去器105が昇温する。なお、一酸化炭素除去器105が所定温度に昇温したら、ヒータ153による加熱が止まる。
次に、制御部130がエアポンプ106を作動させる。これにより、空気が燃料電池107のカソード172、触媒燃焼器108及び水素燃焼器109に供給される。
次に、制御部130が方向切替弁110を第1の状態にする。そうすると、改質器104bの出口104bが方向切替弁110によって一酸化炭素除去器105の出入口105aに通じ、一酸化炭素除去器105の出入口105bが方向切替弁110によってアノード171の入口171aに通じる(図11参照)。
Next, the flow of processing by the control unit 130 and the operation of the power generation / reaction system 200 associated therewith will be described using the flowchart of FIG.
First, when the control unit 130 causes the heater 131, the heater 143, and the heater 153 to generate heat, the vaporizer 103, the reformer 104, and the carbon monoxide remover 105 are heated. When the carbon monoxide remover 105 is heated to a predetermined temperature, heating by the heater 153 is stopped.
Next, the control unit 130 operates the air pump 106. As a result, air is supplied to the cathode 172, the catalytic combustor 108, and the hydrogen combustor 109 of the fuel cell 107.
Next, the control unit 130 sets the direction switching valve 110 to the first state. Then, the outlet 104b of the reformer 104b is connected to the inlet / outlet 105a of the carbon monoxide remover 105 by the direction switching valve 110, and the inlet / outlet 105b of the carbon monoxide remover 105 is connected to the inlet 171a of the anode 171 by the direction switching valve 110 ( FIG. 11).

次に、制御部130が燃料ポンプ102を作動させる。これにより、燃料容器101内の燃料と水が気化器103に送られ、気化器103で気化した燃料と水の混合気が改質器104に送られる。そして、燃料と水の混合気は改質器104の内部で触媒により反応し、水素、二酸化炭素、一酸化炭素等が生成される。改質器104で生成した生成ガスが改質器104の出口104bから出て、方向切替弁110のポート110a,ポート110bを経由して、一酸化炭素除去器105に送られる。空気も一酸化炭素除去器105に送られる。生成ガスと空気の混合気が出入口105aから反応流路151bに流れ込む。生成ガスが反応流路151bを流れると、生成ガス中の一酸化炭素が選択酸化触媒151cにより優先的に酸化する。そして、生成ガスが出入口105bから出て、方向切替弁110のポート110c,110dを経由して、アノード171の入口171aに流れる。そして、燃料電池107では水素と酸素の電気化学反応が起こり、触媒燃焼器108では未反応水素が燃焼し、水素燃焼器109では残留水素が燃焼して除去される。こうして、水素燃焼器109から排ガスが排出される。   Next, the control unit 130 operates the fuel pump 102. As a result, the fuel and water in the fuel container 101 are sent to the vaporizer 103, and the fuel / water mixture vaporized by the vaporizer 103 is sent to the reformer 104. The mixture of fuel and water reacts with a catalyst inside the reformer 104 to generate hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and the like. The product gas generated in the reformer 104 exits from the outlet 104b of the reformer 104 and is sent to the carbon monoxide remover 105 via the ports 110a and 110b of the direction switching valve 110. Air is also sent to the carbon monoxide remover 105. A mixture of product gas and air flows into the reaction channel 151b from the inlet / outlet port 105a. When the product gas flows through the reaction channel 151b, carbon monoxide in the product gas is preferentially oxidized by the selective oxidation catalyst 151c. Then, the product gas exits from the inlet / outlet port 105 b and flows to the inlet 171 a of the anode 171 via the ports 110 c and 110 d of the direction switching valve 110. Then, an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs in the fuel cell 107, unreacted hydrogen burns in the catalytic combustor 108, and residual hydrogen burns and is removed in the hydrogen combustor 109. In this way, exhaust gas is discharged from the hydrogen combustor 109.

以上のように、燃料ポンプ102及びエアポンプ106が作動している間、制御部130は一定時間経過する毎に図14に示すルーチンを実行する。図14に示すルーチンが開始されると、制御部130は、燃料電池107で出力された電圧を入力する(ステップS101)。制御部130は、燃料電池107による検出電圧と所定閾値Pとの比較を行う(ステップS102)。比較の結果、検出電圧が所定閾値Pを超えると制御部130によって認定されると(ステップS102:Yes)、ステップS101に戻る。反対に、検出電力が所定閾値P以下であると制御部130によって認定されると(ステップS102:No)、制御部130は方向切替弁110の切替位置を切り替えて、方向切替弁110を第1の状態から第2の状態に又はその逆に切り替え(ステップS103)、ステップS101に戻る。   As described above, while the fuel pump 102 and the air pump 106 are operating, the control unit 130 executes the routine shown in FIG. 14 every time a fixed time elapses. When the routine shown in FIG. 14 is started, the control unit 130 inputs the voltage output from the fuel cell 107 (step S101). The control unit 130 compares the detected voltage from the fuel cell 107 with a predetermined threshold value P (step S102). As a result of the comparison, when the detected voltage exceeds the predetermined threshold P and is recognized by the control unit 130 (step S102: Yes), the process returns to step S101. On the contrary, when the control unit 130 determines that the detected power is equal to or less than the predetermined threshold P (step S102: No), the control unit 130 switches the switching position of the direction switching valve 110 and sets the direction switching valve 110 to the first. The state is switched to the second state or vice versa (step S103), and the process returns to step S101.

ここで、一酸化炭素除去器105においては、長時間一酸化炭素の酸化が行われると、主反応域の選択酸化触媒151cの活性点が一酸化炭素を吸着することで次第に一酸化炭素に被覆され、選択酸化触媒151cの一酸化炭素酸化性能が低下してくる。すると、主反応域が反応流路151bの出入口105a付近から次第に一酸化炭素に被覆されていない出入口105b側へと移っていく。   Here, in the carbon monoxide remover 105, when carbon monoxide is oxidized for a long time, the active sites of the selective oxidation catalyst 151c in the main reaction zone gradually adsorb carbon monoxide so that the carbon monoxide is gradually covered. As a result, the carbon monoxide oxidation performance of the selective oxidation catalyst 151c decreases. Then, the main reaction zone gradually moves from the vicinity of the inlet / outlet 105a of the reaction channel 151b to the inlet / outlet 105b side not covered with carbon monoxide.

そして、反応流路151bの選択酸化触媒151cの活性点が一酸化炭素に被覆されてくると、一酸化炭素の除去率が低下し、一酸化炭素が燃料電池107の電極に流れ込む。すると、アノード171に用いられているPt触媒が被毒してしまい、燃料電池107の出力が低下してくる。この状態が続くと、或る時点で燃料電池107の出力電圧が所定の閾値電圧P以下になる。この時、制御部130が図14の処理を実行すると、に燃料電池107の検出電圧が所定閾値P以下であるから(ステップS102:No)、制御部130が方向切替弁110の状態を第1の状態から第2の状態に切り替える。すると、図15に示すように改質器104の出口104bと一酸化炭素除去機105の出入口105bが接続され、一酸化炭素除去器105の出入口105aとアノード171の入口171aが接続される。なお、燃料電池107の出力電圧が所定の閾値以下になる前に、制御部130が図14の処理を実行しても、(ステップS102:Yes)、制御部130が方向切替弁110の状態を第1の状態に維持する。   When the active sites of the selective oxidation catalyst 151c in the reaction channel 151b are covered with carbon monoxide, the carbon monoxide removal rate is reduced, and carbon monoxide flows into the electrodes of the fuel cell 107. Then, the Pt catalyst used for the anode 171 is poisoned, and the output of the fuel cell 107 decreases. If this state continues, the output voltage of the fuel cell 107 becomes equal to or lower than a predetermined threshold voltage P at a certain time. At this time, when the control unit 130 executes the process of FIG. 14, the detected voltage of the fuel cell 107 is equal to or less than the predetermined threshold P (step S102: No), so the control unit 130 changes the state of the direction switching valve 110 to the first state. The state is switched to the second state. Then, as shown in FIG. 15, the outlet 104b of the reformer 104 and the inlet / outlet port 105b of the carbon monoxide remover 105 are connected, and the inlet / outlet port 105a of the carbon monoxide remover 105 and the inlet 171a of the anode 171 are connected. Even if the control unit 130 executes the process of FIG. 14 before the output voltage of the fuel cell 107 becomes equal to or lower than the predetermined threshold (step S102: Yes), the control unit 130 changes the state of the direction switching valve 110. Maintain in the first state.

方向切替弁110の切り替わり後、水素ガス等が一酸化炭素除去器105中を今までとは逆の方向に流れる。すなわち、それまで出口側であった出入口105bの方から反応流路151bに水素ガス等が入り、出入口105bから反応流路151bを経て出入口105aへと抜けていくようになる。出入口105b付近の選択酸化触媒151cの活性点は、それまでほとんど反応に寄与してこなかったので、この時点ではほとんど一酸化炭素に被覆されていない。従って、出入口105b付近が新たに主反応域となり、一酸化炭素酸化能力はほぼ最初の水準まで回復する。これにより、DC/DCコンバータ120で検出される出力電力も最初の水準まで上昇する。   After the direction switching valve 110 is switched, hydrogen gas or the like flows in the carbon monoxide remover 105 in the opposite direction to that in the past. That is, hydrogen gas or the like enters the reaction channel 151b from the entrance / exit 105b that has been on the exit side until then, and exits from the entrance / exit 105b through the reaction channel 151b to the entrance / exit 105a. Since the active site of the selective oxidation catalyst 151c near the entrance / exit 105b has hardly contributed to the reaction so far, it is hardly covered with carbon monoxide at this point. Therefore, the vicinity of the entrance / exit 105b becomes a new main reaction zone, and the carbon monoxide oxidizing ability is restored to almost the initial level. As a result, the output power detected by the DC / DC converter 120 also rises to the initial level.

また、新たな主反応域で一酸化炭素が除去されることにより、出入口105b付近で選択酸化触媒151cの活性点を被覆している一酸化炭素の上を、一酸化炭素がほぼ除去された水素ガス等が通り抜ける。この水素ガス等を含む流体に含まれる一酸化炭素の分圧が低下するので、選択酸化触媒151cの活性点に吸着していた一酸化炭素が流れる水素ガス等の中へと放出される。一酸化炭素の除去を続けていると、ある時点で選択酸化触媒151cの活性点を被覆していた一酸化炭素が除去される。なお、一酸化炭素が放出されることで、燃料電池107に送り込まれる水素ガス等に含まれる一酸化炭素はわずかに増加するが、増加幅は微小なので燃料電池107に与える影響はほとんど無い。   In addition, by removing carbon monoxide in the new main reaction zone, hydrogen from which carbon monoxide has been substantially removed on the carbon monoxide covering the active sites of the selective oxidation catalyst 151c in the vicinity of the inlet / outlet 105b. Gas etc. pass through. Since the partial pressure of carbon monoxide contained in the fluid containing hydrogen gas or the like is reduced, the carbon monoxide adsorbed on the active sites of the selective oxidation catalyst 151c is released into the hydrogen gas or the like that flows. If the removal of carbon monoxide is continued, the carbon monoxide that has covered the active sites of the selective oxidation catalyst 151c at a certain time is removed. Although carbon monoxide is released, carbon monoxide contained in hydrogen gas or the like sent to the fuel cell 107 slightly increases. However, since the increase is small, there is almost no influence on the fuel cell 107.

一酸化炭素除去器105内の流れが出入口105bから出入口105aに向かった状態が暫く続くと、今度は出入口105b付近の選択酸化触媒151cの活性点が一酸化炭素に被覆され始める。すると除去しきれなくなった一酸化炭素が燃料電池107に流れ込んで燃料電池107の出力電圧が下がる。そうすると、燃料電池107の出力電圧が所定の閾値P以下になる。この時、制御部130が図14に示す処理を実行すると、燃料電池107コンバータ120による検出電圧が所定閾値P以下であるから(ステップS102:No)、制御部130が方向切替弁110の状態を第2の状態から第1の状態に切り替える。そのため、流れが図11に示す状態となる。   When the state in which the flow in the carbon monoxide remover 105 is directed from the inlet / outlet 105b toward the inlet / outlet 105a continues for a while, the active points of the selective oxidation catalyst 151c near the inlet / outlet 105b start to be covered with carbon monoxide. Then, carbon monoxide that cannot be removed flows into the fuel cell 107, and the output voltage of the fuel cell 107 decreases. As a result, the output voltage of the fuel cell 107 becomes a predetermined threshold value P or less. At this time, when the control unit 130 executes the process shown in FIG. 14, the detection voltage by the fuel cell 107 converter 120 is equal to or lower than the predetermined threshold P (step S102: No), so the control unit 130 changes the state of the direction switching valve 110. Switch from the second state to the first state. Therefore, the flow becomes the state shown in FIG.

このように、出入口105a,105bのうち一方の付近ではあまり一酸化炭素に被覆されていない状態の選択酸化触媒151cによって反応が行われ、他方の付近では同時に性能の低下した選択酸化触媒151cの回復が行われる。一酸化炭素の除去が進んで選択酸化触媒151cの活性点が一酸化炭素に被覆され始めたら一酸化炭素等の流れを逆方向に切り替える。この動作を繰り返すことで。常に高い性能を維持しつつ、一酸化炭素除去の除去を継続的に行うことができる。   In this way, the reaction is carried out by the selective oxidation catalyst 151c in the vicinity of one of the entrances 105a and 105b that is not covered with carbon monoxide, and the selective oxidation catalyst 151c having a reduced performance is simultaneously restored in the other vicinity. Is done. When the removal of carbon monoxide proceeds and the active sites of the selective oxidation catalyst 151c start to be coated with carbon monoxide, the flow of carbon monoxide or the like is switched in the reverse direction. By repeating this operation. Removal of carbon monoxide can be continuously performed while maintaining high performance at all times.

なお、第1実施形態では改質反応を継続して行う仕組み、第2実施形態では一酸化炭素除去を継続して行う仕組みを、それぞれ分けて説明してきたが、これら2つの実施形態を組み合わせて同時に行えるようにしてもよい。   In the first embodiment, the mechanism for continuously performing the reforming reaction and the mechanism for continuously removing carbon monoxide in the second embodiment have been described separately, but these two embodiments are combined. You may be able to do it simultaneously.

本発明の第1実施形態に係る発電・反応システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electric power generation and reaction system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 同実施形態で使用する改質器を示す上面図である。It is a top view which shows the reformer used in the embodiment. 同実施形態で使用する改質器を示す下面図である。It is a bottom view which shows the reformer used in the embodiment. 同実施形態で使用する改質器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the reformer used in the embodiment. 同実施形態で使用する方向切替弁及び改質器を示す概略図である。It is the schematic which shows the direction switching valve and reformer which are used in the embodiment. 同実施形態で使用する方向切替弁及び改質器を示す概略図である。It is the schematic which shows the direction switching valve and reformer which are used in the embodiment. 同実施形態における発電・反応システムの回路構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the circuit structure of the electric power generation and reaction system in the embodiment. 同実施形態における発電・反応システムの制御部による処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the control part of the electric power generation and reaction system in the embodiment. 上記改質器の流路温度分布を示すグラフである。It is a graph which shows channel temperature distribution of the above-mentioned reformer. 同実施形態に係る発電・反応システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electric power generation and reaction system which concerns on the same embodiment. 本発明の第2実施形態に係る燃料電池発電装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態で使用する一酸化炭素除去器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the carbon monoxide remover used in the embodiment. 同実施形態における発電・反応システムの回路構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the circuit structure of the electric power generation and reaction system in the embodiment. 同実施形態における発電・反応しステムの制御部による処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the control part of the power generation and reaction in the same embodiment. 同実施形態における発電・反応システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electric power generation and reaction system in the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100、200燃料電池発電装置
100a、200a 反応システム
1 燃料容器
2、102 燃料ポンプ
3 気化器(上流側処理器)
4 改質器(触媒反応器)
104 改質器(上流側処理機)
41 基板
41b、151b 反応流路
41c 改質触媒
42 ガラス基板
44a 第1温度センサ
44b 第2温度センサ
5 一酸化炭素除去器(下流側反応器)
105 一酸化炭素除去器(触媒反応器)
151c 選択酸化触媒
6、106 エアポンプ
7 燃料電池
107 燃料電池(下流側反応器)
71、171 アノード
72 カソード
73 電解質膜
8 触媒燃焼器
9 水素燃焼器
10、110 方向切替弁(切替部)
20、120 DC/DCコンバータ(電力検出部)
30、130 制御部
tx1 第1温度センサが検出する温度
tx2 第2温度センサが検出する温度
100, 200 Fuel cell power generation device 100a, 200a Reaction system 1 Fuel container 2, 102 Fuel pump 3 Vaporizer (upstream processor)
4 Reformer (catalytic reactor)
104 Reformer (upstream processing machine)
41 Substrate 41b, 151b Reaction channel 41c Reforming catalyst 42 Glass substrate 44a First temperature sensor 44b Second temperature sensor 5 Carbon monoxide remover (downstream reactor)
105 Carbon monoxide remover (catalytic reactor)
151c Selective oxidation catalyst 6, 106 Air pump 7 Fuel cell 107 Fuel cell (downstream reactor)
71, 171 Anode 72 Cathode 73 Electrolyte membrane 8 Catalytic combustor 9 Hydrogen combustor 10, 110 Direction switching valve (switching unit)
20, 120 DC / DC converter (power detector)
30, 130 Control unit tx1 Temperature tx2 detected by the first temperature sensor Temperature detected by the second temperature sensor

Claims (3)

2つの出入口と、前記2つの出入口のうち一方から他方にかけて設けられた反応流路と、前記反応流路内に設けられた触媒と、を有する改質器である触媒反応器と、
燃料の処理を行い、その処理物を出口から前記触媒反応器に送出する気化器である上流側処理器と、
前記触媒反応器を経た生成物を入口から取り込み、取り込んだ生成物を反応させる一酸化炭素除去器である下流側反応器と、
前記2つの出入口のうち一方を前記上流側処理器の出口に接続するとともに他方を前記下流側反応器の入口に接続した第1の状態と、他方を前記上流側処理器の出口に接続するとともに一方を前記下流側反応器の入口に接続した第2の状態とに選択的に切り替わる切替部と、
前記2つの出入口のうち一方側に設けられ、その一方側の温度を検出する第1温度検出部と、
前記2つの出入口のうち他方側に設けられ、その他方側の温度を検出する第2温度検出部と、
前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部による検出温度に基づいて前記方向切替部の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする反応システム。
A catalytic reactor that is a reformer having two inlets , a reaction channel provided from one to the other of the two inlets, and a catalyst provided in the reaction channel;
An upstream processor that is a vaporizer that performs fuel processing and delivers the processed product from an outlet to the catalytic reactor;
A downstream reactor that is a carbon monoxide remover that takes in the product that has passed through the catalytic reactor from an inlet and reacts the taken product;
A first state in which one of the two outlets is connected to an outlet of the upstream processor and the other is connected to an inlet of the downstream reactor, and the other is connected to an outlet of the upstream processor. A switching unit that selectively switches to a second state in which one is connected to the inlet of the downstream reactor;
A first temperature detection unit that is provided on one side of the two entrances and detects the temperature of the one side;
A second temperature detector provided on the other side of the two entrances and detecting the temperature on the other side;
And a control unit that controls the direction switching unit based on temperatures detected by the first temperature detection unit and the second temperature detection unit .
前記制御部は、前記第1温度検出部による検出温度と前記第2温度検出部による検出温度との差を求め、求めた差が所定閾値以下である場合に、前記切替部を前記第1の状態から前記第2の状態に又はその逆に切り替えることを特徴とする請求項に記載の反応システム。 The control unit obtains a difference between a temperature detected by the first temperature detecting unit and a temperature detected by the second temperature detecting unit, and when the obtained difference is equal to or less than a predetermined threshold, the switching unit is changed to the first temperature detecting unit. The reaction system according to claim 1 , wherein the reaction system is switched from a state to the second state or vice versa. 前記制御部は、前記第1温度検出部による検出温度と前記第2温度検出部による検出温度との差を求め、求めた差が所定閾値を超えている場合に、前記切替部を前記第1の状態又は前記第2の状態に維持することを特徴とする請求項又はに記載の反応システム。 The control unit obtains a difference between a temperature detected by the first temperature detecting unit and a temperature detected by the second temperature detecting unit, and when the obtained difference exceeds a predetermined threshold value, the control unit sets the first switching unit to the first temperature detecting unit. the reaction system of claim 1 or 2, characterized in that to maintain the state or the second state.
JP2008248559A 2008-09-26 2008-09-26 Reaction system Expired - Fee Related JP5228751B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008248559A JP5228751B2 (en) 2008-09-26 2008-09-26 Reaction system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008248559A JP5228751B2 (en) 2008-09-26 2008-09-26 Reaction system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010076983A JP2010076983A (en) 2010-04-08
JP5228751B2 true JP5228751B2 (en) 2013-07-03

Family

ID=42207862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008248559A Expired - Fee Related JP5228751B2 (en) 2008-09-26 2008-09-26 Reaction system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5228751B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07267603A (en) * 1994-03-23 1995-10-17 Toyota Motor Corp Reformer
JP4305973B2 (en) * 1997-07-23 2009-07-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel reformer
US6497970B1 (en) * 1999-10-15 2002-12-24 General Motors Corporation Controlled air injection for a fuel cell system
JP3885479B2 (en) * 2000-10-12 2007-02-21 日産自動車株式会社 Fuel cell reformer
JP3879480B2 (en) * 2001-10-26 2007-02-14 ダイキン工業株式会社 Fuel cell system
JP2003277016A (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen producing apparatus
JP2007022826A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen generation unit and fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010076983A (en) 2010-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1785394B1 (en) Reformer and Method of Operating a Reformer
US20040025784A1 (en) Compact chemical reactor and chemical reaction system
JP4948790B2 (en) Reforming apparatus and fuel cell system including the same
JP4750374B2 (en) Operation method of fuel cell structure
JP2006012817A (en) Reformer for fuel cell and fuel cell system comprising the same
JP4745618B2 (en) Operation method of fuel cell structure
JP4928198B2 (en) Method for stopping reformer, reformer and fuel cell system
JP2005108557A (en) Heat treatment apparatus
JP4983169B2 (en) Reaction apparatus and electronic equipment
JP2005103399A (en) Reaction apparatus and reaction method
JP5446095B2 (en) FUEL CELL SYSTEM, ITS CONTROL DEVICE AND OPERATION METHOD
JP5228751B2 (en) Reaction system
JP4983859B2 (en) Combustor
JP2007128786A (en) Fuel cell system
JP2004247234A (en) Solid polymer type fuel cell generator and its operating method
JP5358966B2 (en) Fuel cell system
JP2009211878A (en) Power generation system
KR100536204B1 (en) Fuel cell system
JP5353133B2 (en) Power generation system
JP4400273B2 (en) Combustor and reactor
JP4643533B2 (en) Fuel cell reformer with excellent thermal characteristics
JP5211566B2 (en) POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND POWER GENERATION METHOD
KR100637498B1 (en) Fuel cell system and driving method of the same
JP4826185B2 (en) Reactor and power generator
JP5182223B2 (en) Reactor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110316

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110316

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121127

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130304

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160329

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees