JPH1192102A - Reforming device of fuel - Google Patents

Reforming device of fuel

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JPH1192102A
JPH1192102A JP10210354A JP21035498A JPH1192102A JP H1192102 A JPH1192102 A JP H1192102A JP 10210354 A JP10210354 A JP 10210354A JP 21035498 A JP21035498 A JP 21035498A JP H1192102 A JPH1192102 A JP H1192102A
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誠司 水野
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俊昭 尾崎
Tatsuya Kawahara
竜也 川原
Masayoshi Taki
正佳 滝
Katsuhiko Kinoshita
克彦 木下
Yoshimasa Negishi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the inner temp. of a fuel cell device uniform in a specified temp. range. SOLUTION: A source fuel gas containing air is supplied from a second fuel supply passage 64 to a reforming device 34 equipped with a Cu-Zn catalyst, the reforming reaction with water vapor and the oxidation reaction proceed inside the device, and the produced hydrogen-rich fuel gas is discharged to a third fuel supply passage 65. The reforming device 34 consists of a reaction part 80 in the upstream side and a reaction part 81 in the downstream side. Both of the reaction parts 80, 81 consists of a honeycomb structure in such a manner that the sum of the cross section of the passage in each reaction part, namely, the sum of the cross-sectional area of cells which constitute the respective honeycomb structures is smaller in the reaction part 80 in the upstream side. Therefore, the flow rate of the gas passing through the reforming device 34 is higher in the upstream side than in the downstream side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質装置に関
し、詳しくは、炭化水素と水蒸気とから水素リッチガス
を生成する燃料改質装置に関する。
The present invention relates to a fuel reformer, and more particularly, to a fuel reformer that generates a hydrogen-rich gas from hydrocarbons and steam.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化水素と水蒸気とから水素リッチガス
を生成する燃料改質装置は、燃料電池に燃料ガスを供給
するための装置として知られている。燃料電池は、燃料
の有する化学エネルギを、機械エネルギや熱エネルギを
経由することなく直接電気エネルギに変換する装置であ
り、高いエネルギ効率が実現可能である。このような燃
料電池は、水素を含有する燃料ガスを陰極側に供給さ
れ、酸素を含有する酸化ガスを陽極側に供給されて、両
極で起きる電気化学反応によって起電力を得る。以下
に、燃料電池で起こる電気化学反応を表わす式を示す。
(1)式は陰極側における反応、(2)式は陽極側にお
ける反応を表わし、燃料電池全体では(3)式に示す反
応が進行する。
2. Description of the Related Art A fuel reforming apparatus for producing a hydrogen-rich gas from hydrocarbons and water vapor is known as an apparatus for supplying a fuel gas to a fuel cell. A fuel cell is a device that directly converts chemical energy of a fuel into electric energy without passing through mechanical energy or thermal energy, and can realize high energy efficiency. In such a fuel cell, a fuel gas containing hydrogen is supplied to a cathode side, and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to an anode side, and an electromotive force is obtained by an electrochemical reaction occurring at both electrodes. The following shows an equation representing an electrochemical reaction occurring in a fuel cell.
Equation (1) represents the reaction on the cathode side, and equation (2) represents the reaction on the anode side, and the reaction shown in equation (3) proceeds in the entire fuel cell.

【0003】 H2 → 2H++2e- …(1) (1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2) H2+(1/2)O2 → H2O …(3)H 2 → 2H + + 2e (1) (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2) H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3) )

【0004】種々の燃料電池のうち、固体高分子型燃料
電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩電解質型燃料電池
などでは、その電解質の性質から、二酸化炭素を含んだ
酸化ガスや燃料ガスを使用することが可能である。そこ
で、通常これらの燃料電池では、空気を酸化ガスとして
用い、メタノールや天然ガス等の炭化水素を水蒸気改質
して生成した水素リッチガスを燃料ガスとして用いてい
る。そのため、このような燃料電池を備える燃料電池シ
ステムには、上記した燃料改質装置が設けられており、
この燃料改質装置において水蒸気改質反応を行なって燃
料ガスを生成している。以下に、燃料改質装置の内部で
進行する改質反応について説明する。ここでは、改質反
応に供する炭化水素としてメタノールを用いる場合につ
いて説明する。以下に、メタノールを水蒸気改質する反
応を表わす式を示す。
Among various fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate electrolyte fuel cell and the like use an oxidizing gas or a fuel gas containing carbon dioxide due to the properties of the electrolyte. It is possible to use. Therefore, these fuel cells usually use air as an oxidizing gas, and use a hydrogen-rich gas generated by steam reforming a hydrocarbon such as methanol or natural gas as a fuel gas. Therefore, a fuel cell system including such a fuel cell is provided with the above-described fuel reformer,
The fuel reformer performs a steam reforming reaction to generate a fuel gas. Hereinafter, the reforming reaction that proceeds inside the fuel reformer will be described. Here, a case where methanol is used as the hydrocarbon to be subjected to the reforming reaction will be described. The following shows an equation representing a reaction for steam reforming methanol.

【0005】 CH3OH+H2O → CO2+3H2−49.5(kJ/mol) …(4)CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 −49.5 (kJ / mol) (4)

【0006】上記(4)式に示すように、水蒸気改質反
応は吸熱反応であるため、改質反応を進行させるために
は熱エネルギを供給する必要がある。改質反応に要する
熱エネルギを供給する方法としては、燃料改質装置にバ
ーナやヒータ等を設けて外部加熱を行なう方法や、燃料
改質装置内部において、水蒸気改質反応に加えて発熱反
応である酸化反応を行なわせ、酸化反応で生じる熱を利
用して水蒸気改質反応を進行させる方法などが知られて
いる。これらの方法のうちで、燃料改質装置内部で水蒸
気改質反応と共に酸化反応を進行させる方法について説
明する。
As shown in the above formula (4), since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, it is necessary to supply thermal energy in order for the reforming reaction to proceed. As a method of supplying thermal energy required for the reforming reaction, a method of providing an external heating by providing a burner, a heater, or the like in the fuel reforming apparatus, or an exothermic reaction in addition to the steam reforming reaction inside the fuel reforming apparatus. There is known a method in which a certain oxidation reaction is performed, and a steam reforming reaction is advanced using heat generated in the oxidation reaction. Among these methods, a method of causing the oxidation reaction to proceed together with the steam reforming reaction inside the fuel reformer will be described.

【0007】 CH3OH+(1/2)O2 → CO2+2H2+189.5(kJ/mol) …(5)CH 3 OH + (1 /) O 2 → CO 2 + 2H 2 +189.5 (kJ / mol) (5)

【0008】上記(5)式は、メタノールの酸化反応の
一例(部分酸化反応)を表わす。水蒸気改質反応を行な
う燃料改質装置に対して酸素を供給し、(4)式に表わ
す水蒸気改質反応と共にメタノールの酸化反応を行なわ
せるならば、酸化反応で生じた熱エネルギを、水蒸気改
質反応において利用することができる。ここで、燃料改
質装置に供給する酸素量を調節すれば、水蒸気改質反応
で要する熱量と酸化反応で生じる熱量とを釣り合わせる
ことができ、理論的には、水蒸気改質反応で要する熱量
をすべて酸化反応で生じる熱量によって賄うことも可能
となる。このような、水蒸気改質反応で要する熱量を酸
化反応で生じる熱量によって賄う方法は、既述した外部
加熱を行なう方法に比べて、放熱により失われるエネル
ギ量を減らすことができ、より高いエネルギ効率を実現
することができる。さらに、外部加熱を行なう方法に比
べて、燃料改質装置の構成を簡素化することができ、シ
ステム全体を小型化することができる。
The above equation (5) represents an example of the methanol oxidation reaction (partial oxidation reaction). If oxygen is supplied to the fuel reforming apparatus that performs the steam reforming reaction and the methanol oxidation reaction is performed together with the steam reforming reaction represented by the equation (4), the heat energy generated by the oxidation reaction is converted into steam reforming. Can be used in quality reactions. Here, if the amount of oxygen supplied to the fuel reformer is adjusted, the amount of heat required for the steam reforming reaction can be balanced with the amount of heat generated in the oxidation reaction. Can all be covered by the heat generated by the oxidation reaction. Such a method in which the amount of heat required for the steam reforming reaction is covered by the amount of heat generated in the oxidation reaction can reduce the amount of energy lost due to heat radiation and achieve higher energy efficiency, as compared with the above-described method of performing external heating. Can be realized. Further, the configuration of the fuel reformer can be simplified and the entire system can be reduced in size as compared with the method of performing external heating.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料改
質装置に対してメタノールや水蒸気と共に酸素を供給
し、酸化反応によって生じた熱エネルギを水蒸気改質反
応で利用する上記した方法は、燃料改質装置の内部にお
いて、温度の分布状態が不均一となってしまうという問
題があった。図38は、メタノールおよび水蒸気と共に
酸素を燃料改質装置に供給し、水蒸気改質反応と共に酸
化反応を行なうときの、燃料改質装置内部における温度
分布の様子を表わす説明図である。燃料改質装置に対し
て、メタノールおよび水蒸気と共に酸素を導入すると、
水蒸気改質反応よりも酸化反応の方が反応速度が速いた
め、酸化反応で生じる熱量が水蒸気反応で要する熱量を
上回り、図38に示すように、燃料改質装置における上
流側(メタノール、水蒸気および酸素を含有するガスを
導入する側)では、急激に内部温度が上昇して温度分布
のピークを形成する。また、酸化反応で酸素が消費され
た後は水蒸気改質反応だけが進行するようになるため、
上記した温度分布のピークの後は、燃料改質装置の内部
温度は下流側(水素リッチガスが排出される側)に向か
って下降を続ける。
However, the above-mentioned method of supplying oxygen together with methanol and steam to a fuel reformer and utilizing the heat energy generated by the oxidation reaction in the steam reforming reaction is described in US Pat. There is a problem that the temperature distribution state becomes non-uniform inside the apparatus. FIG. 38 is an explanatory diagram showing a state of a temperature distribution inside the fuel reforming apparatus when oxygen is supplied to the fuel reforming apparatus together with methanol and steam, and an oxidation reaction is performed together with the steam reforming reaction. When oxygen is introduced together with methanol and steam into the fuel reformer,
Since the oxidation reaction has a higher reaction rate than the steam reforming reaction, the amount of heat generated in the oxidation reaction exceeds the amount of heat required for the steam reaction, and as shown in FIG. 38, the upstream side (methanol, steam and On the side that introduces a gas containing oxygen), the internal temperature rises sharply to form a peak in the temperature distribution. Also, after oxygen is consumed in the oxidation reaction, only the steam reforming reaction will proceed,
After the peak of the temperature distribution described above, the internal temperature of the fuel reformer continues to decrease toward the downstream side (the side from which the hydrogen-rich gas is discharged).

【0010】燃料改質装置内部で温度分布がピークを形
成し、温度が上昇しすぎる場合には、触媒が劣化したり
副生成物が生じるなどの問題を生じる。まず、触媒の劣
化について説明する。例えば、メタノールの水蒸気改質
反応および酸化反応を促進する触媒としてCu−Zn触
媒を用いる場合には、300℃を越える高温下でこのC
u−Zn触媒を使用すると、触媒の耐久性が低下してシ
ンタリングを起こしてしてしまうおそれがある。ここで
シンタリングとは、担体表面に担持された触媒が凝集し
てしまう現象をいう。Cu−Zn触媒は通常、亜鉛粒子
の表面に銅微粒子が散在する形状をしているが、シンタ
リングを起こすと銅微粒子が凝集して粒子が巨大化す
る。このような現象が生じると、銅粒子の表面積の低下
に伴って触媒の活性面積が減少してしまうため燃料改質
装置の性能が低下してしまう。
If the temperature distribution forms a peak inside the fuel reformer and the temperature rises too high, problems such as deterioration of the catalyst and generation of by-products occur. First, the deterioration of the catalyst will be described. For example, when a Cu—Zn catalyst is used as a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction of methanol, this C
When a u-Zn catalyst is used, the durability of the catalyst may be reduced and sintering may occur. Here, the sintering refers to a phenomenon in which the catalyst supported on the surface of the carrier aggregates. The Cu-Zn catalyst usually has a shape in which copper fine particles are scattered on the surface of zinc particles. However, when sintering occurs, the copper fine particles aggregate and the particles become large. When such a phenomenon occurs, the active area of the catalyst decreases as the surface area of the copper particles decreases, so that the performance of the fuel reformer decreases.

【0011】また、触媒温度が上昇しすぎることによる
もう一つの問題である副生成物の発生とは、所定の高温
下で改質反応が進行する際に、既述した正常な反応以外
の反応が起こり、メタンが生じたり、供給した加圧空気
中の窒素ガスが反応して窒素酸化物が生じたりすること
をいう。これらの副生成物は、燃料改質装置における改
質反応温度の範囲では分解されることがなく、そのまま
燃料ガスとして燃料電池に供給されてしまう。特にメタ
ン等の生成量が増えることは燃料ガス中の水素分圧の低
下につながり好ましくない。
The generation of by-products, which is another problem caused by an excessive rise in the catalyst temperature, refers to a reaction other than the normal reaction described above when the reforming reaction proceeds at a predetermined high temperature. Occurs and methane is generated, or nitrogen gas in the supplied pressurized air reacts to generate nitrogen oxides. These by-products are not decomposed in the range of the reforming reaction temperature in the fuel reformer, and are supplied to the fuel cell as fuel gas as they are. In particular, an increase in the amount of generated methane or the like is not preferable because it leads to a decrease in the hydrogen partial pressure in the fuel gas.

【0012】一方、燃料改質装置の下流側において内部
温度が低下すると、温度の低下と共に水蒸気改質反応の
活性が低下するという問題を生じる。水蒸気改質反応の
活性が低下してしまうと、改質反応の完了していないガ
ス、すなわち、メタノールが残留して水素濃度が不十分
なガスが生成されてしまうおそれがある。あるいは、下
流側で内部温度が低下してしまっても改質反応が完了す
るように、充分に大きな燃料改質装置を備えることが必
要になる。
On the other hand, when the internal temperature decreases on the downstream side of the fuel reforming apparatus, there arises a problem that the activity of the steam reforming reaction decreases as the temperature decreases. If the activity of the steam reforming reaction is reduced, there is a possibility that a gas in which the reforming reaction has not been completed, that is, a gas having insufficient hydrogen concentration due to remaining methanol may be generated. Alternatively, it is necessary to provide a sufficiently large fuel reformer so that the reforming reaction is completed even if the internal temperature decreases on the downstream side.

【0013】本発明の燃料改質装置は、こうした問題を
解決し、燃料改質装置の内部温度を所定の温度範囲内で
均一化することを目的としてなされ、次の構成を採っ
た。
[0013] The fuel reforming apparatus of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and has the object of making the internal temperature of the fuel reforming apparatus uniform within a predetermined temperature range, and has the following configuration.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の第1の燃料改質装置は、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反応を進行する
際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する燃料改質装置
であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進
する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に対して、前記
炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃料ガスを供給
する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部で進行する前記
水蒸気改質反応および前記酸化反応の結果生じた水素リ
ッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出する燃料ガス排
出手段と、前記触媒部において、前記原燃料ガスが供給
される側の部分で起こる前記酸化反応で生じた熱が、充
分に下流側に運ばれるように、前記原燃料ガスが導入さ
れる側の部分における前記原燃料ガスの流速を速くする
ガス流速調節手段とを備えることを要旨とする。
The first fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, and comprises a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbon and steam, A fuel reforming apparatus that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a reaction involving heat generation and an oxidation reaction to oxidize the hydrocarbon proceeds, and the steam reforming reaction proceeds. A catalyst unit having a catalyst that promotes a steam reforming reaction and the oxidation reaction, and a raw fuel gas supply unit that supplies a raw fuel gas containing the hydrocarbon, steam, and oxygen to the catalyst unit, A fuel gas discharging unit configured to discharge a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction that proceed in the catalyst unit from the catalyst unit; On the side of the Gas flow rate adjusting means for increasing the flow rate of the raw fuel gas in a portion on the side where the raw fuel gas is introduced so that the heat generated by the oxidation reaction is sufficiently transferred to the downstream side. Make a summary.

【0015】以上のように構成された本発明の第1の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気と酸素
とを含有する原燃料ガスを供給すると、この触媒部にお
いて、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とか
ら水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応で
あって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進行する。
このとき、前記酸化反応で生じた熱を利用して前記水蒸
気改質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成され
て前記触媒部から排出される。ここで、触媒部において
は、前記原燃料ガスが供給される側の部分で起こる前記
酸化反応で生じた熱が、充分に下流側に運ばれるよう
に、前記原燃料ガスが導入される側の部分における前記
原燃料ガスの流速が調節される。
[0015] The first fuel reforming apparatus of the present invention having the above-described structure converts hydrocarbon, steam, and oxygen into a catalyst section having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the contained raw fuel gas is supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, and the hydrocarbon is oxidized. Oxidation reaction.
At this time, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst unit. Here, in the catalyst section, the heat generated by the oxidation reaction occurring in the portion on the side where the raw fuel gas is supplied is transferred to the downstream side such that the heat generated by the oxidation reaction is sufficiently transferred to the downstream side. The flow rate of the raw fuel gas in the section is adjusted.

【0016】このような燃料改質装置によれば、前記原
燃料ガスが導入される側の部分で起こる酸化反応によっ
て生じた熱が、充分に下流側に運ばれるため、前記原燃
料ガスが導入される側の部分において温度が上昇しすぎ
てしまうことがない。したがって、温度が上昇しすぎる
ことによる触媒劣化や副生成物の発生といった不都合が
生じることがなく、改質器の耐久性を大きく向上させる
ことができる。さらに、酸化反応で生じた熱が充分に下
流側に運ばれることによって、下流側において、水蒸気
改質反応の活性を充分に高くすることができ、燃料改質
装置を小型化することが可能となる。
According to such a fuel reformer, the heat generated by the oxidation reaction occurring on the side where the raw fuel gas is introduced is sufficiently transferred to the downstream side. There is no possibility that the temperature will be too high in the part on the side where the heat is applied. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved. Furthermore, by sufficiently transferring the heat generated by the oxidation reaction to the downstream side, the activity of the steam reforming reaction can be sufficiently increased on the downstream side, and the fuel reformer can be downsized. Become.

【0017】ここで、原燃料ガスを構成する炭化水素、
水蒸気および酸素は、予めすべてを混合してから供給す
る必要はなく、少なくとも一つの成分あるいは原燃料ガ
スの一部は別個に供給することとしてもよい。予め混合
しておかなくても、原燃料ガスを構成するこれらの成分
が、触媒部におけるガスの流れの向きの上流側から供給
されれば上記した効果を得ることができる。また、水蒸
気改質反応を促進する触媒と酸化反応を促進する触媒と
は、同一であっても良く、異なっていてもよい。すなわ
ち、水蒸気改質反応と酸化反応とは、単一の触媒によっ
て両反応が促進されることとしてもよいし、異なる触媒
によってそれぞれの反応が促進されることとしてもよ
い。異なる触媒を用いる場合には、改質器内で両者が充
分に混合されていることが望ましい。
Here, hydrocarbons constituting the raw fuel gas,
It is not necessary to supply the water vapor and oxygen after mixing them in advance, and at least one component or a part of the raw fuel gas may be supplied separately. Even if they are not mixed in advance, the above-mentioned effects can be obtained if these components constituting the raw fuel gas are supplied from the upstream side of the gas flow direction in the catalyst section. Further, the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the catalyst that promotes the oxidation reaction may be the same or different. That is, both the steam reforming reaction and the oxidation reaction may be promoted by a single catalyst, or the respective reactions may be promoted by different catalysts. When using different catalysts, it is desirable that both are sufficiently mixed in the reformer.

【0018】上記本発明の第1の燃料改質装置におい
て、前記ガス流速調節手段は、前記触媒部における前記
原燃料ガスが供給される側において、前記燃料ガスが排
出される側よりも、前記原燃料ガスが流れる流路の断面
の総面積を小さくしてなることとしてもよい。このよう
な構成とすることによって、前記原燃料ガスが供給され
る側のにおける前記原燃料ガスの流速を、前記燃料ガス
が排出される側よりも速くすることができ、上記した効
果を得ることができる。
In the first fuel reforming apparatus according to the present invention, the gas flow rate adjusting means is arranged such that a side of the catalyst section where the raw fuel gas is supplied is more than a side where the fuel gas is discharged. The total area of the cross section of the flow path through which the raw fuel gas flows may be reduced. With such a configuration, the flow rate of the raw fuel gas on the side where the raw fuel gas is supplied can be faster than that on the side where the fuel gas is discharged, and the above-described effects can be obtained. Can be.

【0019】本発明の第2の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃
料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部で
進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結果
生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出す
る燃料ガス排出手段とを備え、前記触媒部における前記
触媒は、熱伝導性の比較的高い材料で形成される触媒担
体に保持されることを要旨とする。
The second fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst unit having a catalyst to perform, a raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, steam and oxygen to the catalyst unit, and the steam reforming reaction which proceeds in the catalyst unit. And a fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the oxidation reaction from the catalyst section, wherein the catalyst in the catalyst section is formed of a material having relatively high thermal conductivity. The carrier The the gist.

【0020】以上のように構成された本発明の第2の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気と酸素
とを含有する原燃料ガスを供給すると、この触媒部にお
いて、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とか
ら水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応で
あって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進行し、生
成した水素リッチな燃料ガスを排出する。ここで、前記
触媒は、熱伝導性の比較的高い材料で形成される触媒担
体に担持されるため、前記酸化反応で生じた熱は、触媒
担体によって速やかに周辺部に伝えられ、前記水蒸気改
質反応に利用される。
In the second fuel reforming apparatus of the present invention having the above-described structure, the hydrocarbon, steam and oxygen are supplied to a catalyst section having a catalyst for promoting the steam reforming reaction and the oxidation reaction. When the contained raw fuel gas is supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, and the hydrocarbon is oxidized. Oxidation reaction proceeds, and the generated hydrogen-rich fuel gas is discharged. Here, since the catalyst is supported on a catalyst carrier formed of a material having relatively high thermal conductivity, heat generated by the oxidation reaction is quickly transmitted to the peripheral portion by the catalyst carrier, and the steam reforming is performed. Used for quality reaction.

【0021】このような燃料改質装置によれば、酸化反
応で生じた熱が速やかに拡散するため、前記原燃料ガス
が供給される側であって、前記酸化反応が活発に進行す
る側において、温度が上昇しすぎてしまうことがない。
したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣化や
副生成物の発生といった不都合が生じることがなく、改
質器の耐久性を大きく向上させることができる。さら
に、酸化反応で生じた熱が拡散されて下流側に伝えられ
ることによって、下流側において、水蒸気改質反応の活
性を充分に高くすることができ、燃料改質装置を小型化
することが可能となる。
According to such a fuel reforming apparatus, the heat generated by the oxidation reaction is quickly diffused, so that the side on which the raw fuel gas is supplied and on which the oxidation reaction actively proceeds is provided. The temperature does not rise too much.
Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved. Further, the heat generated by the oxidation reaction is diffused and transmitted to the downstream side, so that the activity of the steam reforming reaction can be sufficiently increased on the downstream side, and the fuel reformer can be downsized. Becomes

【0022】本発明の第3の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応を促進する
触媒と前記酸化反応を促進する触媒とを備える触媒部
と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前
記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給する
酸化ガス供給手段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気
改質反応および前記酸化反応の結果生じた水素リッチな
燃料ガスを、前記触媒部から排出する燃料ガス排出手段
と、前記触媒部における前記酸化ガスが導入される側に
おいて、前記酸化反応の進行を抑制する酸化反応抑制手
段とを備えることを要旨とする。
The third fuel reforming apparatus of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbon and steam, and a reaction involving exothermic reaction. An oxidizing reaction that oxidizes, a fuel reforming apparatus that utilizes heat generated in the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidizing reaction. A catalyst unit having a catalyst that promotes a reaction, raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit, and oxygen to the catalyst unit. An oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas to be contained, and a fuel gas discharging unit that discharges, from the catalyst unit, a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction that proceed in the catalyst unit. , Wherein the side where the oxidation gas is introduced, is summarized in that and a suppressing oxidation suppression means the progress of the oxidation reaction that.

【0023】以上のように構成された本発明の第3の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。このとき、前記酸化反応で生
じた熱を利用して前記水蒸気改質反応が進行し、水素リ
ッチな燃料ガスが生成されて前記触媒部から排出され
る。ここで、触媒部においては、前記酸化ガスが導入さ
れる側において、前記酸化反応の進行が抑制される。
The third fuel reforming apparatus of the present invention having the above-described structure contains hydrocarbons and steam with respect to a catalyst section having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the raw fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation. And an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon proceeds. At this time, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst unit. Here, in the catalyst section, the progress of the oxidation reaction is suppressed on the side where the oxidizing gas is introduced.

【0024】このような燃料改質装置によれば、前記酸
化ガスが導入される側において、前記酸化反応の進行が
抑制されるため、この前記酸化ガスが導入される側にお
いて温度が上昇しすぎてしまうことがない。したがっ
て、温度が上昇しすぎることによる触媒劣化や副生成物
の発生といった不都合が生じることがなく、改質器の耐
久性を大きく向上させることができる。さらに、前記酸
化ガスが導入される側で酸化反応の進行が抑制されるこ
とによって、酸化反応が進行する領域がより下流側に広
がり、これによって下流側の温度を上昇させ、水蒸気改
質反応の活性を充分に高くすることができる。したがっ
て、燃料改質装置を小型化することが可能となる。
According to such a fuel reformer, since the progress of the oxidation reaction is suppressed on the side where the oxidizing gas is introduced, the temperature is excessively increased on the side where the oxidizing gas is introduced. I won't. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved. Further, the progress of the oxidation reaction is suppressed on the side where the oxidizing gas is introduced, so that the region where the oxidation reaction proceeds is spread more downstream, thereby increasing the temperature on the downstream side, and increasing the temperature of the steam reforming reaction. The activity can be sufficiently increased. Therefore, the size of the fuel reformer can be reduced.

【0025】上記本発明の第3の燃料改質装置におい
て、前記酸化反応抑制手段は、前記触媒部において、前
記酸化ガスが導入される側の方が、前記燃料ガスが排出
される側よりも、前記酸化反応を促進する触媒の量が小
となるように形成してなることとしてもよい。
[0025] In the third fuel reforming apparatus of the present invention, the oxidation reaction suppressing means may be arranged such that a side of the catalyst section where the oxidizing gas is introduced is closer than a side where the fuel gas is discharged. Alternatively, the catalyst may be formed so that the amount of the catalyst that promotes the oxidation reaction is small.

【0026】また、本発明の第3の燃料改質装置におい
て、前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応
を促進する触媒とは同一の触媒であり、前記酸化反応抑
制手段は、前記酸化ガスが導入される側の方が、前記燃
料ガスが排出される側よりも、前記触媒の量が小となる
ように形成してなることとしてもよい。
In the third fuel reforming apparatus according to the present invention, the catalyst for promoting the steam reforming reaction and the catalyst for promoting the oxidation reaction are the same catalyst, and the oxidation reaction suppressing means includes The catalyst may be formed such that the amount of the catalyst is smaller on the side where the oxidizing gas is introduced than on the side where the fuel gas is discharged.

【0027】本発明の第4の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応を促進する
触媒と前記酸化反応を促進する触媒とを備える触媒部
と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前
記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給する
酸化ガス供給手段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気
改質反応および前記酸化反応の結果生じた水素リッチな
燃料ガスを、前記触媒部から排出する燃料ガス排出手段
と、前記触媒部内で進行する反応の進行状態を検出する
反応状態検出手段とを備え、前記酸化ガス供給手段は、
前記触媒部に供給する単位時間当たりの酸素量を所望の
量に維持しつつ、前記反応状態検出手段が検出した前記
反応の進行状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記
酸化ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度調節手段をさ
らに備えることを要旨とする。
The fourth fuel reforming apparatus of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbon and steam, and a reaction involving exothermic reaction. A fuel reforming device that utilizes an heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, wherein a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation A catalyst unit having a catalyst that promotes a reaction, raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit, and oxygen to the catalyst unit. An oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas to be contained, and a fuel gas discharging unit that discharges, from the catalyst unit, a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction that proceed in the catalyst unit. In the catalyst section And a reaction state detection means for detecting a traveling state of the row to the reaction, the oxidizing gas supply means,
While maintaining a desired amount of oxygen per unit time to be supplied to the catalyst unit, the oxygen in the oxidizing gas supplied to the catalyst unit based on the progress of the reaction detected by the reaction state detection unit. The gist of the present invention is to further include oxygen concentration adjusting means for controlling the concentration.

【0028】以上のように構成された本発明の第4の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。このとき、前記酸化反応で生
じた熱を利用して前記水蒸気改質反応が進行し、水素リ
ッチな燃料ガスが生成されて前記触媒部から排出され
る。ここで、前記触媒部内で進行する反応の進行状態を
検出し、前記触媒部に供給する単位時間当たりの酸素量
を所望の量に維持しつつ、この検出した前記反応の進行
状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記酸化ガス中
の酸素濃度を制御する。
The fourth fuel reforming apparatus of the present invention having the above-described structure contains hydrocarbons and steam with respect to a catalyst section having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the raw fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation. And an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon proceeds. At this time, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst unit. Here, the progress of the reaction that proceeds in the catalyst unit is detected, and while maintaining the desired amount of oxygen per unit time supplied to the catalyst unit, based on the detected progress of the reaction, The oxygen concentration in the oxidizing gas supplied to the catalyst unit is controlled.

【0029】このような燃料改質装置によれば、前記酸
化ガス中の酸素濃度が制御されるため、酸化ガスが導入
される側において進行する酸化反応の反応速度を制御す
ることができ、この前記酸化ガスが導入される側におい
て温度が上昇しすぎてしまうのを防止することができ
る。したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合が生じることがな
く、改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
さらに、酸化ガス中の酸素濃度を制御して酸化反応の反
応速度を制御することによって、酸化反応が進行する領
域をより下流側に広げることができ、これによって下流
側の温度を上昇させ、水蒸気改質反応の活性を充分に高
くすることができる。したがって、燃料改質装置を小型
化することが可能となる。
According to such a fuel reformer, since the oxygen concentration in the oxidizing gas is controlled, it is possible to control the reaction rate of the oxidizing reaction which proceeds on the side where the oxidizing gas is introduced. It is possible to prevent the temperature from excessively increasing on the side where the oxidizing gas is introduced. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved.
Further, by controlling the reaction rate of the oxidation reaction by controlling the oxygen concentration in the oxidizing gas, the region where the oxidation reaction proceeds can be expanded further downstream, thereby increasing the temperature on the downstream side and increasing the temperature of the steam. The activity of the reforming reaction can be sufficiently increased. Therefore, the size of the fuel reformer can be reduced.

【0030】上記した本発明の第4の燃料改質装置にお
いて、前記触媒部は、前記触媒を備える複数の反応部か
らなり、前記酸化ガス供給手段は、前記複数の反応部の
それぞれに対して前記酸化ガスを供給することとしても
よい。このような構成とすれば、酸化ガスが供給される
箇所を複数にすることによって、触媒部内部の温度を均
一化する効果をさらに高めることができる。
In the above-described fourth fuel reforming apparatus of the present invention, the catalyst section comprises a plurality of reaction sections provided with the catalyst, and the oxidizing gas supply means is provided for each of the plurality of reaction sections. The oxidizing gas may be supplied. With such a configuration, the effect of equalizing the temperature inside the catalyst unit can be further enhanced by providing a plurality of locations to which the oxidizing gas is supplied.

【0031】本発明の第5の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃
料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部で
進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結果
生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出す
る燃料ガス排出手段と、前記触媒部において、前記原燃
料ガス供給手段から前記原燃料ガスを導入される部位
と、前記燃料ガス排出手段によって前記燃料ガスを排出
する部位とを入れ替え、前記触媒部におけるガスの流れ
を逆転させるガス供給方向変更手段とを備えることを要
旨とする。
The fifth fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, steam, and oxygen to the catalytic unit, and the steam reforming reaction that proceeds in the catalytic unit. And a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the oxidation reaction, a fuel gas discharge unit that discharges the catalyst unit, and a part of the catalyst unit where the raw fuel gas is introduced from the raw fuel gas supply unit. The fuel gas exhaust Interchanging the site for discharging the fuel gas by means, summarized as further comprising a gas supply direction changing means for reversing the flow of the gas in the catalytic section.

【0032】以上のように構成された本発明の第5の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気と酸素
とを含有する原燃料ガスを供給すると、この触媒部にお
いて、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とか
ら水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応で
あって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進行する。
このとき、前記酸化反応で生じた熱を利用して前記水蒸
気改質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成され
て前記触媒部から排出される。このような反応が進行す
る際に、前記触媒部において、前記原燃料ガスを導入さ
れる部位と、前記燃料ガスを排出する部位との入れ替え
が行なわれる。
The fifth fuel reforming apparatus according to the present invention having the above-described structure converts a hydrocarbon, steam and oxygen into a catalyst having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the contained raw fuel gas is supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, and the hydrocarbon is oxidized. Oxidation reaction.
At this time, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst unit. When such a reaction proceeds, a portion where the raw fuel gas is introduced and a portion where the fuel gas is discharged are exchanged in the catalyst section.

【0033】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記原燃料ガスを導入される部位と、前
記燃料ガスを排出する部位との入れ替えが行なわれるた
め、原燃料ガスが導入される特定の領域において、温度
が上昇しすぎてしまうことがない。したがって、温度が
上昇しすぎることによる触媒劣化や副生成物の発生とい
った不都合が生じることがなく、改質器の耐久性を大き
く向上させることができる。さらに、特定の下流側にお
いて温度が低下してしまうことがなく、触媒部全体で水
蒸気改質反応の活性を充分に高くすることができる。し
たがって、燃料改質装置を小型化することが可能とな
る。
According to such a fuel reforming apparatus, since the part where the raw fuel gas is introduced and the part where the fuel gas is discharged are exchanged in the catalyst section, the raw fuel gas is introduced. The temperature does not rise too much in the specific region to be processed. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved. Further, the temperature of the specific downstream side does not decrease, and the activity of the steam reforming reaction can be sufficiently increased in the entire catalyst section. Therefore, the size of the fuel reformer can be reduced.

【0034】上記した本発明の第5の燃料改質装置にお
いて、前記触媒部において、前記原燃料ガス供給手段か
ら前記原燃料ガスを供給される側の所定位置の温度を検
出する端部温度検出手段をさらに備え、前記ガス供給方
向変更手段は、前記端部温度検出手段の検出結果に基づ
いて、前記原燃料ガス供給手段から前記原燃料ガスを導
入される部位と、前記燃料ガス排出手段によって前記燃
料ガスを排出する部位とを入れ替えることとしてもよ
い。このような構成とすることによって、原燃料ガスが
供給される側において温度が上昇しすぎてしまうのを、
確実に防止することができる。
[0034] In the fifth fuel reforming apparatus of the present invention described above, the end portion temperature detection for detecting the temperature at a predetermined position on the side where the raw fuel gas is supplied from the raw fuel gas supply means in the catalyst section. Means for changing the gas supply direction, based on a detection result of the end temperature detection means, a portion to which the raw fuel gas is introduced from the raw fuel gas supply means, and a fuel gas discharge means. The part for discharging the fuel gas may be replaced. With such a configuration, it is possible to prevent the temperature from excessively increasing on the side where the raw fuel gas is supplied,
It can be reliably prevented.

【0035】本発明の第6の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える粒子を、内部に封入して
なる触媒部と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水
蒸気と酸素とを含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガ
ス供給手段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反
応および前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガ
スを、前記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前
記触媒を備える粒子を、前記触媒部内で撹拌する触媒撹
拌手段とを備えることを要旨とする。
The sixth fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbon and steam, and a reaction involving heat generation, An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst section in which particles including a catalyst to be filled are enclosed, a raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, water vapor, and oxygen to the catalyst section; A fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction progressing in the catalyst section from the catalyst section, and a catalyst for stirring particles including the catalyst in the catalyst section. With stirring means The gist of the door.

【0036】以上のように構成された本発明の第6の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える粒子を、内部に充填してなる触媒部に対し
て、炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃料ガスを
供給する。その際、前記触媒部において、前記触媒を備
える粒子を撹拌しながら、吸熱を伴う反応であって、炭
化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応
と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸
化反応とを進行する。このとき、前記酸化反応で生じた
熱を利用して前記水蒸気改質反応が進行し、水素リッチ
な燃料ガスが生成されて前記触媒部から排出される。
The sixth fuel reforming apparatus according to the present invention having the above-described structure is characterized in that a catalyst portion having a catalyst for accelerating a steam reforming reaction and an oxidation reaction is filled in a catalyst portion. And a raw fuel gas containing hydrocarbons, water vapor and oxygen. At that time, in the catalyst section, while stirring the particles provided with the catalyst, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, And an oxidation reaction for oxidizing hydrocarbons. At this time, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst unit.

【0037】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記触媒を備える粒子を撹拌するため、
この粒子が備える触媒は、順次前記酸化反応に関わり、
原燃料ガスが導入される特定の領域において温度が上昇
しすぎてしまうことがない。したがって、温度が上昇し
すぎることによる触媒劣化や副生成物の発生といった不
都合が生じることがなく、改質器の耐久性を大きく向上
させることができる。さらに、特定の下流側において温
度が低下してしまうことがなく、触媒部全体で水蒸気改
質反応の活性を充分に高くすることができる。したがっ
て、燃料改質装置を小型化することが可能となる。
According to such a fuel reforming apparatus, the catalyst section agitates the particles provided with the catalyst.
The catalyst included in the particles is involved in the oxidation reaction sequentially,
The temperature does not rise too much in the specific area where the raw fuel gas is introduced. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved. Further, the temperature of the specific downstream side does not decrease, and the activity of the steam reforming reaction can be sufficiently increased in the entire catalyst section. Therefore, the size of the fuel reformer can be reduced.

【0038】上記した本発明の第6の燃料改質装置にお
いて、前記触媒撹拌手段は、前記原燃料ガス供給手段に
備えられ、前記炭化水素と水蒸気と酸素とのうちの少な
くとも一つを含有するガスを、前記触媒部内に噴霧し
て、前記触媒を備える粒子を前記触媒部内で撹拌するこ
ととしてもよい。このような構成とすれば、前記触媒部
に対して、前記原燃料を構成するガスを噴霧することに
よって撹拌の動作を同時に行なうことができる。
[0038] In the above-described sixth fuel reforming apparatus of the present invention, the catalyst stirring means is provided in the raw fuel gas supply means and contains at least one of the hydrocarbon, steam and oxygen. A gas may be sprayed into the catalyst section, and particles including the catalyst may be stirred in the catalyst section. With such a configuration, the stirring operation can be performed simultaneously by spraying the gas constituting the raw fuel onto the catalyst section.

【0039】本発明の第7の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガス
を供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記触媒部
において、前記酸化ガス供給手段から前記酸化ガスが供
給される箇所を、経時的に変化させる供給箇所変更手段
とを備えることを要旨とする。
The seventh fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, and An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst unit having a catalyst to be supplied, raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit, and an oxidizing gas containing oxygen for the catalyst unit An oxidizing gas supply unit for supplying hydrogen gas, a fuel gas discharging unit for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst unit from the catalyst unit, and the catalyst unit. In the oxidation The location where the oxidizing gas from the scan supply means is supplied, and summarized in that and a feed point changing means for temporally changing.

【0040】以上のように構成された本発明の第7の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。このとき、前記触媒部におい
て、前記酸化ガスが供給される箇所は、経時的に変化さ
せる。このようにして供給された酸化ガスを用いて進行
する前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記水蒸気改
質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成されて前
記触媒部から排出される。
The seventh fuel reformer of the present invention having the above-described structure contains hydrocarbons and steam with respect to a catalyst section having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the raw fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation. And an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon proceeds. At this time, the location where the oxidizing gas is supplied in the catalyst section is changed with time. The steam reforming reaction proceeds by utilizing heat generated in the oxidation reaction that proceeds using the oxidizing gas supplied in this manner, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst unit. You.

【0041】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記酸化ガスが供給される箇所が、経時
的に変化させるため、酸化ガスが導入される特定の領域
において、温度が上昇しすぎてしまうことがない。した
がって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣化や副生
成物の発生といった不都合が生じることがなく、改質器
の耐久性を大きく向上させることができる。
According to such a fuel reforming apparatus, the location where the oxidizing gas is supplied changes with time in the catalyst section. Don't overdo it. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved.

【0042】本発明の第8の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガス
を供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記触媒部
において、前記原燃料ガスと共に酸化ガスが供給される
供給側と、前記燃料ガスが排出される排出側とを隣接
し、前記供給側と前記排出側との間で熱交換を行なわせ
る均熱化手段とを備えることを要旨とする。
The eighth fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst unit having a catalyst to be supplied, raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit, and an oxidizing gas containing oxygen for the catalyst unit An oxidizing gas supply unit for supplying hydrogen gas, a fuel gas discharging unit for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst unit from the catalyst unit, and the catalyst unit. In the said fuel A supply side to which an oxidizing gas is supplied together with a gas; and a discharge side from which the fuel gas is discharged, adjacent to the supply side, and a heat equalizing means for performing heat exchange between the supply side and the discharge side. Is the gist.

【0043】以上のように構成された本発明の第8の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。ここで、前記触媒部は、前記
原燃料ガスと共に酸化ガスが供給される供給側と、前記
燃料ガスが排出される排出側とを隣接して形成されてい
るため、前記供給側と前記排出側との間で熱交換が行な
われ、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記水蒸気
改質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成されて
前記触媒部から排出される。
[0043] The eighth fuel reforming apparatus of the present invention configured as described above contains hydrocarbons and steam with respect to a catalyst section having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the raw fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation. And an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon proceeds. Here, since the catalyst section is formed adjacent to a supply side on which the oxidizing gas is supplied together with the raw fuel gas and a discharge side on which the fuel gas is discharged, the supply side and the discharge side are formed. And heat exchange is performed between the catalyst and the steam reforming reaction using the heat generated by the oxidation reaction, and a hydrogen-rich fuel gas is generated and discharged from the catalyst section.

【0044】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記原燃料ガスと共に酸化ガスが供給さ
れる供給側と、前記燃料ガスが排出される排出側との間
で熱交換が行なわれるため、酸化ガスが導入される特定
の領域において、温度が上昇しすぎてしまうことがな
い。したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合が生じることがな
く、改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
さらに、特定の下流側において温度が低下してしまうこ
とがなく、触媒部全体で水蒸気改質反応の活性を充分に
高くすることができる。したがって、燃料改質装置を小
型化することが可能となる。
According to such a fuel reforming apparatus, in the catalyst section, heat exchange is performed between the supply side where the oxidizing gas is supplied together with the raw fuel gas and the discharge side where the fuel gas is discharged. The temperature is not excessively increased in a specific region where the oxidizing gas is introduced. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved.
Further, the temperature of the specific downstream side does not decrease, and the activity of the steam reforming reaction can be sufficiently increased in the entire catalyst section. Therefore, the size of the fuel reformer can be reduced.

【0045】上記した本発明の第8の燃料改質装置にお
いて、前記触媒部は、各々内部に前記触媒を備え、各々
の前記供給側と前記排出側とが互いに逆の位置にある少
なくとも2つ以上の反応部を有し、前記2つ以上の反応
部を、一方の前記反応部の前記供給側と他方の前記供給
部の前記排出側とを隣接して設けてなることとしてもよ
い。
In the above-described eighth fuel reforming apparatus of the present invention, each of the catalyst units includes the catalyst therein, and at least two of the catalyst units each having the supply side and the discharge side opposite to each other. The above reaction unit may be provided, and the two or more reaction units may be provided such that the supply side of one reaction unit and the discharge side of the other supply unit are adjacent to each other.

【0046】また、本発明の第8の燃料改質装置におい
て、前記触媒部は、内部に形成される前記原燃料ガスの
流路において折り返し部を有し、前記流路の入り口部と
出口部とを隣接して設けてなることとしてもよい。
Further, in the eighth fuel reforming apparatus according to the present invention, the catalyst section has a turn-up portion in a flow path of the raw fuel gas formed therein, and has an inlet and an outlet of the flow path. May be provided adjacent to each other.

【0047】本発明の第9の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガス
を供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記燃料改
質装置を備えるシステムを構成する所定の部材において
生じる熱を伝える所定の流体によって、前記酸化ガスが
供給される側以外の部分を加熱する加熱手段とを備える
ことを要旨とする。
The ninth fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst unit having a catalyst, a raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit, and an oxidizing gas containing oxygen for the catalyst unit An oxidizing gas supply means for supplying hydrogen gas; a fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section from the catalyst section; System with quality equipment A predetermined fluid to transfer heat generated in the predetermined member constituting the arm, and subject matter to be provided with a heating means the oxidizing gas to heat the portion other than the side to be supplied.

【0048】以上のように構成された本発明の第9の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。ここで、前記触媒部におい
て、前記酸化ガスが供給されて前記酸化反応が行なわれ
る領域では、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記
水蒸気改質反応が進行する。また、前記酸化ガスが供給
される側以外の部分では、前記燃料改質装置を備えるシ
ステムを構成する所定の部材において生じる熱が、所定
の流体によって伝えられ、この熱を利用して前記水蒸気
改質反応が進行する。生成された水素リッチな燃料ガス
は、前記触媒部から排出される。
The ninth fuel reforming apparatus of the present invention configured as described above contains hydrocarbons and steam with respect to a catalyst section having a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction. When the raw fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation. And an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon proceeds. Here, in the region where the oxidizing gas is supplied and the oxidizing reaction is performed in the catalyst section, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidizing reaction. In a portion other than the side to which the oxidizing gas is supplied, heat generated in a predetermined member of the system including the fuel reformer is transmitted by a predetermined fluid, and the heat is used to convert the steam. Quality reaction proceeds. The generated hydrogen-rich fuel gas is discharged from the catalyst section.

【0049】このような燃料改質装置によれば、前記酸
化ガスが供給される側以外の部分では、前記燃料改質装
置を備えるシステムを構成する所定の部材において生じ
る熱を利用して前記酸化反応が進行するため、前記触媒
部に供給する前記原燃料ガスの量に対して、前記触媒部
に供給する前記酸化ガスの量を減らすことができ、前記
酸化ガスが供給される側において、温度が上昇しすぎて
しまうことがない。したがって、温度が上昇しすぎるこ
とによる触媒劣化や副生成物の発生といった不都合が生
じることがなく、改質器の耐久性を大きく向上させるこ
とができる。さらに、前記酸化ガスが供給される側以外
の部分では、前記燃料改質装置を備えるシステムを構成
する所定の部材において生じる熱が伝えられるため、温
度が低下することによって水蒸気改質反応の活性が低下
してしまうことがない。したがって、触媒部全体で水蒸
気改質反応の活性を充分に高くすることができ、燃料改
質装置を小型化することが可能となる。また、前記燃料
改質装置を備えるシステムを構成する所定の部材におい
て生じる熱を利用するため、前記酸化ガスが供給される
側以外の部分を加熱することによって、システム全体の
エネルギ効率が低下してしまうこともない。
According to such a fuel reforming apparatus, in a portion other than the side to which the oxidizing gas is supplied, the oxidizing gas is heated by using heat generated in a predetermined member constituting a system including the fuel reforming apparatus. Since the reaction proceeds, the amount of the oxidizing gas supplied to the catalyst unit can be reduced with respect to the amount of the raw fuel gas supplied to the catalyst unit. Does not rise too much. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved. Further, in a portion other than the side to which the oxidizing gas is supplied, heat generated in a predetermined member constituting the system including the fuel reformer is transmitted, so that the activity of the steam reforming reaction is reduced by lowering the temperature. It does not drop. Therefore, the activity of the steam reforming reaction can be sufficiently increased in the entire catalyst section, and the size of the fuel reformer can be reduced. Further, in order to utilize heat generated in a predetermined member constituting a system including the fuel reformer, by heating a portion other than the side to which the oxidizing gas is supplied, energy efficiency of the entire system is reduced. There is no end.

【0050】また、上記した本発明の第9の燃料改質装
置において、前記加熱手段は、前記燃料改質装置を備え
るシステムを構成する所定の部材から排出される高温ガ
スによって、前記酸化ガスが供給される側以外の部分を
加熱することとしてもよい。
In the ninth fuel reforming apparatus according to the present invention, the oxidizing gas is heated by a high-temperature gas discharged from a predetermined member constituting a system including the fuel reforming apparatus. A portion other than the side to be supplied may be heated.

【0051】本発明の第10の燃料改質装置は、吸熱を
伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成
する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭
化水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質
反応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用す
る燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸
化反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部
に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガ
スを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記炭化水
素および水のうち少なくとも一方からなる液体を、前記
原燃料ガスおよび前記酸化ガスが供給される側の部分に
対して噴霧する端部冷却手段とを備えることを要旨とす
る。
The tenth fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbon and steam, and a reaction involving exothermic reaction, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst unit having a catalyst, a raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit, and an oxidizing gas containing oxygen for the catalyst unit An oxidizing gas supply unit for supplying hydrogen, a fuel gas discharging unit for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction progressing in the catalyst unit from the catalyst unit, And out of the water The liquid consisting of one even without, the gist further comprising an end cooling means for spraying to the portion on the side where the raw fuel gas and the oxidizing gas is supplied.

【0052】以上のように構成された本発明の第10の
燃料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進す
る触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを
含有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供
給すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。ここで、前記触媒部におい
て、前記酸化ガスが供給されて前記酸化反応が行なわれ
る領域では、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記
水蒸気改質反応が進行するが、このとき、前記原燃料ガ
スおよび前記酸化ガスが供給される側の部分に対して、
前記炭化水素および水のうち少なくとも一方からなる液
体が噴霧され、前記液体が噴霧された部分が冷却され
る。生成された水素リッチな燃料ガスは、前記触媒部か
ら排出される。
[0052] The tenth fuel reformer of the present invention having the above-described structure contains hydrocarbons and steam with respect to a catalyst section having a catalyst for promoting the steam reforming reaction and the oxidation reaction. When the raw fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the catalyst section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation. And an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon proceeds. Here, in the catalyst section, in a region where the oxidizing gas is supplied and the oxidizing reaction is performed, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidizing reaction. For the part on the side where the raw fuel gas and the oxidizing gas are supplied,
A liquid composed of at least one of the hydrocarbon and water is sprayed, and a portion where the liquid is sprayed is cooled. The generated hydrogen-rich fuel gas is discharged from the catalyst section.

【0053】このような燃料改質装置によれば、前記原
燃料ガスおよび前記酸化ガスが供給される側の部分で
は、前記炭化水素および水のうち少なくとも一方からな
る液体が噴霧されるため、前記酸化反応によって生じた
熱の一部が気化熱として消費され、前記酸化ガスが供給
される側において温度が上昇しすぎてしまうことがな
い。したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合が生じることがな
く、改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
According to such a fuel reforming apparatus, a liquid composed of at least one of the hydrocarbon and water is sprayed at a portion where the raw fuel gas and the oxidizing gas are supplied. Part of the heat generated by the oxidation reaction is consumed as heat of vaporization, and the temperature does not excessively increase on the side where the oxidizing gas is supplied. Therefore, inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to an excessive rise in temperature do not occur, and the durability of the reformer can be greatly improved.

【0054】本発明の第11の燃料改質装置は、吸熱を
伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成
する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭
化水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質
反応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用す
る燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸
化反応とを促進する触媒を備える第1の反応部と、前記
水蒸気改質反応を促進する触媒を備える第2の反応部と
を備える触媒部と、前記触媒部に対して、前記炭化水素
と水蒸気とを含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス
供給手段と、前記第1の反応部に対して、酸素を含有す
る酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記触媒部
で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結
果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出
する燃料ガス排出手段とを備え、前記触媒部は、前記第
1の反応部と前記第2の反応部とを隣接させ、前記第1
の反応部と前記第2の反応部との間で熱交換を行なわせ
ることを要旨とする。
The eleventh fuel reformer of the present invention is a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A catalyst unit comprising a first reaction unit provided with a catalyst for performing the above, a second reaction unit provided with a catalyst for promoting the steam reforming reaction, and the hydrocarbon containing steam and steam with respect to the catalyst unit. A raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas; an oxidizing gas supply unit for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the first reaction unit; and a steam reforming reaction that proceeds in the catalyst unit. The hydrogen lip formed as a result of the oxidation reaction A fuel gas, and a fuel gas discharge means for discharging from the catalytic section, the catalyst unit, is adjacent and between the first reaction portion and the second reaction unit, the first
The point is that heat exchange is performed between the reaction section of (1) and the second reaction section.

【0055】以上のように構成された本発明の第11の
燃料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進す
る触媒を備える第1の反応部に対して、炭化水素と水蒸
気とを含有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガス
とを供給すると、この第1の反応部において、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行する。また、前記水蒸
気反応を促進する触媒を備える第2の反応部に対して、
前記原燃料ガスを供給すると、この第2の反応部におい
て、前記水蒸気改質反応を進行する。ここで、前記第1
の反応部では、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前
記水蒸気改質反応が進行するが、前記第2の反応部も、
隣接する前記第1の反応部と熱交換することによって、
前記第1の反応部における前記酸化反応で生じた熱を利
用して前記水蒸気改質反応が進行する。生成された水素
リッチな燃料ガスは、前記触媒部から排出される。
The eleventh fuel reforming apparatus according to the present invention having the above-described structure is characterized in that a first reaction section provided with a catalyst for promoting a steam reforming reaction and an oxidation reaction is provided with a hydrocarbon and steam. When a raw fuel gas containing oxygen and an oxidizing gas containing oxygen are supplied, in the first reaction section, a reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and And an oxidation reaction that is an exothermic reaction that oxidizes the hydrocarbon. In addition, for a second reaction section provided with a catalyst for promoting the steam reaction,
When the raw fuel gas is supplied, the steam reforming reaction proceeds in the second reaction section. Here, the first
In the reaction section, the steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction, but the second reaction section also
By exchanging heat with the adjacent first reaction section,
The steam reforming reaction proceeds using heat generated by the oxidation reaction in the first reaction section. The generated hydrogen-rich fuel gas is discharged from the catalyst section.

【0056】このような燃料改質装置によれば、前記第
1の反応部において、前記酸化ガスが供給されて前記酸
化反応が進行する領域では、前記酸化反応によって生じ
た熱は、前記第1の反応部で進行する前記水蒸気改質反
応に利用される他に、隣接する第2の反応部にも伝えら
れて、この第2の反応部で進行する前記水蒸気改質反応
にも利用される。したがって、酸化反応で生じる熱によ
って前記触媒部の温度が上昇しすぎて、触媒劣化や副生
成物の発生といった不都合が生じてしまうことがなく、
改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
According to such a fuel reforming apparatus, in the first reaction section, in the region where the oxidizing gas is supplied and the oxidizing reaction proceeds, the heat generated by the oxidizing reaction is equal to the first heat. In addition to being used for the steam reforming reaction that proceeds in the reaction section, it is also transmitted to an adjacent second reaction section and used for the steam reforming reaction that proceeds in the second reaction section. . Therefore, the temperature of the catalyst section is not excessively increased due to the heat generated by the oxidation reaction, so that inconveniences such as catalyst deterioration and generation of by-products do not occur.
The durability of the reformer can be greatly improved.

【0057】ここで、本発明の第1または第2の燃料改
質装置、あるいは、本発明の第5ないし第10の燃料改
質装置において、前記炭化水素はメタノールであり、前
記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒は、
単一の銅系触媒であることとしてもよい。
Here, in the first or second fuel reformer of the present invention or the fifth to tenth fuel reformers of the present invention, the hydrocarbon is methanol, and the steam reforming reaction is performed. And the catalyst that promotes the oxidation reaction,
It may be a single copper-based catalyst.

【0058】また、本発明の第3または第4の燃料改質
装置において、前記炭化水素はメタノールであり、前記
水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促進す
る触媒とは同一の銅系触媒であることとしてもよい。
Further, in the third or fourth fuel reformer of the present invention, the hydrocarbon is methanol, and the catalyst for promoting the steam reforming reaction and the catalyst for promoting the oxidation reaction are the same copper. It may be a system catalyst.

【0059】また、本発明の第11の燃料改質装置にお
いて、前記炭化水素はメタノールであり、前記第1の反
応部が備える触媒は、単一の銅系触媒であることとして
もよい。
[0059] In the eleventh fuel reformer of the present invention, the hydrocarbon may be methanol, and the catalyst provided in the first reaction section may be a single copper-based catalyst.

【0060】このような構成の燃料改質装置では、単一
の銅系触媒によって、メタノールの水蒸気改質反応とメ
タノールの酸化反応とが促進される。銅系触媒によって
メタノールの酸化反応を促進する場合には、白金など従
来知られる他の酸化触媒を用いて酸化反応を促進する場
合とは異なり、進行する酸化反応のほとんどは、一酸化
炭素を生じない反応となる。したがって、このような構
成とすることによって、より一酸化炭素濃度が低い燃料
ガスを生成することができる。
In the fuel reforming apparatus having such a configuration, the steam reforming reaction of methanol and the oxidation reaction of methanol are promoted by a single copper-based catalyst. When the oxidation reaction of methanol is promoted by a copper-based catalyst, unlike the case of promoting the oxidation reaction by using other known oxidation catalysts such as platinum, most of the proceeding oxidation reaction produces carbon monoxide. No reaction. Therefore, with such a configuration, a fuel gas having a lower concentration of carbon monoxide can be generated.

【0061】本発明の第12の燃料改質装置は、吸熱を
伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成
する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭
化水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質
反応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用す
る燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸
化反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部
に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原
燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部
で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結
果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出
する燃料ガス排出手段とを備え、前記触媒は、前記酸化
反応として、一酸化炭素を生成する反応経路を経由しな
い反応を促進することを要旨とする。
The twelfth fuel reformer of the present invention is a reaction involving heat absorption, a steam reforming reaction for producing hydrogen from hydrocarbons and steam, and a reaction involving heat generation, wherein An oxidation reaction that oxidizes and a fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when the steam reforming reaction proceeds, and promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction. A raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, steam, and oxygen to the catalytic unit, and the steam reforming reaction that proceeds in the catalytic unit. And a fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the oxidation reaction from the catalyst section, wherein the catalyst performs, as the oxidation reaction, a reaction that does not pass through a reaction path that generates carbon monoxide. Promote The gist of the door.

【0062】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒が、一酸化炭素を生成する反応経路を経由しない前記
酸化反応を促進することができるため、触媒部内で進行
する反応によって生じる一酸化炭素量を抑え、一酸化炭
素濃度の低い燃料ガスを生成することができる。
According to such a fuel reforming apparatus, since the catalyst can promote the oxidation reaction without passing through the reaction path for generating carbon monoxide, the catalyst produced by the reaction proceeding in the catalyst section can be promoted. It is possible to suppress the carbon amount and generate a fuel gas having a low carbon monoxide concentration.

【0063】本発明の第12の燃料改質装置において、
前記炭化水素はメタノールであり、前記水蒸気改質反応
と前記酸化反応とを促進する触媒は、単一の銅系触媒で
あることとしてもよい。
In the twelfth fuel reformer of the present invention,
The hydrocarbon may be methanol, and the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction may be a single copper-based catalyst.

【0064】このような構成の燃料改質装置では、銅系
触媒によってメタノールの酸化反応を促進するため、白
金など従来知られる他の酸化触媒を用いて酸化反応を促
進する場合とは異なり、進行する酸化反応のほとんど
は、一酸化炭素を生じない反応となる。したがって、こ
のような構成とすることによって、より一酸化炭素濃度
が低い燃料ガスを生成することができる。また、単一の
銅系触媒によって、メタノールの水蒸気改質反応とメタ
ノールの酸化反応とが促進されるため、燃料改質装置の
構成を簡素化することができる。
In the fuel reforming apparatus having such a configuration, the oxidation reaction of methanol is promoted by the copper-based catalyst. Most of the oxidation reactions that do not produce carbon monoxide. Therefore, with such a configuration, a fuel gas having a lower concentration of carbon monoxide can be generated. Further, since the steam reforming reaction of methanol and the oxidation reaction of methanol are promoted by a single copper-based catalyst, the configuration of the fuel reformer can be simplified.

【0065】[0065]

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図1は、本発明の好適な第1
実施例である改質器を備える燃料電池装置20の構成を
例示する概略構成図である。燃料電池装置20は、メタ
ノールを貯蔵するメタノールタンク22、水を貯蔵する
水タンク24、燃焼ガスを発生するバーナ26、空気の
圧縮を行なう圧縮機28、バーナ26と圧縮機28とを
併設した蒸発器32、改質反応により燃料ガスを生成す
る改質器34、燃料ガス中の一酸化炭素(CO)濃度を
低減するCO低減部36、電気化学反応により起電力を
得る燃料電池40、コンピュータにより構成される制御
部50を主な構成要素とする。まず最初に、燃料電池装
置20における発電の主体である燃料電池40について
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described below based on examples. FIG. 1 shows a preferred first embodiment of the present invention.
1 is a schematic configuration diagram illustrating the configuration of a fuel cell device 20 including a reformer according to an embodiment. The fuel cell device 20 includes a methanol tank 22 for storing methanol, a water tank 24 for storing water, a burner 26 for generating combustion gas, a compressor 28 for compressing air, and an evaporator provided with the burner 26 and the compressor 28. A reformer 32, a reformer 34 that generates a fuel gas by a reforming reaction, a CO reducing unit 36 that reduces the concentration of carbon monoxide (CO) in the fuel gas, a fuel cell 40 that obtains an electromotive force by an electrochemical reaction, and a computer The configured control unit 50 is a main component. First, the fuel cell 40 that is the main power generator in the fuel cell device 20 will be described.

【0066】燃料電池40は、固体高分子電解質型の燃
料電池であり、構成単位である単セルを複数積層したス
タック構造を有している。図2は、燃料電池40を構成
する単セル48の構成を例示する断面図である。単セル
48は、電解質膜41と、カソード42およびアノード
43と、セパレータ44,45とから構成されている。
The fuel cell 40 is a solid polymer electrolyte type fuel cell and has a stack structure in which a plurality of unit cells as constituent units are stacked. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a single cell 48 configuring the fuel cell 40. The single cell 48 includes an electrolyte membrane 41, a cathode 42 and an anode 43, and separators 44 and 45.

【0067】カソード42およびアノード43は、電解
質膜41を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ44,45は、このサンド
イッチ構造をさらに両側から挟みつつ、カソード42お
よびアノード43との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの
流路を形成する。カソード42とセパレータ44との間
には燃料ガス流路44Pが形成されており、アノード4
3とセパレータ45との間には酸化ガス流路45Pが形
成されている。セパレータ44,45は、図2ではそれ
ぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両
面にリブが形成されており、片面はカソード42との間
で燃料ガス流路44Pを形成し、他面は隣接する単セル
が備えるアノード43との間で酸化ガス流路45Pを形
成する。このように、セパレータ44,45は、ガス拡
散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する
単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を
果たしている。もとより、単セル48を積層してスタッ
ク構造を形成する際、スタック構造の両端に位置する2
枚のセパレータは、ガス拡散電極と接する片面にだけリ
ブを形成することとしてもよい。
The cathode 42 and the anode 43 are gas diffusion electrodes having a sandwich structure sandwiching the electrolyte membrane 41 from both sides. The separators 44 and 45 form flow paths for fuel gas and oxidizing gas between the cathode 42 and the anode 43 while further sandwiching the sandwich structure from both sides. A fuel gas flow path 44P is formed between the cathode 42 and the separator 44, and the anode 4
An oxidizing gas flow path 45P is formed between 3 and the separator 45. Although the separators 44 and 45 each have a flow path formed on only one side in FIG. 2, ribs are actually formed on both sides thereof, and a fuel gas flow path 44 P is formed on one side with the cathode 42. The other surface forms an oxidizing gas channel 45P with the anode 43 provided in the adjacent single cell. As described above, the separators 44 and 45 have a function of forming a gas flow path between the gas diffusion electrodes and separating the flows of the fuel gas and the oxidizing gas between the adjacent single cells. Of course, when stacking the unit cells 48 to form a stack structure, the two cells located at both ends of the stack structure
The ribs may be formed only on one side of the separator in contact with the gas diffusion electrode.

【0068】ここで、電解質膜41は、固体高分子材
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)
を使用した。電解質膜41の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が担持されてい
る。
Here, the electrolyte membrane 41 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and has good electric conductivity in a wet state. In this embodiment, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) is used.
It was used. On the surface of the electrolyte membrane 41, platinum as a catalyst or an alloy composed of platinum and another metal is supported.

【0069】カソード42およびアノード43は、共に
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、カソード42およびアノード43
は、カーボンクロスにより形成するほか、炭素繊維から
なるカーボンペーパまたはカーボンフエルトにより形成
する構成も好適である。
The cathode 42 and the anode 43 are both formed of carbon cloth woven with carbon fiber yarns. The cathode 42 and the anode 43
Is preferably formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber, in addition to being formed of carbon cloth.

【0070】セパレータ44,45は、ガス不透過の導
電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とし
た緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ4
4,45はその両面に、平行に配置された複数のリブを
形成しており、既述したように、カソード42の表面と
で燃料ガス流路44Pを形成し、隣接する単セルのアノ
ード43の表面とで酸化ガス流路45Pを形成する。こ
こで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面と
もに平行に形成する必要はなく、面毎に直行するなど所
定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は
平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃
料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。
The separators 44 and 45 are formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon which is made by compressing carbon to be gas-impermeable. Separator 4
4 and 45 have a plurality of ribs arranged in parallel on both surfaces thereof. As described above, the fuel gas flow path 44P is formed with the surface of the cathode 42, and the anode 43 of the adjacent single cell is formed. And an oxidizing gas flow path 45P. Here, the ribs formed on the surface of each separator need not be formed in parallel on both surfaces, and may be at a predetermined angle such as perpendicular to each surface. The ribs do not need to be parallel grooves, but may be any as long as a fuel gas or an oxidizing gas can be supplied to the gas diffusion electrode.

【0071】以上、燃料電池40の基本構造である単セ
ル48の構成について説明した。実際に燃料電池40と
して組み立てるときには、セパレータ44、カソード4
2、電解質膜41、アノード43、セパレータ45の順
序で構成される単セル48を複数組積層し(本実施例で
は100組)、その両端に緻密質カーボンや銅板などに
より形成される集電板を配置することによって、スタッ
ク構造を構成する。
The configuration of the single cell 48 which is the basic structure of the fuel cell 40 has been described above. When the fuel cell 40 is actually assembled, the separator 44 and the cathode 4
2. A plurality of single cells 48 composed of an electrolyte membrane 41, an anode 43, and a separator 45 are stacked in this order (100 sets in this embodiment), and a current collector plate formed of a dense carbon or copper plate at both ends thereof Are arranged to form a stack structure.

【0072】以下、燃料電池装置20を構成する燃料電
池40以外の構成要素およびそれらの接続関係について
順次説明する。蒸発器32は、メタノールタンク22お
よび水タンク24からメタノールと水の供給を受け、こ
れらメタノールと水とを気化させる装置である。蒸発器
32は、既述したようにバーナ26と圧縮機28とを併
設しているが、後述するように圧縮機28を介してバー
ナ26の燃焼排ガスが導かれ、この燃焼熱が蒸発器32
の備える図示しない熱交換器に伝えられて、蒸発器32
に供給されたメタノールと水とを沸騰、気化させる。
Hereinafter, components other than the fuel cell 40 constituting the fuel cell device 20 and their connection relationship will be sequentially described. The evaporator 32 is a device that receives supply of methanol and water from the methanol tank 22 and the water tank 24 and vaporizes the methanol and water. The evaporator 32 includes the burner 26 and the compressor 28 as described above, but the combustion exhaust gas of the burner 26 is guided through the compressor 28 as described later, and the combustion heat is
Is transmitted to a heat exchanger (not shown) provided in the evaporator 32.
Boil and vaporize the methanol and water supplied to the vessel.

【0073】メタノールタンク22から蒸発器32に原
燃料であるメタノールを送り込むメタノール流路60に
は第2ポンプ71が設けられており、蒸発器32に供給
するメタノール量を調節可能となっている。この第2ポ
ンプ71は、制御部50に接続されており、制御部50
から出力される信号によって駆動され、蒸発器32に供
給するメタノール流量を調節する。
A second pump 71 is provided in a methanol flow path 60 for feeding the raw fuel methanol from the methanol tank 22 to the evaporator 32, and the amount of methanol supplied to the evaporator 32 can be adjusted. The second pump 71 is connected to the control unit 50,
Is controlled by a signal output from the controller to adjust the flow rate of methanol supplied to the evaporator 32.

【0074】水タンク24から蒸発器32に水を送り込
む水供給路62には第3ポンプ72が設けられており、
蒸発器32に供給する水の量を調節可能となっている。
この第3ポンプ72は、第2ポンプ71と同じく制御部
50に接続されており、制御部50から出力される信号
によって駆動され、蒸発器32に供給する水量を調節す
る。上記メタノール流路60と水供給路62とは合流し
て第1燃料供給路63を形成し、この第1燃料供給路6
3は蒸発器32に接続する。メタノール流量と水量とは
上記第2ポンプ71と第3ポンプ72とによって調節さ
れるため、所定量ずつ混合されたメタノールと水とは第
1燃料供給路63を介して蒸発器32に供給される。
A third pump 72 is provided in a water supply path 62 for feeding water from the water tank 24 to the evaporator 32.
The amount of water supplied to the evaporator 32 can be adjusted.
The third pump 72 is connected to the control unit 50 similarly to the second pump 71, is driven by a signal output from the control unit 50, and adjusts the amount of water supplied to the evaporator 32. The methanol flow path 60 and the water supply path 62 merge to form a first fuel supply path 63, and the first fuel supply path 6
3 is connected to the evaporator 32. Since the flow rate of methanol and the amount of water are adjusted by the second pump 71 and the third pump 72, the methanol and water mixed by a predetermined amount are supplied to the evaporator 32 through the first fuel supply path 63. .

【0075】蒸発器32に併設された圧縮機28は、燃
料電池装置20の外部から空気を取り込んでこれを圧縮
し、この圧縮空気を燃料電池40の陽極側に供給するた
めの装置である。圧縮機28は、タービン28aおよび
コンプレッサ28bを備え、これらは羽根車型に成形さ
れている。タービン28aおよびコンプレッサ28bは
同軸上のシャフト28cで連結されており、タービン2
8aを回転駆動することにより、コンプレッサ28bを
回転駆動することができる。蒸発器32にはさらにバー
ナ26が併設されているが、このバーナ26からの高温
の燃焼ガスによってタービン28aは駆動される。ター
ビン28aの回転と共にコンプレッサ28bも回転し、
このコンプレッサ28bは、既述したように空気の圧縮
を行なう。コンプレッサ28bへは、空気導入路29を
介して外部から空気が取り込み可能となっており、圧縮
機28で圧縮された空気は、酸化ガス供給路68を介し
て燃料電池40に供給され、燃料電池40における電気
化学反応に供される。
The compressor 28 attached to the evaporator 32 is a device for taking in air from the outside of the fuel cell device 20, compressing the air, and supplying the compressed air to the anode side of the fuel cell 40. The compressor 28 includes a turbine 28a and a compressor 28b, which are formed in an impeller shape. The turbine 28a and the compressor 28b are connected by a coaxial shaft 28c.
By driving the rotation of the compressor 8a, the compressor 28b can be driven to rotate. The evaporator 32 is further provided with a burner 26, and the high-temperature combustion gas from the burner 26 drives the turbine 28a. The compressor 28b also rotates with the rotation of the turbine 28a,
The compressor 28b compresses air as described above. Air can be taken into the compressor 28b from the outside via an air introduction passage 29, and the air compressed by the compressor 28 is supplied to the fuel cell 40 via the oxidizing gas supply passage 68, It is subjected to an electrochemical reaction at 40.

【0076】ここで、タービン28aは、バーナ26か
らの高温の燃焼ガスにより駆動されるので、耐熱性およ
び耐久性を実現するために超耐熱合金やセラミックス等
により形成される。本実施例では、ニッケルベースの合
金(インコネル700、インコネル社)を使用した。ま
た、コンプレッサ28bは、軽量なアルミニウム合金に
より形成される。
Here, since the turbine 28a is driven by the high-temperature combustion gas from the burner 26, it is formed of a super heat-resistant alloy, ceramics or the like in order to realize heat resistance and durability. In this embodiment, a nickel-based alloy (Inconel 700, Inc.) was used. The compressor 28b is formed of a lightweight aluminum alloy.

【0077】タービン28aを駆動するバーナ26は、
燃焼のための燃料を、燃料電池40の陰極側およびメタ
ノールタンク22から供給される。燃料電池40は、メ
タノールを改質器34で改質して生成した水素リッチガ
スを燃料として電気化学反応を行なうが、燃料電池40
に供給されたすべての水素が電気化学反応において消費
されるわけではなく、消費されずに残った水素を含む燃
料排ガスは燃料排出路67に排出される。バーナ26
は、この燃料排出路67に接続して燃料排ガスの供給を
受け、消費されずに残った水素を完全燃焼させて燃料の
利用率の向上を図っている。通常はこのような排燃料だ
けではバーナ26における燃焼反応のための燃料として
不足するため、この不足分に相当する燃料、および燃料
電池装置20の起動時のように燃料電池40から排燃料
の供給を受けられないときの、バーナ26における燃焼
反応のための燃料は、メタノールタンク22からバーナ
26に対して供給される。バーナ26へメタノールを供
給するためにメタノール分岐路61が設けられている。
このメタノール分岐路61は、メタノールタンク22か
ら蒸発器32にメタノールを供給するメタノール流路6
0から分岐している。
The burner 26 for driving the turbine 28a is
Fuel for combustion is supplied from the cathode side of the fuel cell 40 and the methanol tank 22. The fuel cell 40 performs an electrochemical reaction using hydrogen-rich gas generated by reforming methanol in the reformer 34 as a fuel.
Not all of the hydrogen supplied to the fuel cell is consumed in the electrochemical reaction, and the fuel exhaust gas containing unreacted hydrogen is discharged to the fuel discharge passage 67. Burner 26
Is connected to the fuel discharge passage 67 to receive the supply of the fuel exhaust gas, and to completely combust the remaining hydrogen that has not been consumed, thereby improving the fuel utilization rate. Normally, such exhaust fuel alone is insufficient as fuel for the combustion reaction in the burner 26, so that the fuel corresponding to the shortage and the supply of the exhaust fuel from the fuel cell 40 as in the start-up of the fuel cell device 20. When the fuel cannot be received, the fuel for the combustion reaction in the burner 26 is supplied from the methanol tank 22 to the burner 26. A methanol branch 61 is provided for supplying methanol to the burner 26.
The methanol branch path 61 is used to supply methanol from the methanol tank 22 to the evaporator 32.
Branches from 0.

【0078】ここで、バーナ26には第1温度センサ7
3が設けられており、バーナ26での燃焼熱の温度を測
定して、この測定結果を制御部50に入力している。制
御部50は、この第1温度センサ73からの入力結果を
基に、第1ポンプ70に駆動信号を出力して、バーナ2
6に供給するメタノール量を調節し、バーナ26での燃
焼温度を所定の範囲(約800℃から1000℃)に保
っている。このバーナ26における燃焼ガスは、タービ
ン28aを回転駆動したのち蒸発器32に導かれる。タ
ービン28aでの熱交換効率は余り高くないため(約1
0%以内)、蒸発器32に導かれる燃焼排ガスの温度は
約600〜700℃に達し、蒸発器32の熱源として充
分となる。ここで、既述した第1燃料供給路63を介し
て供給されたメタノールと水との混合溶液は、蒸発器3
2に導かれたバーナ26の高温燃焼排ガスによって気化
させる。蒸発器32で気化されたメタノールと水とから
なる原燃料ガスは、第2燃料供給路64に導かれて改質
器34に伝えられる。
Here, the first temperature sensor 7 is connected to the burner 26.
3 is provided, the temperature of the combustion heat in the burner 26 is measured, and the measurement result is input to the control unit 50. The control unit 50 outputs a drive signal to the first pump 70 based on the input result from the first temperature sensor 73,
The combustion temperature in the burner 26 is maintained in a predetermined range (about 800 ° C. to 1000 ° C.) by adjusting the amount of methanol supplied to 6. The combustion gas in the burner 26 is guided to the evaporator 32 after rotating the turbine 28a. Since the heat exchange efficiency in the turbine 28a is not so high (about 1
(Within 0%), the temperature of the combustion exhaust gas guided to the evaporator 32 reaches about 600 to 700 ° C., which is sufficient as a heat source of the evaporator 32. Here, the mixed solution of methanol and water supplied via the first fuel supply passage 63 described above is used for the evaporator 3.
The gas is vaporized by the high-temperature combustion exhaust gas of the burner 26 guided to 2. The raw fuel gas composed of methanol and water vaporized in the evaporator 32 is guided to the second fuel supply path 64 and transmitted to the reformer 34.

【0079】改質器34は、供給されたメタノールと水
とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガス
を生成する。この改質器34の構成および改質器34で
行なわれる改質反応は本発明の要部に対応するものであ
り、後に詳述する。なお、改質器34にメタノールと水
とからなる原燃料ガスを供給する第2燃料供給路64に
は、第2温度センサ74が設けられており、改質器34
に供給されるメタノールと水とからなる原燃料ガスの温
度を測定している。この原燃料ガスの温度に関する測定
結果は、制御部50に入力される。制御部50は、既述
した第1温度センサ73からの入力結果に基づいて第1
ポンプ70に駆動信号を出力する際に、この第2温度セ
ンサ74からの信号を基にして、上記第1ポンプ70の
駆動量を補正し、バーナ26に供給するメタノール量を
調節する。このようにしてバーナ26での燃焼ガスの温
度を制御することによって、蒸発器32で気化された上
記原燃料ガスの温度を調節する。蒸発器32から供給さ
れる原燃料ガスは、通常約250℃に昇温している。
The reformer 34 reforms the supplied raw fuel gas composed of methanol and water to generate a hydrogen-rich fuel gas. The configuration of the reformer 34 and the reforming reaction performed in the reformer 34 correspond to the main parts of the present invention, and will be described later in detail. A second temperature sensor 74 is provided in a second fuel supply path 64 for supplying a raw fuel gas composed of methanol and water to the reformer 34.
The temperature of the raw fuel gas composed of methanol and water supplied to the fuel cell is measured. The measurement result regarding the temperature of the raw fuel gas is input to the control unit 50. The control unit 50 performs the first operation based on the input result from the first temperature sensor 73 described above.
When a drive signal is output to the pump 70, the drive amount of the first pump 70 is corrected based on the signal from the second temperature sensor 74, and the amount of methanol supplied to the burner 26 is adjusted. By controlling the temperature of the combustion gas in the burner 26 in this manner, the temperature of the raw fuel gas vaporized in the evaporator 32 is adjusted. The temperature of the raw fuel gas supplied from the evaporator 32 is usually raised to about 250 ° C.

【0080】また、後述するように改質器34における
改質反応では酸素が関与するが、この改質反応に必要な
酸素を供給するために、改質器34にはブロワ38が併
設されている。ブロワ38は、外部から空気を取り込ん
でこれを圧縮し、取り込んだ空気を空気供給路39を介
して改質器34に供給する。本実施例では、空気供給路
39は第2燃料供給路64に接続しており、ブロワ38
が取り込んだ空気は、蒸発器32から供給される原燃料
ガスと共に改質器34に供給される。ブロワ38は制御
部50に接続されており、制御部50によってその駆動
状態が制御される。
As will be described later, oxygen is involved in the reforming reaction in the reformer 34. In order to supply oxygen necessary for the reforming reaction, the reformer 34 is provided with a blower 38. I have. The blower 38 takes in air from the outside, compresses the air, and supplies the taken-in air to the reformer 34 via the air supply path 39. In this embodiment, the air supply path 39 is connected to the second fuel supply path 64 and the blower 38
Is supplied to the reformer 34 together with the raw fuel gas supplied from the evaporator 32. The blower 38 is connected to the control unit 50, and the driving state of the blower 38 is controlled by the control unit 50.

【0081】CO低減部36は、第3燃料供給路65を
介して改質器34から供給された燃料ガス中の一酸化炭
素濃度を低減させる装置である。メタノールの一般的な
改質反応はすでに(4)式に示したが、実際に改質反応
が行なわれるときにはこれらの式に表わしたように理想
的に反応が進行するわけではなく、改質器34で生成さ
れた燃料ガスは所定量の一酸化炭素を含んでいる。そこ
で、CO低減部36を設けることで、燃料電池40に供
給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低減を図ってい
る。
The CO reduction unit 36 is a device for reducing the concentration of carbon monoxide in the fuel gas supplied from the reformer 34 via the third fuel supply path 65. Although the general reforming reaction of methanol has already been shown in equation (4), when the reforming reaction is actually performed, the reaction does not proceed ideally as shown in these equations, and the reformer does not proceed. The fuel gas generated at 34 contains a predetermined amount of carbon monoxide. Therefore, by providing the CO reduction unit 36, the concentration of carbon monoxide in the fuel gas supplied to the fuel cell 40 is reduced.

【0082】本実施例の燃料電池40は固体高分子型の
燃料電池であって、電池反応を促進する白金または白金
と他の金属とからなる触媒を備えているが(本実施例で
は白金触媒を電解質膜41の表面に塗布した)、燃料ガ
ス中に一酸化炭素が含まれる場合には、この一酸化炭素
が白金触媒に吸着して触媒としての機能を低下させ、
(1)式に示したアノードにおける反応を阻害して燃料
電池の性能を低下させてしまう。そのため、燃料電池4
0のような固体高分子型の燃料電池を用いて発電を行な
うためには、供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を所
定量以下に低減して電池性能の低下を防ぐことが必須と
なる。なお、このような固体高分子型燃料電池におい
て、供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度としての許
容濃度は、通常は数ppm程度以下である。
The fuel cell 40 of the present embodiment is a polymer electrolyte fuel cell, which is provided with a catalyst composed of platinum or platinum and another metal which promotes a cell reaction. Was applied to the surface of the electrolyte membrane 41), and when carbon monoxide was contained in the fuel gas, this carbon monoxide was adsorbed on the platinum catalyst to reduce its function as a catalyst,
The reaction at the anode shown in the equation (1) is hindered and the performance of the fuel cell is reduced. Therefore, the fuel cell 4
In order to perform power generation using a polymer electrolyte fuel cell such as 0, it is essential to reduce the carbon monoxide concentration in the supplied fuel gas to a predetermined amount or less to prevent a decrease in cell performance. . In such a polymer electrolyte fuel cell, the allowable concentration of carbon monoxide in the supplied fuel gas is usually about several ppm or less.

【0083】CO低減部36に供給される燃料ガスは、
上記したように所定量の一酸化炭素を含有する水素リッ
チガスであり、CO低減部36においては、燃料ガス中
の水素に優先して一酸化炭素の酸化が行なわれる。CO
低減部36には、一酸化炭素の選択酸化触媒である白金
触媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒、ある
いはこれらを第1元素とした合金触媒を担持した担体が
充填されている。このCO低減部36で処理された燃料
ガス中の一酸化炭素濃度は、CO低減部36の運転温
度、供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度、CO低減
部36への単位触媒体積当たりの燃料ガスの供給流量等
によって定まる。CO低減部36には図示しない一酸化
炭素濃度センサが設けられており、この測定結果に基づ
いてCO低減部36の運転温度や供給する燃料ガス流量
を調節し、処理後の燃料ガス中の一酸化炭素濃度が数p
pm以下となるように制御している。
The fuel gas supplied to the CO reduction unit 36 is
As described above, the gas is a hydrogen-rich gas containing a predetermined amount of carbon monoxide, and the CO reduction unit 36 oxidizes carbon monoxide in preference to hydrogen in the fuel gas. CO
The reduction unit 36 is filled with a carrier that carries a platinum catalyst, a ruthenium catalyst, a palladium catalyst, a gold catalyst, or an alloy catalyst using these as the first element, which are selective oxidation catalysts for carbon monoxide. The concentration of carbon monoxide in the fuel gas treated by the CO reduction unit 36 is determined by the operating temperature of the CO reduction unit 36, the concentration of carbon monoxide in the supplied fuel gas, and the volume of catalyst per unit catalyst to the CO reduction unit 36. It is determined by the supply flow rate of the fuel gas and the like. The CO reducing unit 36 is provided with a carbon monoxide concentration sensor (not shown), and based on the measurement result, adjusts the operating temperature of the CO reducing unit 36 and the flow rate of the supplied fuel gas, and adjusts the amount of fuel gas in the processed fuel gas. Carbon oxide concentration is several p
pm or less.

【0084】CO低減部36で上記のように一酸化炭素
濃度が下げられた燃料ガスは、第4燃料供給路66によ
って燃料電池40に導かれ、陰極側における電池反応に
供される。燃料電池40で電池反応に用いられた後の燃
料排ガスは、既述したように燃料排出路67に排出され
てバーナ26に導かれ、この燃料排ガス中に残っている
水素が燃焼のための燃料として消費される。一方、燃料
電池40の陽極側における電池反応に関わる酸化ガス
は、既述したように、圧縮機28から酸化ガス供給路6
8を介して圧縮空気として供給される。電池反応に用い
られた残りの酸化排ガスは、酸化排ガス路69を介して
外部に排出される。
The fuel gas whose carbon monoxide concentration has been reduced as described above in the CO reduction unit 36 is guided to the fuel cell 40 by the fourth fuel supply path 66 and is subjected to a cell reaction on the cathode side. The fuel exhaust gas used for the cell reaction in the fuel cell 40 is discharged to the fuel discharge path 67 and guided to the burner 26 as described above, and the hydrogen remaining in the fuel exhaust gas is used as fuel for combustion. Consumed as On the other hand, the oxidizing gas related to the cell reaction on the anode side of the fuel cell 40 is supplied from the compressor 28 to the oxidizing gas supply path 6 as described above.
8 is supplied as compressed air. The remaining oxidized exhaust gas used for the battery reaction is discharged to the outside via the oxidized exhaust gas passage 69.

【0085】制御部50は、マイクロコンピュータを中
心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定
された制御プログラムに従って所定の演算などを実行す
るCPU54と、CPU54で各種演算処理を実行する
のに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納さ
れたROM56と、同じくCPU54で各種演算処理を
するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるR
AM58と、既述した各種温度センサからの検出信号を
入力すると共にCPU54での演算結果に応じて既述し
た各種ポンプやブロワ38などに駆動信号を出力する入
出力ポート52等を備える。
The control unit 50 is configured as a logic circuit mainly composed of a microcomputer. More specifically, the control unit 50 executes a predetermined operation or the like according to a preset control program. A ROM 56 in which necessary control programs, control data, and the like are stored in advance, and an R for temporarily reading and writing various data necessary for performing various arithmetic processing by the CPU 54.
An AM 58 and an input / output port 52 for inputting detection signals from the above-described various temperature sensors and outputting drive signals to the above-described various pumps, blowers 38, and the like in accordance with the calculation results of the CPU 54 are provided.

【0086】次に、本発明の要部に対応する改質器34
の構成について説明する。図3は、改質器34の構成の
概略を模式的に表わす説明図である。本実施例の改質器
34は、第2燃料供給路64に接続する側の端部より原
燃料ガスおよび空気の供給を受け、これら原燃料ガスお
よび空気は、改質器34の内部を通過しながら水蒸気改
質反応および酸化反応(部分酸化反応)に供される。改
質器34内において、(4)式に示す水蒸気改質反応お
よび(5)式に示す酸化反応によって生成された水素リ
ッチな燃料ガスは、もう一方の端部より第3燃料供給路
65に排出される。この改質器34は、その内部に、第
1反応部80および第2反応部81を備えている。これ
ら第1反応部80および第2反応部81は、表面にCu
−Zn触媒を担持したメタルハニカムとして構成されて
おり、上流側(第2燃料供給路64との接続部に近い
側)に形成された第1反応部80は、下流側(第3燃料
供給路65との接続部に近い側)に形成された第2反応
部81よりも、後述するセル数が少なくなるように形成
されている。
Next, the reformer 34 corresponding to the main part of the present invention
Will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram schematically illustrating the outline of the configuration of the reformer 34. The reformer 34 of this embodiment receives supply of raw fuel gas and air from the end connected to the second fuel supply path 64, and the raw fuel gas and air pass through the inside of the reformer 34. While being subjected to a steam reforming reaction and an oxidation reaction (partial oxidation reaction). In the reformer 34, the hydrogen-rich fuel gas generated by the steam reforming reaction shown in the equation (4) and the oxidation reaction shown in the equation (5) is supplied to the third fuel supply path 65 from the other end. Is discharged. The reformer 34 includes a first reaction section 80 and a second reaction section 81 therein. The first reaction section 80 and the second reaction section 81 have Cu
A first reaction unit 80 formed on the upstream side (closer to the connection with the second fuel supply path 64), and configured as a metal honeycomb supporting the Zn catalyst. It is formed such that the number of cells described later is smaller than that of the second reaction section 81 formed on the side (closer to the connection portion with the first reaction section 65).

【0087】図4は、第1反応部80および第2反応部
81を形成するメタルハニカムの横断面の一部を表わす
模式図である。メタルハニカムは、ステンレス板82,
83を積層して形成されている。すなわち、平板状のス
テンレス板82と、波状に折り曲げたステンレス板83
とを交互に配設して、メタルハニカムは形成されてい
る。ステンレス板83は、1mm間隔で波状に折り曲げ
られているため、このステンレス板83と平板状のステ
ンレス板82とを交互に積層することで、1辺の長さが
1mmである略正方形の断面を有するセルからなるハニ
カムを形成することができる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a part of the cross section of the metal honeycomb forming the first reaction section 80 and the second reaction section 81. The metal honeycomb is a stainless steel plate 82,
83 are laminated. That is, a flat stainless steel plate 82 and a stainless steel plate 83
Are alternately arranged to form a metal honeycomb. Since the stainless steel plate 83 is bent in a wave shape at 1 mm intervals, the stainless steel plate 83 and the flat stainless steel plate 82 are alternately laminated to form a substantially square cross section having a side length of 1 mm. Can be formed.

【0088】ここで、第1反応部80と第2反応部81
とでは、メタルハニカムを形成するために用いたステン
レス板82,83の厚みが異なっており、これによっ
て、第1反応部80と第2反応部81とは、それぞれが
備えるセル数が異なって形成される。第1反応部80
は、厚さが0.1mmのステンレス板82,83によっ
て形成されたハニカムからなり、第2反応部81は、厚
さが0.03mmのステンレス板82,83によって形
成されるハニカムからなる。したがって、第1反応部8
0は、その断面積1cm2 あたり約75個のセルを備
え、第2反応部81は、同じく1cm2 あたり約91個
のセルを備えることになる。改質器34全体では断面積
は一定であるため、上記したように厚みの異なるステン
レス板によってハニカムを構成することによって、第1
反応部80におけるガス流路の断面の総面積(第1反応
部80を構成する各セルの断面積の総和)は、第2反応
部81におけるガス流路の断面の総面積(第2反応部8
1を構成する各セルの断面積の総和)よりも小さくな
る。
Here, the first reaction section 80 and the second reaction section 81
The thicknesses of the stainless steel plates 82 and 83 used for forming the metal honeycomb are different from each other, whereby the first reaction unit 80 and the second reaction unit 81 are formed with different numbers of cells. Is done. First reaction unit 80
Is made of a honeycomb formed by stainless steel plates 82 and 83 having a thickness of 0.1 mm, and the second reaction section 81 is formed of a honeycomb formed by stainless steel plates 82 and 83 having a thickness of 0.03 mm. Therefore, the first reaction unit 8
0 has about 75 cells per 1 cm 2 of the cross-sectional area, and the second reaction section 81 has about 91 cells per 1 cm 2 . Since the cross-sectional area of the entire reformer 34 is constant, the first plate is formed by forming the honeycomb with stainless steel plates having different thicknesses as described above.
The total area of the cross section of the gas flow path in the reaction section 80 (the sum of the cross-sectional areas of the cells constituting the first reaction section 80) is the total area of the cross section of the gas flow path in the second reaction section 81 (the second reaction section). 8
1) (the sum of the cross-sectional areas of the cells constituting the first cell 1).

【0089】第1反応部80および第2反応部81は、
それぞれを構成するハニカム表面に触媒を担持している
ため、上流側から原燃料ガスを供給すると、原燃料ガス
は、上記ハニカム表面を通過する間に水蒸気改質反応お
よび酸化反応に供されて水素リッチな燃料ガスとなる。
本実施例では、ハニカム表面に担持させる触媒は、銅と
酸化亜鉛とを用いて共沈法によって製造した。共沈法に
よって得たCu−Zn触媒は、これを粉砕してさらにア
ルミナゾル等のバインダを加え、ハニカム上に塗布する
等の方法により、ハニカム上に担持させることができ
る。
The first reaction section 80 and the second reaction section 81
Since the catalyst is carried on the surface of the honeycomb constituting each, when the raw fuel gas is supplied from the upstream side, the raw fuel gas is subjected to a steam reforming reaction and an oxidation reaction while passing through the honeycomb surface, and hydrogen is supplied. It becomes rich fuel gas.
In this example, the catalyst to be supported on the honeycomb surface was manufactured by a coprecipitation method using copper and zinc oxide. The Cu—Zn catalyst obtained by the coprecipitation method can be supported on the honeycomb by a method of pulverizing the Cu—Zn catalyst, further adding a binder such as alumina sol, and applying the binder on the honeycomb.

【0090】以上のように構成された改質器34に原燃
料ガスを供給すると、原燃料ガスは、まず、セル数の少
ない、すなわちガス流路断面の総面積が小さい第1反応
部80内を通過し、次に、セル数の多い、すなわちガス
流路断面の総面積が大きい第2反応部81内を通過す
る。このように、所定量の原燃料ガスが、ガス流路断面
の総面積が小さいハニカム内を通過した後、ガス流路断
面の総面積が大きいハニカム内を通過するため、改質器
34内を通過する原燃料ガスの流速は、第1反応部80
内を通過するときの方が、第2反応部81内を通過する
ときよりも速くなる。
When the raw fuel gas is supplied to the reformer 34 configured as described above, the raw fuel gas is first supplied to the first reaction section 80 having a small number of cells, that is, a small total area of the gas flow path cross section. Then, it passes through the second reaction section 81 having a large number of cells, that is, a large total area of the gas flow path cross section. As described above, after the predetermined amount of the raw fuel gas passes through the honeycomb having the small total area of the gas flow path cross section, it passes through the honeycomb having the large total area of the gas flow path cross section. The flow rate of the raw fuel gas passing through the first reactor 80
The speed when passing through the inside is faster than the time when passing through the inside of the second reaction section 81.

【0091】したがって、第1実施例の改質器34によ
れば、上流側における原燃料ガスの流速を速くすること
によって、上流側における急激な温度上昇を抑え、改質
器34内全体の温度分布状態を、改質反応に適した温度
範囲である250〜300℃の温度範囲内で均一化する
という効果を奏する。図5は、ハニカム断面積が一定で
ある従来知られる改質器と、本実施例の改質器34とに
ついて、ガスの流れ方向に関する内部の温度分布状態を
表わした説明図である。既述したように、酸化反応は水
蒸気改質反応よりも反応速度が速いため、従来の改質器
では、原燃料ガスの入り口部付近で酸化反応が活発に進
行し、この入り口部付近の温度が400℃程度に上昇し
てしまう。これに対し、本実施例の改質器34では、上
流側での原燃料ガスの流速が速いため、上流側で進行し
た酸化反応によって生じた熱が、速いガスの流れによっ
て速やかに下流側に運ばれる。また、上流側での原燃料
ガスの流速が速いため、上流側の狭い領域で酸化反応が
終了してしまうことがなく、酸化反応が活発に進行する
領域がより下流側に広がる。したがって、入り口部付近
で温度が急激に上昇してしまうことがない。さらに、上
流側に配設された第1反応部80は、厚いステンレス板
を用いて形成したハニカムを備えているため、大きな熱
容量を有しており、酸化反応で生じた熱は、このハニカ
ムに伝えられてハニカムを昇温させる前に、ガスの流れ
によって下流側に伝えられ易くなっている。
Therefore, according to the reformer 34 of the first embodiment, by increasing the flow rate of the raw fuel gas on the upstream side, a sharp rise in temperature on the upstream side is suppressed, and the temperature of the entire reformer 34 is reduced. This has the effect of making the distribution state uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C., which is a temperature range suitable for the reforming reaction. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the internal temperature distribution state in the gas flow direction of the conventionally known reformer having a constant honeycomb sectional area and the reformer 34 of the present embodiment. As described above, since the oxidation reaction has a higher reaction rate than the steam reforming reaction, in the conventional reformer, the oxidation reaction actively proceeds near the inlet of the raw fuel gas, and the temperature near the inlet becomes higher. Rises to about 400 ° C. On the other hand, in the reformer 34 of this embodiment, since the flow rate of the raw fuel gas on the upstream side is high, the heat generated by the oxidation reaction that has proceeded on the upstream side is quickly transferred to the downstream side by the fast gas flow. Carried. In addition, since the flow rate of the raw fuel gas on the upstream side is high, the oxidation reaction does not end in a narrow region on the upstream side, and the region where the oxidation reaction actively proceeds spreads further downstream. Therefore, the temperature does not rise rapidly near the entrance. Furthermore, since the first reaction section 80 provided on the upstream side has a honeycomb formed using a thick stainless steel plate, the first reaction section 80 has a large heat capacity, and heat generated by the oxidation reaction is applied to this honeycomb. Before being transmitted and raising the temperature of the honeycomb, it is easier to transmit the downstream to the gas flow.

【0092】このように、改質器34は、その入り口部
付近で温度が急激に上昇してしまうことがないため、温
度上昇に起因する既述した触媒劣化や副生成物の発生と
いった不都合を防止することができる。触媒の劣化が抑
えられることによって改質器の耐久性を大きく向上させ
ることが可能となり、従来の改質器が使用時間200時
間程度の耐久性であったのに対し、本実施例の改質器3
4は、5000時間以上の使用が可能になった。
As described above, since the temperature of the reformer 34 does not rise sharply near the entrance thereof, the above-described inconveniences such as deterioration of the catalyst and generation of by-products due to the rise in temperature are eliminated. Can be prevented. By suppressing the deterioration of the catalyst, the durability of the reformer can be greatly improved. Vessel 3
No. 4 can be used for 5000 hours or more.

【0093】また、上記したように、酸化反応が進行す
る領域が下流側に広がると共に、上流側で進行した酸化
反応で生じた熱が速やかに下流側に運ばれることによっ
て、本実施例の改質器34では、その下流側で従来の改
質器のように温度が低下しすぎることがない。したがっ
て、改質器の下流側においても、水蒸気改質反応の活性
が高い状態に保たれ、下流側が備える触媒も充分に利用
することができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上
させることができる。このように、下流側での水蒸気改
質反応の活性が高められることによって、改質器をより
コンパクトにすることが可能となる。
Further, as described above, the region in which the oxidation reaction proceeds proceeds to the downstream side, and the heat generated by the oxidation reaction proceeding upstream is quickly transferred to the downstream side. In the reformer 34, the temperature does not excessively decrease on the downstream side unlike the conventional reformer. Therefore, the activity of the steam reforming reaction is maintained at a high level even on the downstream side of the reformer, the catalyst provided on the downstream side can be sufficiently used, and the speed of the steam reforming reaction can be improved. . As described above, the activity of the steam reforming reaction on the downstream side is enhanced, so that the reformer can be made more compact.

【0094】上記した第1実施例では、改質器34が備
えるハニカムはメタルハニカムとしたが、セラミックハ
ニカムを用いることとしてもよい。メタルハニカムを用
いた構成を、第1実施例の変形例として以下に示す。こ
の変形例における改質器も、第1実施例の改質器34と
同様に、第1反応部80と第2反応部81とからなる。
セラミックハニカムによって形成した第1反応部80お
よび第2反応部81の断面の模式図を図6に示す。図6
(A)は、セラミックハニカムで構成する第1反応部8
0の一例、図6(B)は、同じく第1反応部80の他の
例、図6(C)は、セラミックハニカムで構成する第2
反応部81を表わす。
In the first embodiment described above, the honeycomb provided in the reformer 34 is a metal honeycomb, but a ceramic honeycomb may be used. A configuration using a metal honeycomb is shown below as a modification of the first embodiment. The reformer in this modified example also includes a first reaction section 80 and a second reaction section 81, like the reformer 34 of the first embodiment.
FIG. 6 shows a schematic view of a cross section of the first reaction section 80 and the second reaction section 81 formed by the ceramic honeycomb. FIG.
(A) shows a first reaction section 8 composed of a ceramic honeycomb.
0B, FIG. 6B is another example of the first reaction unit 80, and FIG.
This shows a reaction section 81.

【0095】図6(A)では、ハニカムを構成する各セ
ルの断面積をそれぞれ小さく形成し、図6(B)では、
ハニカムを構成するセルの総数を少なくすることによっ
て、図6(C)のハニカムに比べてガスの流路断面の総
面積を小さくしている。したがって、図6(A)と図6
(B)のいずれの第1反応部80を用いる場合にも、図
6(C)に表わした第2反応部81と組み合わせて改質
器34を構成することによって、既述した第1実施例と
同様の効果を得ることができる。
In FIG. 6A, the cross-sectional area of each cell constituting the honeycomb is formed small, and in FIG.
By reducing the total number of cells constituting the honeycomb, the total area of the gas flow path cross section is reduced as compared with the honeycomb of FIG. Therefore, FIG. 6 (A) and FIG.
In any of the first reaction sections 80 shown in FIG. 6B, the reformer 34 is configured in combination with the second reaction section 81 shown in FIG. The same effect as described above can be obtained.

【0096】また、上記実施例では、改質器34の内部
を第1反応部80と第2反応部81の2つに分割して、
前半部と後半部とで内部を通過する原燃料ガスの流速が
異なる構成としたが、改質器の内部を3つ以上に分割す
る構成としてもよい。この場合にも、上流側のガス流速
が下流側よりも速くなる構成とすることによって、上記
した実施例と同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the inside of the reformer 34 is divided into two parts, a first reaction part 80 and a second reaction part 81,
Although the flow rate of the raw fuel gas passing through the inside is different between the first half and the second half, the inside of the reformer may be divided into three or more. Also in this case, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained by adopting a configuration in which the gas flow rate on the upstream side is higher than that on the downstream side.

【0097】既述した実施例では、改質器の上流側に配
設されたハニカムにおいて、単位断面積当たりのセルの
数を少なくしたり、各セルの断面積を小さく形成するこ
とによって、上流側におけるガス流路断面の総面積を下
流側に比べて小さくしている。上流側のガス流速が下流
側よりも速くなる改質器の構成としては、既述した構成
の他に、改質器全体の断面積を、上流側でより小さくな
るように形成する構成を挙げることができる。このよう
な改質器34Aの構成を図7に示す。改質器34Aは、
総断面積の異なる3つのハニカムから構成されており、
上流側ほど総断面積の小さなハニカムによって形成され
ている。このような構成とすれば、上流側のガス流速が
下流側よりも速くなるため、既述した実施例と同様の効
果を得ることができる。図5に、改質器34Aにおける
内部の温度分布状態を示す。上記改質器34Aのよう
に、改質器全体の総断面積を次第に大きくする構成とす
るならば、単位断面積当たりのセル数および各単セルの
断面積は同じであってもよい。また、改質器を総断面積
が異なる複数の部位によって構成する際には、3つ以外
の複数の部位からなることとしてもよく、上流側ほど流
路断面の総面積が小さくなる構成とするならば、既述し
た効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the number of cells per unit cross-sectional area is reduced or the cross-sectional area of each cell is reduced in the honeycomb disposed on the upstream side of the reformer. The total area of the gas flow path cross section on the side is made smaller than that on the downstream side. Examples of the configuration of the reformer in which the gas flow speed on the upstream side is faster than that on the downstream side include, in addition to the configuration described above, a configuration in which the cross-sectional area of the entire reformer is formed to be smaller on the upstream side. be able to. FIG. 7 shows the configuration of such a reformer 34A. The reformer 34A is
It is composed of three honeycombs with different total cross-sectional areas,
The upstream side is formed by a honeycomb having a smaller total sectional area. With such a configuration, the gas flow rate on the upstream side becomes faster than that on the downstream side, so that the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. FIG. 5 shows an internal temperature distribution state in the reformer 34A. If the total cross-sectional area of the entire reformer is gradually increased like the reformer 34A, the number of cells per unit cross-sectional area and the cross-sectional area of each single cell may be the same. Further, when the reformer is constituted by a plurality of portions having different total cross-sectional areas, the reformer may be constituted by a plurality of portions other than three, and the configuration is such that the total area of the flow path cross section becomes smaller toward the upstream side. Then, the effect described above can be obtained.

【0098】次に、改質器の上流部で進行する酸化反応
によって生じた熱を積極的に下流側に伝達する他の構成
として、水蒸気改質反応および酸化反応を促進する触媒
を、熱伝導性の比較的高い材料で形成される担体で保持
する構成を、第2実施例として以下に説明する。図8
は、第2実施例の改質器90の構成を模式的に表わす説
明図である。第2実施例の改質器90は、図1の燃料電
池装置20と同様の構成の燃料電池装置に備えられてい
る。図8に示すように、改質器90は、ハニカムによっ
て構成された単一の反応部92からなる。この反応部9
2を構成するハニカムの断面の一部を表わす断面模式図
を図9(A)に、また、図9(A)に示したハニカムの
表面の一部(図9(A)中に領域Bとして円で囲んだ範
囲)をさらに拡大した様子を模式的に表わす図を図9
(B)に示す。
Next, as another configuration for positively transmitting the heat generated by the oxidation reaction that proceeds in the upstream portion of the reformer to the downstream side, a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction is replaced with a heat transfer catalyst. A configuration in which a carrier made of a material having relatively high performance is used to hold the carrier will be described below as a second embodiment. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 90 according to a second embodiment. The reformer 90 of the second embodiment is provided in a fuel cell device having the same configuration as the fuel cell device 20 of FIG. As shown in FIG. 8, the reformer 90 includes a single reaction section 92 formed of a honeycomb. This reaction part 9
9 (A) is a schematic cross-sectional view showing a part of the cross section of the honeycomb constituting the honeycomb structure No. 2 and part of the surface of the honeycomb shown in FIG. 9 (A) (in FIG. FIG. 9 is a diagram schematically showing a state in which (circled area) is further enlarged.
It is shown in (B).

【0099】本実施例の改質器90は、第1実施例の改
質器34と同様に、メタルハニカムによって構成されて
いる。なお、本実施例では、厚さが0.05mmのステ
ンレス板94を用いてハニカムを形成した。このステン
レス板94の表面には、水蒸気改質反応および酸化反応
を促進する触媒を含有し、厚さが約0.05mmの触媒
層96が形成されている。触媒層96では、Cu−Zn
触媒を構成する銅分子と酸化亜鉛分子とが、熱伝導性の
高いバインダ中に分散した状態で担持されている。
[0099] The reformer 90 of this embodiment is made of a metal honeycomb, like the reformer 34 of the first embodiment. In this example, the honeycomb was formed using a stainless plate 94 having a thickness of 0.05 mm. On the surface of the stainless steel plate 94, a catalyst layer 96 containing a catalyst for promoting the steam reforming reaction and the oxidation reaction and having a thickness of about 0.05 mm is formed. In the catalyst layer 96, Cu-Zn
Copper molecules and zinc oxide molecules constituting the catalyst are supported in a state of being dispersed in a binder having high thermal conductivity.

【0100】ここで、触媒層96の調製方法について説
明する。まず、触媒原料として、周知の共沈法によりC
uO・ZnO粉末を作製し、これにバインダとしてアル
ミナゾル5%と、さらに、酸化アルミニウムに比べて熱
伝導性の高い物質を添加する。ここで用いる熱伝導性の
高い物質としては、窒化物である窒化アルミニウム(A
lN)や窒化チタン(TiN)、あるいは炭化物である
炭化シリコン(SiC)や炭化ホウ素(B4C)、 ある
いはグラファイトなどを挙げることができ、添加量とし
ては5〜30%が好ましい。例えば、上記した熱伝導性
の高い物質の中で、AlNは、0.07cal/cm/
s/℃の熱伝導率を示し、SiCは0.1cal/cm
/s/℃、グラファイトは0.30.1cal/cm/
s/℃の熱伝導率を示し、いずれも、従来用いられてき
た酸化アルミニウム(0.02cal/cm/s/℃)
に比べて高い熱伝導率を示す。
Here, a method for preparing the catalyst layer 96 will be described. First, as a catalyst raw material, C
A uO.ZnO powder is prepared, and a 5% alumina sol as a binder and a substance having higher thermal conductivity than aluminum oxide are added to the powder. The material having high thermal conductivity used here is aluminum nitride (A
1N), titanium nitride (TiN), or carbides such as silicon carbide (SiC), boron carbide (B 4 C), and graphite. The addition amount is preferably 5 to 30%. For example, among the above substances having high thermal conductivity, AlN is 0.07 cal / cm /
It shows a thermal conductivity of s / ° C, and SiC is 0.1 cal / cm
/ S / ° C, graphite is 0.30.1 cal / cm /
It shows a thermal conductivity of s / ° C., all of which are conventionally used aluminum oxide (0.02 cal / cm / s / ° C.)
It shows higher thermal conductivity than that of.

【0101】これらを水で希釈してボールミルで粉砕混
合し、ステンレス板94上に塗布し、さらに加熱処理お
よび還元処理を行なう。このような処理によって、上記
触媒原料は、銅分子と酸化亜鉛分子とからなるCu−Z
n触媒となり、これらのCu−Zn触媒は、熱伝導性の
高い物質を含有するバインダ中に分散して担持された状
態で、触媒層96を形成する。
These are diluted with water, pulverized and mixed by a ball mill, applied on a stainless steel plate 94, and further subjected to heat treatment and reduction treatment. By such treatment, the catalyst raw material becomes Cu-Z composed of copper molecules and zinc oxide molecules.
These Cu-Zn catalysts form a catalyst layer 96 while being dispersed and supported in a binder containing a substance having high thermal conductivity.

【0102】以上のように構成した改質器90を燃料電
池装置20に適用し、改質器90に対して原燃料ガスを
供給すると、既述したように、酸素が供給される上流側
では酸化反応が活発に行なわれて多くの熱が生じる。こ
のように酸化反応によって生じた熱は、上流側で進行す
る水蒸気改質反応で利用される他に、既述した熱伝導性
の高い物質を含有するバインダ中を速やかに伝えられ
る。このようにバインダ中を伝えられる熱のうちの所定
量は、熱伝導性の高いステンレスによって形成されたハ
ニカム基材にさらに伝えられる。ステンレスからなるハ
ニカム基材に伝えられた熱は、このハニカム基材を介し
て下流側に伝えられる。また、ハニカム基材に伝えられ
ない残りの熱は、そのままバインダ中を下流側に伝えら
れる。このように改質器90の下流側に伝えられた熱
は、下流側で進行する水蒸気改質反応で利用される。
When the reformer 90 configured as described above is applied to the fuel cell device 20 and the raw fuel gas is supplied to the reformer 90, as described above, on the upstream side where oxygen is supplied, The oxidation reaction takes place actively, generating a lot of heat. The heat generated by the oxidation reaction as described above is not only used in the steam reforming reaction that proceeds on the upstream side, but is also quickly transmitted through the binder containing the above-described substance having high thermal conductivity. As described above, a predetermined amount of the heat transmitted through the binder is further transmitted to the honeycomb substrate formed of stainless steel having high thermal conductivity. The heat transmitted to the honeycomb substrate made of stainless steel is transmitted to the downstream side through the honeycomb substrate. Further, the remaining heat that cannot be transmitted to the honeycomb substrate is transmitted to the downstream side in the binder as it is. The heat transferred to the downstream side of the reformer 90 is used in the steam reforming reaction that proceeds on the downstream side.

【0103】したがって、本実施例の改質器90によれ
ば、熱伝導性の高いバインダ中に触媒が担持されている
ため、上流側で酸化反応のために生じた熱が速やかに下
流側に伝えられ、上流側における急激な温度上昇を抑え
ることができる。図10は、上記熱導電性の高い物質を
含まないバインダを用いた従来知られる改質器と、本実
施例の改質器90とついて、ガスの流れ方向に関する内
部の温度分布状態を表わした説明図である。本実施例の
改質器90は、従来の改質器とは異なり、上流側で進行
する酸化反応で生じた熱が速やかに下流側に伝えられる
ため、上流側が急激に昇温されることなく、改質器の内
部温度を250〜300℃の温度範囲で均一化すること
ができる。このように、改質器90は、その入り口部付
近で温度が急激に上昇してしまうことがないため、温度
上昇に起因する既述した触媒劣化や副生成物の発生とい
った不都合を防止することができる。触媒の劣化が抑え
られることによって改質器の耐久性を大きく向上させる
ことが可能となり、従来の改質器が使用時間200時間
程度の耐久性であったのに対し、本実施例の改質器90
は、5000時間以上の使用が可能になった。
Therefore, according to the reformer 90 of the present embodiment, since the catalyst is supported in the binder having high thermal conductivity, the heat generated by the oxidation reaction on the upstream side is quickly transferred to the downstream side. In this way, it is possible to suppress a rapid temperature rise on the upstream side. FIG. 10 shows the internal temperature distribution state in the gas flow direction for the conventionally known reformer using the binder containing no substance having a high thermal conductivity and the reformer 90 of the present embodiment. FIG. In the reformer 90 of this embodiment, unlike the conventional reformer, the heat generated by the oxidation reaction that proceeds on the upstream side is quickly transmitted to the downstream side, so that the temperature on the upstream side does not rise rapidly. The internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300C. As described above, since the temperature of the reformer 90 does not suddenly increase near the entrance thereof, it is possible to prevent the above-described inconveniences such as catalyst deterioration and generation of by-products due to the temperature increase. Can be. By suppressing the deterioration of the catalyst, the durability of the reformer can be greatly improved. Vessel 90
Can be used for 5000 hours or more.

【0104】また、上記したように、上流側で進行した
酸化反応によって生じた熱が速やかに下流側に伝えられ
るため、本実施例の改質器90では、その下流領域で従
来の改質器のように温度が低下しすぎることがない。し
たがって、改質器の下流側においても、水蒸気改質反応
の活性が高い状態に保たれ、下流側が備える触媒も充分
に利用することができると共に、水蒸気改質反応の速度
を向上させることができる。そのため、改質器をよりコ
ンパクトにすることが可能となる。
Further, as described above, since the heat generated by the oxidation reaction proceeding on the upstream side is quickly transmitted to the downstream side, the reformer 90 of the present embodiment uses the conventional reformer in the downstream region. The temperature does not drop too much unlike the case described above. Therefore, the activity of the steam reforming reaction is maintained at a high level even on the downstream side of the reformer, the catalyst provided on the downstream side can be sufficiently used, and the speed of the steam reforming reaction can be improved. . Therefore, the reformer can be made more compact.

【0105】上記第2実施例では、熱伝導性に優れたス
テンレス板を基材とするハニカム上に、熱伝導性の高い
物質を含有するバインダを用いた触媒層96を形成した
ため、上流から下流への熱伝導は、触媒層96自身によ
るものと、ステンレス板94を介するものの両方が行な
われ、高い効率で伝熱を行なうことができ、特に優れた
効果を得ることができた。ここで、触媒層96を、セラ
ミックハニカム上に形成したり、触媒を熱伝導性の高い
バインダとともにペレット状に成形し、改質器内に充填
する構成としても、上流側から下流側への熱伝導性が向
上することによる所定の効果を得ることができる。
In the second embodiment, the catalyst layer 96 using a binder containing a substance having high thermal conductivity was formed on a honeycomb formed of a stainless steel plate having excellent thermal conductivity. The heat conduction was carried out both by the catalyst layer 96 itself and through the stainless steel plate 94, so that heat transfer could be performed with high efficiency, and particularly excellent effects could be obtained. Here, the catalyst layer 96 may be formed on a ceramic honeycomb, or the catalyst may be formed into a pellet shape together with a binder having a high thermal conductivity and charged into the reformer. A predetermined effect due to the improvement in conductivity can be obtained.

【0106】次に、第3実施例として、改質器内の上流
側が担持する触媒量を下流側に比べて少なくすることに
よって、上流側において酸化反応の活性を抑えた構成を
以下に示す。図11は、第3実施例の改質器100の構
成を模式的に表わす説明図である。この改質器100
は、図1の燃料電池装置20と同様の構成の燃料電池装
置に備えられている。図11に示すように、改質器10
0は、第1反応部101と第2反応部102とを備えて
いる。これら第1反応部101および第2反応部102
は、同様の形状のハニカムによって構成されており、こ
のハニカム表面に、既述した実施例と同様のCu−Zn
触媒が担持されているが、ハニカム上に担持された触媒
の量が、第1反応部101よりも第2反応部102の方
が多くなっている。すなわち、第1反応部101は、5
0g/l(ハニカムの単位体積当たりの触媒量)の割合
でCu−Zn触媒を担持しているのに対し、第2反応部
102は、180g/lの割合でCu−Zn触媒を担持
している。
Next, as a third embodiment, a configuration in which the amount of catalyst carried on the upstream side in the reformer is made smaller than that on the downstream side to suppress the activity of the oxidation reaction on the upstream side will be described below. FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the reformer 100 of the third embodiment. This reformer 100
Is provided in a fuel cell device having the same configuration as the fuel cell device 20 in FIG. As shown in FIG.
0 has a first reaction unit 101 and a second reaction unit 102. The first reaction unit 101 and the second reaction unit 102
Is constituted by a honeycomb having a similar shape, and the same Cu—Zn as in the above-described embodiment is
Although the catalyst is supported, the amount of the catalyst supported on the honeycomb is larger in the second reaction section 102 than in the first reaction section 101. That is, the first reaction unit 101
While the Cu-Zn catalyst is supported at a rate of 0 g / l (the amount of catalyst per unit volume of the honeycomb), the second reaction unit 102 supports the Cu-Zn catalyst at a rate of 180 g / l. I have.

【0107】以上のように構成した改質器100によれ
ば、上流側の第1反応部101が担持する触媒量が少な
いため、原燃料ガスおよび空気の導入側での酸化反応の
進行が抑えられる。したがって、改質器の上流側で急激
に酸化反応が進行してしまうことがなく、酸化反応が行
なわれる領域がより下流側に広がる。したがって、上流
側における急激な温度上昇を抑えることができる。
According to the reformer 100 configured as described above, since the amount of catalyst carried by the first reaction section 101 on the upstream side is small, the progress of the oxidation reaction on the side where the raw fuel gas and air are introduced is suppressed. Can be Therefore, the oxidation reaction does not proceed abruptly on the upstream side of the reformer, and the region where the oxidation reaction is performed spreads further downstream. Therefore, a rapid temperature rise on the upstream side can be suppressed.

【0108】図12は、上流側も下流側と同量の触媒を
担持するハニカムを備えた従来知られる改質器と、本実
施例の改質器100とについて、ガスの流れ方向に関す
る内部の温度分布状態を表わした説明図である。本実施
例の改質器100は、従来の改質器とは異なり、上流側
では酸化反応の進行が抑えられるため、上流側が急激に
昇温されることなく、改質器の内部温度を250〜30
0℃の温度範囲で均一化することができる。このよう
に、改質器100は、その入り口部付近で温度が急激に
上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因する既
述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止
することができる。触媒の劣化が抑えられることによっ
て改質器の耐久性を大きく向上させることが可能とな
り、従来の改質器が使用時間200時間程度の耐久性で
あったのに対し、本実施例の改質器100は、5000
時間以上の使用が可能になった。
FIG. 12 shows a conventional reformer equipped with a honeycomb supporting the same amount of catalyst on the upstream side and the downstream side, and the reformer 100 of the present embodiment, which shows the internal structure of the gas flow direction. It is explanatory drawing showing the temperature distribution state. Unlike the conventional reformer, the reformer 100 of the present embodiment suppresses the progress of the oxidation reaction on the upstream side, so that the internal temperature of the reformer is maintained at 250 ° C. without rapidly increasing the temperature on the upstream side. ~ 30
It can be homogenized in a temperature range of 0 ° C. As described above, since the temperature of the reformer 100 does not suddenly increase near the entrance thereof, it is possible to prevent the above-described inconvenience such as catalyst deterioration and generation of by-products due to the temperature increase. Can be. By suppressing the deterioration of the catalyst, the durability of the reformer can be greatly improved. Container 100 is 5000
It can be used for more than hours.

【0109】また、上記したように、発熱を伴う酸化反
応が進行する領域がより下流側に広がるため、本実施例
の改質器100では、その下流領域で従来の改質器のよ
うに温度が低下しすぎることがない。したがって、改質
器の下流側においても、水蒸気改質反応の活性が高い状
態に保たれ、下流側が備える触媒も充分に利用すること
ができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上させるこ
とができる。そのため、改質器をよりコンパクトにする
ことが可能となる。
Further, as described above, since the region where the oxidation reaction accompanied by heat generation progresses further downstream, in the reformer 100 of the present embodiment, the downstream region has the same temperature as the conventional reformer. Does not decrease too much. Therefore, the activity of the steam reforming reaction is maintained at a high level even on the downstream side of the reformer, the catalyst provided on the downstream side can be sufficiently used, and the speed of the steam reforming reaction can be improved. . Therefore, the reformer can be made more compact.

【0110】なお、上記第3実施例では、改質器100
において、担持する触媒量を2段階に変化させることに
したが、3段階以上に変化させることとしてもよく、上
流側の触媒担持量を減らすことによって、上記した所定
の効果を得ることができる。ここで、上流側ほど触媒の
担持量を減らす構成とし、触媒の担持量を変化させる段
階の数を調節することによって、改質器内部の温度をよ
り均一化させることが可能となり、既述した効果を高め
ることができる。
In the third embodiment, the reformer 100
In the above, the amount of catalyst to be supported is changed in two stages, but may be changed in three or more stages, and the above-described predetermined effect can be obtained by reducing the amount of catalyst supported on the upstream side. Here, the configuration is such that the amount of supported catalyst is reduced toward the upstream side, and by adjusting the number of steps for changing the amount of supported catalyst, the temperature inside the reformer can be made more uniform, as described above. The effect can be enhanced.

【0111】また、上記第3実施例では、水蒸気改質反
応と酸化反応とは、同一のCu−Zn触媒によって促進
することとしたが、水蒸気改質反応と酸化反応とを異な
る触媒によって促進することとしてもよい。このような
場合には、改質器の上流側と下流側とで触媒の総担持量
を変える代わりに、酸化反応を促進する触媒の担持量だ
けを、上流側で少なくすればよい。
In the third embodiment, the steam reforming reaction and the oxidation reaction are promoted by the same Cu-Zn catalyst. However, the steam reforming reaction and the oxidation reaction are promoted by different catalysts. It may be that. In such a case, instead of changing the total supported amount of the catalyst on the upstream side and the downstream side of the reformer, only the supported amount of the catalyst that promotes the oxidation reaction may be reduced on the upstream side.

【0112】次に、第4実施例として、改質器に供給す
るガス中の酸素濃度を下げることによって、上流側での
酸化反応の活性を抑えると共に、供給するガスの流速を
速めて上流側における酸化反応で生じた熱を下流側に伝
える構成を示す。図13は、第4実施例の改質器110
の構成を模式的に表わす説明図である。この改質器11
0は、図1の燃料電池装置20とほぼ同様の構成の燃料
電池装置に備えられており、共通する部材には同じ部材
番号を付して以下の説明を行なう。
Next, as a fourth embodiment, the activity of the oxidation reaction on the upstream side is suppressed by lowering the oxygen concentration in the gas supplied to the reformer, and the flow rate of the supplied gas is increased to increase the upstream side. 2 shows a configuration for transmitting heat generated by the oxidation reaction in the downstream to the downstream side. FIG. 13 shows the reformer 110 of the fourth embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of FIG. This reformer 11
Numeral 0 is provided in a fuel cell device having substantially the same configuration as the fuel cell device 20 in FIG. 1, and common members will be assigned the same member numbers and will be described below.

【0113】ここで、既述した実施例では、ブロワ38
から改質器に空気を供給する空気供給路39は一旦第2
燃料供給路64と合流しており、原燃料ガスは、空気を
混合された上で改質器に供給されていたが、第4実施例
の改質器110を備える燃料電池装置では、上記空気供
給路39は、改質器110に直接接続している。また、
本実施例の改質器110を備える燃料電池装置では、燃
料電池40から酸化排ガス路69に排出される酸化排ガ
スもまた、ブロワ38から取り込まれる空気と共に、改
質器110に供給可能となっている。通常の空気には約
20%の酸素が含有されているが、燃料電池から排出さ
れる酸化排ガスは、燃料電池における電気化学反応で所
定量の酸素が消費されているため、含有する酸素量は空
気より少ない。酸化排ガス中の酸素濃度は、燃料電池に
供給される酸化ガスにおける空気過剰率(実際に供給し
た空気中の酸素量と理論上必要とされる酸素量との割
合)などによって変わるが、本実施例の燃料電池装置で
は、酸化排ガス中の酸素濃度は、約10%となる。した
がって、改質器110に対して、空気と酸化排ガスとを
混合して供給可能とすることによって、改質器110に
供給する空気中の酸素濃度を、約10%〜約20%の範
囲内で調節することが可能となる。
Here, in the embodiment described above, the blower 38 is used.
The air supply path 39 for supplying air from the
Although the raw fuel gas is mixed with air and supplied to the reformer after being mixed with the fuel supply passage 64, the fuel cell device including the reformer 110 of the fourth embodiment has The supply path 39 is directly connected to the reformer 110. Also,
In the fuel cell device including the reformer 110 of the present embodiment, the oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell 40 to the oxidizing exhaust gas passage 69 can be supplied to the reformer 110 together with the air taken in from the blower 38. I have. Normal air contains about 20% oxygen, but the oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell consumes a predetermined amount of oxygen in the electrochemical reaction in the fuel cell. Less than air. The oxygen concentration in the oxidizing exhaust gas varies depending on the excess air ratio (the ratio of the amount of oxygen in the actually supplied air to the amount of oxygen theoretically required) in the oxidizing gas supplied to the fuel cell. In the example fuel cell device, the oxygen concentration in the oxidizing exhaust gas is about 10%. Therefore, by allowing the air and the oxidizing exhaust gas to be mixed and supplied to the reformer 110, the oxygen concentration in the air supplied to the reformer 110 is set within a range of about 10% to about 20%. It can be adjusted with.

【0114】図13に基づいて、改質器110の構成を
詳しく説明する。改質器110は、表面にCu−Zn触
媒が担持されたハニカムによって構成される単一の反応
部111を備える。また、上記空気供給路39および酸
化排ガス路69は、合流して第2空気供給路115とな
り、この第2空気供給路115は、改質器110におい
て、第2燃料供給路64から原燃料ガスが供給される上
流側に対して、空気と酸化排ガスとの混合気体(以下、
混合空気と呼ぶ)を供給する。空気供給路39には、第
2空気供給路115への合流部の付近にマスフロコント
ローラ112が設けられており、第2空気供給路115
側に供給する空気量を調節可能になっている。また、酸
化排ガス路69には、同じく第2空気供給路115への
合流部の付近にマスフロコントローラ113が設けられ
ており、第2空気供給路115側に供給する酸化排ガス
量を調節可能になっている。これらマスフロコントロー
ラ112,113は、既述した制御部50に接続されて
おり、制御部50によって、空気供給路39から供給さ
れる空気と、酸化排ガス路69から供給される酸化排ガ
スとが混合される際の混合量が制御される。さらに、第
2空気供給路115には酸素濃度センサ114が設けら
れている。この酸素濃度センサ114もまた制御部50
に接続されており、混合空気中の酸素濃度に関する情報
が、制御部50に入力可能となっている。また、反応部
111内部において、その上流側の端部から所定の位置
には、温度センサ117が設けられている。この温度セ
ンサ117も制御部50に接続されており、反応部11
1内の温度に関する情報が、制御部50に入力可能とな
っている。
The structure of the reformer 110 will be described in detail with reference to FIG. The reformer 110 includes a single reaction unit 111 formed of a honeycomb having a Cu-Zn catalyst supported on the surface. The air supply path 39 and the oxidizing exhaust gas path 69 join to form a second air supply path 115. The second air supply path 115 connects the raw fuel gas from the second fuel supply path 64 in the reformer 110. Is supplied to a gaseous mixture of air and oxidizing exhaust gas (hereinafter referred to as
(Referred to as mixed air). In the air supply path 39, a mass flow controller 112 is provided near a junction with the second air supply path 115.
The amount of air supplied to the side can be adjusted. In addition, a mass flow controller 113 is provided in the oxidizing exhaust gas passage 69 in the vicinity of a junction with the second air supply passage 115 so that the amount of oxidizing exhaust gas supplied to the second air supply passage 115 can be adjusted. Has become. These mass flow controllers 112 and 113 are connected to the control unit 50 described above, and the control unit 50 mixes the air supplied from the air supply path 39 and the oxidized exhaust gas supplied from the oxidized exhaust gas path 69. The mixing amount at the time of performing is controlled. Further, an oxygen concentration sensor 114 is provided in the second air supply path 115. This oxygen concentration sensor 114 is also
And information on the oxygen concentration in the mixed air can be input to the control unit 50. Further, a temperature sensor 117 is provided inside the reaction section 111 at a predetermined position from the upstream end. This temperature sensor 117 is also connected to the control unit 50,
The information on the temperature in 1 can be input to the control unit 50.

【0115】本実施例の改質器110は、所定量の酸素
を含有する混合空気を改質器110に供給する際に、こ
の混合空気中の酸素濃度を低下させると共に、反応部1
11内を通過するガス全体の流速を増加させ、改質器1
10の上流部で温度が急激に上昇してしまうのを抑え
る。すなわち、改質器110に供給する混合空気中の酸
素濃度を低下させることによって、反応部111内を通
過するガス中の酸素濃度も低下し、それによって上流側
での酸化反応の活性が抑えられ、急激な温度上昇を防ぐ
ことができる。また、所定量の酸素を含有する混合空気
中の酸素濃度を低下させることによって、反応部111
に供給される混合空気量が増大し、反応部111内を通
過するガスの流速が速まる。それによって、上流側で進
行する酸化反応で酸素が使い果たされる前に、より下流
側に酸素が運ばれ、酸化反応が進行する領域をより下流
側に広げることができる。さらに、反応部111内を通
過するガスの流速を速めることによって、上流側で進行
する酸化反応で生じた熱は速やかに下流側に伝えられ、
反応部の上流側が昇温しすぎるのを防ぐことができる。
When the reformer 110 of this embodiment supplies mixed air containing a predetermined amount of oxygen to the reformer 110, the reformer 110 reduces the oxygen concentration in the mixed air,
11 to increase the flow velocity of the entire gas passing through the reformer 1
Suppress a rapid rise in temperature upstream of 10. That is, by lowering the oxygen concentration in the mixed air supplied to the reformer 110, the oxygen concentration in the gas passing through the reaction section 111 is also reduced, thereby suppressing the activity of the oxidation reaction on the upstream side. , Can prevent a rapid rise in temperature. Further, by reducing the oxygen concentration in the mixed air containing a predetermined amount of oxygen,
And the flow rate of the gas passing through the reaction section 111 is increased. This allows oxygen to be transported further downstream before oxygen is exhausted in the oxidation reaction that proceeds on the upstream side, and the region in which the oxidation reaction proceeds to be further expanded on the downstream side. Furthermore, by increasing the flow rate of the gas passing through the inside of the reaction unit 111, heat generated by the oxidation reaction that proceeds on the upstream side is quickly transmitted to the downstream side,
It is possible to prevent the temperature on the upstream side of the reaction section from rising too much.

【0116】図14は、本実施例の改質器110を備え
る燃料電池装置で実行される空気混合量制御処理ルーチ
ンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、改質
器110を備える燃料電池装置において、図示しない所
定のスタートスイッチを操作することによってこの燃料
電池装置の始動が指示された後に、改質器110内部が
充分に昇温して定常状態に達したと判断されると、所定
の時間毎に実行される。
FIG. 14 is a flow chart showing an air mixing amount control processing routine executed in the fuel cell device including the reformer 110 of this embodiment. In this routine, in the fuel cell device including the reformer 110, after the start of the fuel cell device is instructed by operating a predetermined start switch (not shown), the temperature inside the reformer 110 is sufficiently increased. When it is determined that the steady state has been reached, the process is executed at predetermined time intervals.

【0117】本ルーチンが実行されると、CPU54
は、まず、メタノール流路60に設けられた第2ポンプ
71の駆動量を基に、改質器110に供給される原燃料
ガス中のメタノール量の読み込みを行なう(ステップS
200)。次に、このメタノール量に基づいて、改質器
110に供給すべき酸素量を求め、必要量の酸素を供給
可能となるように、マスフロコントローラ112,11
3を駆動する(ステップS210)。すなわち、改質器
に供給されるメタノール量が決定されれば、水蒸気改質
反応で要する熱量と酸化反応で生じる熱量とを釣り合わ
せるために必要な酸素量を決定することができるため、
この決定した酸素量を含有する空気が改質器110に供
給されるように、マスフロコントローラ112,113
を駆動する。ここで、供給すべき酸素量が決定されたと
きに、供給すべき酸素量を供給するために各マスフロコ
ントローラを駆動する駆動量は、基準駆動量として、そ
れぞれの供給酸素量に対して予め決定されて制御部50
内に記憶されている。
When this routine is executed, the CPU 54
First, the amount of methanol in the raw fuel gas supplied to the reformer 110 is read based on the driving amount of the second pump 71 provided in the methanol flow channel 60 (step S).
200). Next, based on the amount of methanol, the amount of oxygen to be supplied to the reformer 110 is determined, and the mass flow controllers 112 and 11 are supplied so that a required amount of oxygen can be supplied.
3 is driven (step S210). That is, if the amount of methanol supplied to the reformer is determined, the amount of oxygen required to balance the amount of heat required in the steam reforming reaction and the amount of heat generated in the oxidation reaction can be determined,
The mass flow controllers 112 and 113 supply the air containing the determined amount of oxygen to the reformer 110.
Drive. Here, when the amount of oxygen to be supplied is determined, the driving amount for driving each mass flow controller to supply the amount of oxygen to be supplied is set as a reference driving amount, and is set in advance with respect to each supplied oxygen amount. Determined control unit 50
Is stored within.

【0118】マスフロコントローラ112,113を駆
動して、必要量の酸素を含有する混合空気を改質器11
0に対して供給し始めると、次に、温度センサ117か
ら、反応部111における上流側の内部温度T1 を読み
込む(ステップS220)。次に、この内部温度T1
を、所定の基準温度Taと比較する(ステップS23
0)。ここで、所定の基準温度Ta とは、上流側の内部
温度T1 の上限として予め設定して制御部50に記憶さ
せておいた値であり、本実施例では300℃とした。
By driving the mass flow controllers 112 and 113, the mixed air containing a necessary amount of oxygen is supplied to the reformer 11
When the supply to 0 is started, the internal temperature T1 on the upstream side of the reaction section 111 is read from the temperature sensor 117 (step S220). Next, the internal temperature T1
Is compared with a predetermined reference temperature Ta (step S23).
0). Here, the predetermined reference temperature Ta is a value which is set in advance as an upper limit of the internal temperature T1 on the upstream side and stored in the control unit 50, and is set to 300 ° C. in this embodiment.

【0119】ステップS230において、上流側の内部
温度T1 が上記所定の基準温度Taよりも小さい場合に
は、反応部111の上流側の内部温度T1 は充分に低い
温度であると判断されて、そのまま本ルーチンは終了さ
れる。上流側の内部温度T1が上記所定の基準温度Ta
以上である場合には、マスフロコントローラ112の駆
動量を減らすと共に、マスフロコントローラ113の駆
動量を増やす。すなわち、改質器110に供給する混合
空気において、単位時間当たりに供給する酸素量を変え
ることなく、酸化排ガスの割合を増加させる(ステップ
S240)。このステップS240における酸化排ガス
の割合の変化量、すなわち、改質器110に供給する混
合空気中の酸素濃度の変化量は、本実施例では、予め最
小単位の変化量を定めておき、この最小単位毎に酸素濃
度を低下させることとした。あるいは、内部温度T1 が
基準温度Taを越える量に応じて調節することとしても
よい。酸化排ガスの割合を増加させることによって、改
質器110に供給されるガス全体での酸素濃度が低下す
るため、上流側で進行する酸化反応が抑えられる。ま
た、単位時間当たりに供給する酸素量を変えることなく
酸化排ガスの割合を増加させることで、改質器110に
供給される混合空気量が増加し、改質器110内を通過
するガスの流速が速まり、上流側で進行する酸化反応で
生じた熱がより速やかに下流側に運ばれるようになる。
したがって、ステップS240を実行することによっ
て、反応部111の上流側の内部温度T1 を下げること
ができる。
In step S230, if the upstream internal temperature T1 is lower than the predetermined reference temperature Ta, it is determined that the upstream internal temperature T1 of the reaction section 111 is sufficiently low, and This routine ends. The upstream internal temperature T1 is equal to the predetermined reference temperature Ta.
In the case described above, the drive amount of the mass flow controller 112 is reduced and the drive amount of the mass flow controller 113 is increased. That is, in the mixed air supplied to the reformer 110, the ratio of the oxidizing exhaust gas is increased without changing the amount of oxygen supplied per unit time (step S240). In this embodiment, the amount of change in the ratio of the oxidizing exhaust gas in step S240, that is, the amount of change in the oxygen concentration in the mixed air supplied to the reformer 110, is determined in advance in the minimum unit. The oxygen concentration was reduced for each unit. Alternatively, the temperature may be adjusted according to the amount by which the internal temperature T1 exceeds the reference temperature Ta. By increasing the proportion of the oxidizing exhaust gas, the oxygen concentration in the entire gas supplied to the reformer 110 decreases, so that the oxidation reaction that proceeds on the upstream side is suppressed. Also, by increasing the ratio of the oxidizing exhaust gas without changing the amount of oxygen supplied per unit time, the amount of mixed air supplied to the reformer 110 increases, and the flow rate of the gas passing through the reformer 110 increases. And heat generated by the oxidation reaction progressing on the upstream side is more quickly transferred to the downstream side.
Therefore, by executing step S240, the internal temperature T1 on the upstream side of the reaction section 111 can be reduced.

【0120】ステップS240において酸化排ガスの割
合を変えると、次に、再びステップS220に戻って、
内部温度T1 の読み込みおよびこの内部温度T1 と所定
の基準温度Taとの比較の動作を繰り返す。ステップS
230において内部温度T1が所定の基準温度Taより
も低くなると、改質器110に供給される混合空気中の
酸化排ガスの割合が適当となり、反応部111の上流側
の内部温度T1 は充分に低くなったと判断されて、本ル
ーチンを終了する。
When the ratio of the oxidizing exhaust gas is changed in step S240, the process returns to step S220 again, and
The operation of reading the internal temperature T1 and comparing the internal temperature T1 with a predetermined reference temperature Ta is repeated. Step S
When the internal temperature T1 becomes lower than the predetermined reference temperature Ta in 230, the ratio of the oxidizing exhaust gas in the mixed air supplied to the reformer 110 becomes appropriate, and the internal temperature T1 on the upstream side of the reaction section 111 becomes sufficiently low. This routine is determined to have been completed, and this routine ends.

【0121】なお、本実施例の改質器110を備える燃
料電池装置は、既述したように酸素濃度センサ114を
第2空気供給路115に備えており、その検出結果に基
づいて、改質器110に供給する混合空気中の酸素濃度
を補正する。すなわち、上記空気混合量制御処理ルーチ
ンにおけるステップS210あるいはステップS240
において、マスフロコントローラを駆動したときには、
改質器110に供給する混合空気中の酸素濃度を酸素濃
度センサ114によって検出し、その結果に基づいてマ
スフロコントローラの駆動量を補正している。
Note that the fuel cell device including the reformer 110 of this embodiment includes the oxygen concentration sensor 114 in the second air supply path 115 as described above, and performs reforming based on the detection result. The oxygen concentration in the mixed air supplied to the heater 110 is corrected. That is, step S210 or step S240 in the air mixing amount control processing routine.
When the mass flow controller is driven,
The oxygen concentration in the mixed air supplied to the reformer 110 is detected by the oxygen concentration sensor 114, and the driving amount of the mass flow controller is corrected based on the result.

【0122】以上のように構成された第4実施例の改質
器110を備える燃料電池装置によれば、改質器110
に供給される混合空気中の酸素濃度を制御することがで
きるため、上記混合空気中の酸素濃度を低くすることに
よって、原燃料ガスおよび混合空気の導入側において酸
化反応が進行するのを抑えることができる。したがっ
て、上流側における急激な温度上昇を抑えることができ
る。さらに、単位時間当たり所定量の酸素を改質器11
0に供給しながら混合空気中の酸素濃度を下げることに
よって、混合空気の流量が増大し、反応部111内部を
通過するガスの流速が速まる。したがって、上流側で進
行する酸化反応で生じた熱は速やかに下流側に伝えられ
て、上流側で温度が上昇しすぎるのを抑えることができ
る。
According to the fuel cell system including the reformer 110 of the fourth embodiment configured as described above, the reformer 110
Since the oxygen concentration in the mixed air supplied to the fuel cell can be controlled, the oxygen concentration in the mixed air is reduced to suppress the progress of the oxidation reaction on the introduction side of the raw fuel gas and the mixed air. Can be. Therefore, a rapid temperature rise on the upstream side can be suppressed. Further, a predetermined amount of oxygen per unit time is supplied to the reformer 11.
By lowering the oxygen concentration in the mixed air while supplying the gas to zero, the flow rate of the mixed air increases, and the flow rate of the gas passing through the inside of the reaction section 111 increases. Therefore, the heat generated by the oxidation reaction that proceeds on the upstream side is quickly transmitted to the downstream side, so that the temperature on the upstream side can be prevented from rising too much.

【0123】また、上記したように上流側において酸化
反応が抑えられることによって、酸化反応が進行する領
域がより下流側に広がるため、本実施例の改質器110
では、その下流領域で従来の改質器のように温度が低下
しすぎることがない。さらに、反応部111内部を通過
するガスの流速が速まることによって、上流側で生じた
熱が下流側に伝えられ易くなるため、下流領域での温度
低下がさらに抑えられる。したがって、改質器110で
は、その下流側においても水蒸気改質反応の活性が高い
状態に保たれ、下流側が備える触媒も充分に利用するこ
とができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上させる
ことができる。そのため、改質器をよりコンパクトにす
ることが可能となる。
Further, since the oxidation reaction is suppressed on the upstream side as described above, the region in which the oxidation reaction proceeds is further expanded on the downstream side.
Thus, unlike the conventional reformer, the temperature does not excessively decrease in the downstream region. Furthermore, since the heat generated on the upstream side is easily transmitted to the downstream side by increasing the flow rate of the gas passing through the inside of the reaction section 111, the temperature drop in the downstream region is further suppressed. Therefore, in the reformer 110, the activity of the steam reforming reaction is kept high even on the downstream side, the catalyst provided on the downstream side can be sufficiently used, and the speed of the steam reforming reaction can be improved. Can be. Therefore, the reformer can be made more compact.

【0124】上記第4実施例では、メタノール流路60
に設けられた第2ポンプ71の駆動量を基に、改質器1
10に供給される原燃料ガス中のメタノール量を読み込
み、また、温度センサ117の検出結果を基に、上流側
において酸化反応が過剰に進行していないかどうかを判
断している。改質器110に供給されるメタノール量
や、改質器110における酸化反応と水蒸気改質反応と
の進行状態に関するこのような判断は、上記以外の測定
量によって、あるいは、上記以外の測定量をさらに利用
して行なうこととしてもよい。例えば、改質器110内
における水蒸気改質反応と酸化反応との進行状態を判断
するために、第3燃料供給路65に、第3燃料供給路6
5を通過するガス中の成分を分析可能な機器を配設し、
改質器110から排出される燃料ガス中のメタノール、
水素、二酸化炭素、酸素などの量を測定し、この測定結
果をさらに利用して、改質器110内における水蒸気改
質反応および酸化反応の進行状態を判断することとして
もよい。
In the fourth embodiment, the methanol flow path 60
Based on the driving amount of the second pump 71 provided in the reformer 1
The amount of methanol in the raw fuel gas supplied to 10 is read, and based on the detection result of the temperature sensor 117, it is determined whether or not the oxidation reaction has progressed excessively on the upstream side. Such a determination as to the amount of methanol supplied to the reformer 110 and the progress of the oxidation reaction and the steam reforming reaction in the reformer 110 is based on a measured amount other than the above or a measured amount other than the above. It may be further utilized. For example, in order to determine the progress of the steam reforming reaction and the oxidation reaction in the reformer 110, the third fuel supply path 65 is connected to the third fuel supply path 65.
Equipment that can analyze the components in the gas passing through 5,
Methanol in the fuel gas discharged from the reformer 110,
The amounts of hydrogen, carbon dioxide, oxygen, and the like may be measured, and the measurement results may be further used to determine the progress of the steam reforming reaction and the oxidation reaction in the reformer 110.

【0125】上記第4実施例では、混合空気は、改質器
110の上流側だけから供給する構成としたが、複数箇
所から混合空気を供給する構成も好ましい。このような
構成を、第4実施例の変形例として以下に示す。図15
は、第4実施例の変形例である改質器110Aの構成を
模式的に表わす説明図である。改質器110Aは、2つ
の反応部111A、111Bを備えており、それぞれの
反応部に対して混合酸素が供給される。ここで、改質器
110Aに供給される原燃料ガスは、反応部111A、
111Bの順で通過する。また、改質器110Aに対し
て空気および酸化排ガスを供給する空気供給路39およ
び酸化排ガス路69は、それぞれ、空気分岐路39A,
39B、酸化排ガス分岐路69A,69Bに分岐する。
空気分岐路39Aと酸化排ガス分岐路69Aとは合流し
て第2空気供給路115Aとなり、上流側に配設された
反応部111Aに対して混合空気を供給する。空気分岐
路39Bと酸化排ガス分岐路69Bとは合流して第2空
気供給路115Bとなり、下流側に配設された反応部1
11Bに対して混合空気を供給する。それぞれの反応部
に供給される混合空気中の酸素量および酸素濃度は、第
4実施例と同様に、改質器110Aに供給されるメタノ
ール量や、各反応部の上流側の温度などに基づいて、マ
スフロコントローラ112A,112B,113A,1
13Bの駆動量を調節することによって制御される。
In the fourth embodiment, the mixed air is supplied only from the upstream side of the reformer 110, but the mixed air is preferably supplied from a plurality of locations. Such a configuration is shown below as a modification of the fourth embodiment. FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 110A which is a modification of the fourth embodiment. The reformer 110A includes two reaction units 111A and 111B, and mixed oxygen is supplied to each of the reaction units. Here, the raw fuel gas supplied to the reformer 110A is supplied to the reaction unit 111A,
Pass in the order of 111B. The air supply path 39 and the oxidizing exhaust gas path 69 for supplying air and oxidizing exhaust gas to the reformer 110A are air branch paths 39A and 39A, respectively.
39B, branch into oxidizing exhaust gas branch paths 69A, 69B.
The air branch path 39A and the oxidizing exhaust gas branch path 69A join to form a second air supply path 115A, which supplies mixed air to the reaction section 111A disposed on the upstream side. The air branch path 39B and the oxidizing exhaust gas branch path 69B merge to form a second air supply path 115B, and the reaction unit 1 disposed on the downstream side.
The mixed air is supplied to 11B. As in the fourth embodiment, the oxygen amount and oxygen concentration in the mixed air supplied to each reaction section are based on the methanol amount supplied to the reformer 110A, the upstream temperature of each reaction section, and the like. And the mass flow controllers 112A, 112B, 113A, 1
It is controlled by adjusting the driving amount of 13B.

【0126】以上のように構成された改質器110Aに
よれば、混合空気を分割して供給しているため、一度に
供給する混合ガス中の酸素量を減らすことができ、局所
的に温度が上昇しすぎてしまうのを防ぐ効果をさらに高
めることができる。さらに、改質器内部を複数の反応部
に分割し、各反応部ごとに混合空気を供給することによ
って、改質器内部の温度分布をより精度よく制御するこ
とが可能となり、より容易に改質器の内部全体を望まし
い温度範囲に保つことができる。
According to the reformer 110A configured as described above, since the mixed air is divided and supplied, the amount of oxygen in the mixed gas supplied at one time can be reduced, and the temperature can be locally reduced. The effect of preventing the excessive rise of the height can be further enhanced. Furthermore, by dividing the inside of the reformer into a plurality of reaction sections and supplying mixed air to each reaction section, it is possible to control the temperature distribution inside the reformer with higher accuracy, and to easily modify the temperature distribution. The entire interior of the porcelain can be kept in a desired temperature range.

【0127】図16は、酸化反応で要する酸素源とし
て、改質器に対しては通常の空気だけを供給する従来知
られる改質器と、上述した改質器110Aとついて、ガ
スの流れ方向に関する内部の温度分布状態を表わした説
明図である。改質器110Aは、従来の改質器とは異な
り、上流側における酸化反応の進行が抑えられるため、
上流側が急激に昇温されることなく、改質器の内部温度
を250〜300℃の温度範囲で均一化することができ
る。以上説明したように、本実施例の改質器110およ
び110Aは、その入り口部付近で温度が急激に上昇し
てしまうことがないため、温度上昇に起因する既述した
触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止するこ
とができる。したがって、既述した実施例と同様に、改
質器の耐久性を大きく向上させることが可能となる。
FIG. 16 shows a conventional reformer for supplying only ordinary air to the reformer as an oxygen source required for the oxidation reaction, and the reformer 110A described above. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an internal temperature distribution state of the internal combustion engine. Unlike the conventional reformer, the reformer 110A suppresses the progress of the oxidation reaction on the upstream side,
The internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. without the temperature of the upstream side being rapidly increased. As described above, the reformers 110 and 110A according to the present embodiment do not have a sharp rise in temperature near the entrance thereof, and therefore have the above-described catalyst deterioration and by-products caused by the temperature rise. Can be prevented. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0128】また、既述した実施例の改質器110およ
び110Aは、ハニカムによって構成された反応部を備
えることとしたが、改質器の内部に、触媒を担持したペ
レットを充填する構成としてもよい。この場合にも、酸
化反応に要する酸素源として、改質器に供給する混合空
気中の酸素濃度を制御可能とすることによる同様の効果
を得ることができる。
Although the reformers 110 and 110A of the above-described embodiments have a reaction section constituted by a honeycomb, the reformer has a structure in which pellets supporting a catalyst are filled inside the reformer. Is also good. Also in this case, the same effect can be obtained by controlling the oxygen concentration in the mixed air supplied to the reformer as the oxygen source required for the oxidation reaction.

【0129】上記第3および第4実施例では、改質器の
上流側で進行する酸化反応の活性を抑えることによっ
て、上流側で急激な温度上昇が起こらないようにした
が、触媒部内部において、酸化反応が活発に進行する領
域と、酸化反応の進行が不活発な領域とを変更可能とす
ることによって、熱が生じる領域を変更し、局所的に温
度が上昇しすぎるのを防ぐことも可能である。以下に、
このような構成として、原燃料ガスおよび酸素が導入さ
れる入り口部と、水素リッチな燃料ガスが排出される出
口部とが切り替え可能な改質器を、第5実施例として説
明する。
In the third and fourth embodiments, the activity of the oxidation reaction progressing on the upstream side of the reformer is suppressed so that a rapid temperature rise does not occur on the upstream side. By making it possible to change the region where the oxidation reaction proceeds actively and the region where the oxidation reaction progresses inactively, it is possible to change the region where heat is generated and prevent the temperature from excessively increasing locally. It is possible. less than,
As such a configuration, a description will be given as a fifth embodiment of a reformer capable of switching between an inlet for introducing raw fuel gas and oxygen and an outlet for discharging hydrogen-rich fuel gas.

【0130】図17は、第5実施例の改質器120の構
成を模式的に表わす説明図である。この改質器120
は、図1の燃料電池装置20と同様の構成の燃料電池装
置に備えられている。図17に示すように、改質器12
0は、表面にCu−Zn触媒を担持するハニカムによっ
て構成された単一の反応部121を備える。この反応部
121は、その両端部の内部温度を測定する温度センサ
122および温度センサ123を備えている。これらの
温度センサは、既述した制御部50に接続されており、
反応部121の両端部における内部温度に関する情報
は、制御部50に入力される。
FIG. 17 is an explanatory diagram schematically showing the structure of the reformer 120 of the fifth embodiment. This reformer 120
Is provided in a fuel cell device having the same configuration as the fuel cell device 20 in FIG. As shown in FIG.
No. 0 has a single reaction section 121 constituted by a honeycomb supporting a Cu—Zn catalyst on the surface. The reaction section 121 includes a temperature sensor 122 and a temperature sensor 123 for measuring the internal temperatures at both ends. These temperature sensors are connected to the control unit 50 described above,
Information about the internal temperatures at both ends of the reaction section 121 is input to the control section 50.

【0131】また、本実施例では、第2燃料供給路64
は、第1供給分岐路124と第2供給分岐路125とに
分岐しており、それぞれの分岐路は、改質器120のそ
れぞれの端部に接続する。ここで、改質器120の一端
は、上記第1供給分岐路124と接続するほかに、第1
排出分岐路126とも接続している。また、改質器12
0の他端は、上記第2供給分岐路125と接続するほか
に、第2排出分岐路127と接続している。これらの第
1排出分岐路126と第2排出分岐路127とは、合流
して第3燃料供給路65となり、CO低減部36に接続
する。さらに、上記第1供給分岐路124,第2供給分
岐路125,第1排出分岐路126,第2排出分岐路1
27には、それぞれ、電磁弁128,129,128
A,129Aが設けられている。これらの電磁弁12
8,129,128A,129Aは、制御部50に接続
されており、制御部50によってその開閉状態が制御さ
れる。
In this embodiment, the second fuel supply path 64
Is branched into a first supply branch 124 and a second supply branch 125, each branch being connected to a respective end of the reformer 120. Here, one end of the reformer 120 is connected to the first supply branch 124,
It is also connected to the discharge branch 126. In addition, the reformer 12
The other end of 0 is connected to the second supply branch 125 and to the second discharge branch 127. The first discharge branch 126 and the second discharge branch 127 merge to form the third fuel supply path 65, which is connected to the CO reduction unit 36. Further, the first supply branch 124, the second supply branch 125, the first discharge branch 126, and the second discharge branch 1
27 have solenoid valves 128, 129, 128, respectively.
A, 129A. These solenoid valves 12
8, 129, 128A and 129A are connected to the control unit 50, and the open / close state of the control unit 50 is controlled by the control unit 50.

【0132】このような改質器120では、通常は、上
記電磁弁の開閉状態は、電磁弁128と128Aが開状
態、電磁弁129と129Aが閉状態となる第1の状態
と、電磁弁129と129Aが開状態、電磁弁128と
128Aが閉状態となる第2の状態のいずれかとなる。
電磁弁の開閉状態が上記第1の状態となるときには、第
2燃料供給路64から供給される原燃料ガスは、反応部
121内において、図13中向かって左側から右側に向
かって通過する。また、電磁弁の開閉状態が上記第2の
状態となるときには、原燃料ガスは、反応部121内に
おいて、図13中向かって右側から左側に向かって通過
する。
In such a reformer 120, normally, the open / close state of the solenoid valve is the first state in which the solenoid valves 128 and 128A are in the open state and the solenoid valves 129 and 129A are in the close state, and the solenoid valve is in the open / close state. 129 and 129A are in the open state, and the solenoid valves 128 and 128A are in the second state in the closed state.
When the open / close state of the solenoid valve is the first state, the raw fuel gas supplied from the second fuel supply passage 64 passes from the left side to the right side in FIG. When the open / close state of the solenoid valve is the second state, the raw fuel gas passes from the right side to the left side in FIG.

【0133】図18は、改質器120において上記した
ようなガスの入り口部の切り替えが行なわれる際に、燃
料電池装置20で実行されるガス入り口切り替え処理ル
ーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、
燃料電池装置20において、図示しない所定のスタート
スイッチを操作することによって燃料電池装置20の始
動が指示されると、所定の時間毎に実行される。
FIG. 18 is a flowchart showing a gas inlet switching process routine executed by the fuel cell device 20 when the above-described gas inlet is switched in the reformer 120. This routine is
In the fuel cell device 20, when a start of the fuel cell device 20 is instructed by operating a predetermined start switch (not shown), the operation is executed at predetermined time intervals.

【0134】本ルーチンが実行されると、まず、CPU
54は、既述した各電磁弁の開閉状態から、電磁弁の開
閉状態が第1の状態であるか否かを判断する(ステップ
S300)。第1の状態であると判断された場合には、
ガスが供給される上流側の端部における内部温度T1
を、温度センサ122から読み込む(ステップS31
0)。次に、この内部温度T1 を、予め設定した所定の
基準温度T0 と比較する(ステップS320)。ここ
で、所定の基準温度T0 とは、反応部121の内部温度
が非所望の状態にまで昇温しつつあることを示す基準と
なる温度として予め制御部50内に記憶させた値であっ
て、本実施例では、300℃に設定した。ステップS3
20において内部温度T1 が基準温度T0 に達していな
いときには、ステップS310に戻り、内部温度T1 が
基準温度T0 に達するまで、上記した内部温度の読み込
みと比較の動作を繰り返す。
When this routine is executed, first, the CPU
54 determines whether the open / closed state of the solenoid valve is the first state based on the open / closed state of each solenoid valve described above (step S300). If it is determined to be in the first state,
Internal temperature T1 at the upstream end where gas is supplied
Is read from the temperature sensor 122 (step S31).
0). Next, the internal temperature T1 is compared with a predetermined reference temperature T0 (step S320). Here, the predetermined reference temperature T0 is a value previously stored in the control unit 50 as a reference temperature indicating that the internal temperature of the reaction unit 121 is rising to an undesired state. In this example, the temperature was set to 300 ° C. Step S3
If the internal temperature T1 has not reached the reference temperature T0 in step 20, the process returns to step S310, and the above-described operation of reading and comparing the internal temperature is repeated until the internal temperature T1 reaches the reference temperature T0.

【0135】ステップS320において内部温度T1 が
基準温度T0 以上であると判断されると、次に、すべて
の電磁弁を閉状態にすると共に、制御部50に備えられ
た図示しない所定のタイマにより経過時間tの測定を開
始する(ステップS330)。ステップS330におい
てすべての弁を閉状態にすることによって、改質器12
0におけるガスの出入りは停止され、反応部121内で
は、残留する原燃料ガスを用いた水蒸気改質反応および
酸化反応がそのまま続行される。次に、経過時間tを、
予め設定した所定の基準時間t0 と比較する(ステップ
S340)。ここで、所定の基準時間t0 とは、上記し
たようにすべての弁を閉状態としたときに、改質器12
0内部に残留する原燃料ガスを用いた水蒸気改質反応お
よび酸化反応が完了するのに要する時間として、予め制
御部50内に記憶させた値であって、本実施例では1s
ecに設定した。ステップS340において経過時間t
が基準時間t0 に達していないときには、基準時間t0
が経過するまでステップS340の動作を繰り返す。ス
テップS340において、経過時間tが基準時間t0 に
達したときには、所定の電磁弁に駆動信号を出力して電
磁弁の開閉状態を第2の状態にして(ステップS35
0)、本ルーチンを終了する。
If it is determined in step S320 that the internal temperature T1 is equal to or higher than the reference temperature T0, then all the solenoid valves are closed and a predetermined timer (not shown) provided in the control unit 50 is used. The measurement of the time t is started (Step S330). By closing all the valves in step S330, the reformer 12
Inlet and exit of the gas at 0 are stopped, and the steam reforming reaction and the oxidation reaction using the remaining raw fuel gas continue in the reaction section 121. Next, the elapsed time t is
A comparison is made with a predetermined reference time t0 (step S340). Here, the predetermined reference time t0 is defined as the time when all the valves are closed as described above.
0 is a value previously stored in the control unit 50 as a time required for completing the steam reforming reaction and the oxidation reaction using the raw fuel gas remaining in the inside.
ec. In step S340, the elapsed time t
Does not reach the reference time t0, the reference time t0
The operation of step S340 is repeated until elapses. In step S340, when the elapsed time t reaches the reference time t0, a drive signal is output to a predetermined solenoid valve to change the open / close state of the solenoid valve to the second state (step S35).
0), end this routine.

【0136】また、ステップS300において、第1の
状態でないと判断されたときには、改質器120は第2
の状態であると判断され、ガスが供給される上流側の端
部における内部温度T2 を、温度センサ123から読み
込む(ステップS360)。その後は、ステップS37
0〜ステップS390まで、既述したステップS320
〜ステップS340までと同様の処理を行なう。すなわ
ち、酸化反応の進行と共に内部温度T2 が所定の基準値
T0 (本実施例では300℃)に達すると、所定の時間
(本実施例では1sec)すべての弁を閉状態とし、そ
の後電磁弁の開閉状態を第1の状態にして(ステップS
400)、本ルーチンを終了する。
If it is determined in step S300 that the current state is not the first state, the reformer 120
The internal temperature T2 at the upstream end to which gas is supplied is read from the temperature sensor 123 (step S360). After that, step S37
0 to step S390, step S320 already described
The same processing as in steps S340 to S340 is performed. That is, when the internal temperature T2 reaches a predetermined reference value T0 (300 ° C. in this embodiment) with the progress of the oxidation reaction, all valves are closed for a predetermined time (1 second in this embodiment), and then the solenoid valves are closed. Set the open / closed state to the first state (step S
400), this routine ends.

【0137】なお、上記したガス入り口切り替え処理ル
ーチンは、既述したように、図示しない所定のスタート
スイッチを操作することによって燃料電池装置20の始
動が指示されると、所定時間毎に実行されることとした
が、燃料電池装置20の始動が指示された最初の状態と
しては、各電磁弁の開閉状態は、上記した第1の状態ま
たは第2の状態となるようにしておけばよい。例えば、
前回に燃料電池装置20を停止したときと同じ状態で、
次回に燃料電池装置20を始動することとしてもよい
し、燃料電池装置20の始動時には各電磁弁の開閉状態
が上記第1の状態あるいは第2の状態になるように設定
しておいてもよい。
As described above, the gas inlet switching processing routine is executed every predetermined time when the start of the fuel cell device 20 is instructed by operating a predetermined start switch (not shown). However, as an initial state in which the start of the fuel cell device 20 is instructed, the open / close state of each solenoid valve may be set to the first state or the second state described above. For example,
In the same state as when the fuel cell device 20 was stopped last time,
The fuel cell device 20 may be started next time, or the opening / closing state of each solenoid valve may be set to the first state or the second state when the fuel cell device 20 starts. .

【0138】以上のように構成された第5実施例の改質
器120を備える燃料電池装置によれば、改質器120
に供給する混合空気中の供給箇所を上流側と下流側とで
切り替え、反応部121内のガスの流れの方向を逆転さ
せることができるため、酸化反応で生じる熱によって、
改質器の一方の端部だけが昇温しすぎることがない。し
たがって、上流側における急激な温度上昇を抑えること
ができる。ここで、ガスの流れの方向の切り替えは、反
応部121の端部の温度に基づいて行なうため、反応部
121の端部の温度が上昇しすぎてしまうのをより確実
に防ぐことが可能となる。
According to the fuel cell system including the reformer 120 of the fifth embodiment configured as described above, the reformer 120
The supply point in the mixed air supplied to the reaction unit 121 is switched between the upstream side and the downstream side, and the direction of the gas flow in the reaction unit 121 can be reversed.
Only one end of the reformer does not overheat. Therefore, a rapid temperature rise on the upstream side can be suppressed. Here, the switching of the gas flow direction is performed based on the temperature at the end of the reaction section 121, so that it is possible to more reliably prevent the temperature at the end of the reaction section 121 from excessively rising. Become.

【0139】また、上記したようにガスの流れの方向を
切り替えることによって、反応部121の両端が上流側
となり得るため、従来の改質器のように特定の下流側で
温度が低下しすぎることがない。したがって、改質器1
20では、その両側で水蒸気改質反応の活性が高い状態
に保たれ、反応部121全体が備える触媒を充分に利用
することができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上
させることができる。そのため、改質器をよりコンパク
トにすることが可能となる。
By switching the gas flow direction as described above, both ends of the reaction section 121 can be on the upstream side, so that the temperature is too low on a specific downstream side as in a conventional reformer. There is no. Therefore, the reformer 1
In 20, the activity of the steam reforming reaction is kept high on both sides, and the catalyst provided in the entire reaction section 121 can be sufficiently used, and the speed of the steam reforming reaction can be improved. Therefore, the reformer can be made more compact.

【0140】図19は、内部のガスの流れの方向が一定
である従来知られる改質器と、上述した改質器120と
ついて、一端側から他端側への内部の温度分布状態を表
わした説明図である。改質器120は、従来の改質器と
は異なり、特定の端部側において酸化反応が進行しすぎ
るのが抑えられ、また、両端部側が上流側となり得るた
め、改質器の内部温度を250〜300℃の温度範囲で
均一化することができる。以上説明したように、本実施
例の改質器120は、その入り口部付近で温度が急激に
上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因する既
述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止
することができる。したがって、既述した実施例と同様
に、改質器の耐久性を大きく向上させることが可能とな
る。
FIG. 19 shows the state of the internal temperature distribution from one end to the other end of a conventionally known reformer in which the flow direction of the internal gas is constant and the above-mentioned reformer 120. FIG. The reformer 120 is different from the conventional reformer in that the oxidation reaction is prevented from excessively progressing at a specific end portion, and since both end portions can be upstream, the internal temperature of the reformer is reduced. It can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. As described above, since the temperature of the reformer 120 of the present embodiment does not rise sharply near the entrance, the catalyst deterioration and the generation of by-products described above due to the temperature rise are caused. Such inconveniences can be prevented. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0141】なお、本実施例の改質器120は、ハニカ
ムによって構成された反応部を備えることとしたが、改
質器の内部に、触媒を担持したペレットを充填する構成
としてもよい。この場合にも、改質部内を通過するガス
の流れの方向を切り替えることによる同様の効果を得る
ことができる。
Although the reformer 120 of this embodiment is provided with a reaction section constituted by a honeycomb, a configuration in which pellets supporting a catalyst are filled inside the reformer may be employed. Also in this case, the same effect can be obtained by switching the direction of the flow of the gas passing through the inside of the reforming section.

【0142】また、本実施例の改質器120は、反応部
121の端部の温度に基づいて、ガスの流れの方向を切
り替えることとしたが、切り替えのタイミングは、他の
要因に基づくこととしても良い。反応部121の端部温
度に基づく場合には、改質器120に供給される原燃料
ガスの量が変動して、改質器120内部で進行する水蒸
気改質反応と酸化反応との量が変動する場合にも、内部
温度を所定の範囲内に保つ上で高い効果が得られるとい
う利点があるが、例えば、改質器に供給される原燃料ガ
ス量の変動が小さい場合には、所定の時間毎にガスの流
れの方向を切り替えることとしてもよい。
Although the reformer 120 of this embodiment switches the direction of the gas flow based on the temperature at the end of the reaction section 121, the switching timing may be based on other factors. It is good. When the temperature is based on the temperature at the end of the reaction section 121, the amount of the raw fuel gas supplied to the reformer 120 fluctuates, and the amounts of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding inside the reformer 120 are reduced. Even if it fluctuates, there is an advantage that a high effect can be obtained in keeping the internal temperature within a predetermined range. For example, when the fluctuation of the amount of raw fuel gas supplied to the reformer is small, The direction of the gas flow may be switched every time.

【0143】次に、第6実施例として、改質器内部に封
入した触媒粒子を撹拌することによって、改質器内の特
定の上流側だけが昇温しすぎてしまうのを防ぐ構成を示
す。図20は、第6実施例の改質器130およびこの改
質器130と接続される部材の構成を模式的に表わす説
明図である。本実施例の改質器130は、図1の燃料電
池装置20と同様の構成の燃料電池装置に備えられてい
るため、以下の説明では、共通する部材については同じ
部材番号を付して詳しい説明を省略する。
Next, as a sixth embodiment, there will be described a configuration in which the catalyst particles sealed in the reformer are stirred to prevent the temperature of only a specific upstream side in the reformer from being excessively increased. . FIG. 20 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the reformer 130 of the sixth embodiment and the members connected to the reformer 130. Since the reformer 130 of the present embodiment is provided in a fuel cell device having the same configuration as the fuel cell device 20 of FIG. 1, in the following description, common members are denoted by the same member numbers and detailed. Description is omitted.

【0144】改質器130は、既述したCu−Zn触媒
からなる粒子を内部に封入されている。この触媒は、周
知の共沈法により作製したCu−Zn触媒を、約500
μmの粒径となるように造粒したものである。あるい
は、Cu−Zn触媒を、所定の溶媒に分散させた上でス
プレードライヤ装置に供給し、噴霧することによって上
記した粒径の微粒子を作製することとしてもよい。ま
た、触媒粒子の粒径は、上述するようにこの触媒粒子を
封入する改質器内にガスを噴射する際に、このガスによ
って充分に撹拌されうる大きさであればよく、例えば、
100μm〜数mmの粒径とすることが好ましい。ま
た、触媒粒子の形状はいかなるものであってもよいが、
後述する撹拌の効率を考えると、球状に近い方が好まし
い。
The reformer 130 has the above-described particles made of the Cu—Zn catalyst sealed therein. This catalyst was prepared by adding a Cu—Zn catalyst prepared by a well-known
It was granulated to a particle size of μm. Alternatively, the Cu-Zn catalyst may be dispersed in a predetermined solvent, supplied to a spray dryer, and sprayed to produce fine particles having the above-described particle diameter. Further, the particle size of the catalyst particles may be a size that can be sufficiently stirred by the gas when the gas is injected into the reformer that encloses the catalyst particles as described above.
The particle size is preferably from 100 μm to several mm. Also, the shape of the catalyst particles may be any,
Considering the efficiency of stirring described later, it is preferable that the shape is close to spherical.

【0145】改質器130は、既述した実施例と同様
に、メタノールおよび水蒸気からなる原燃料ガスが蒸発
器32から供給されると共に、ブロワ38から空気が供
給されるが、本実施例では、これらの原燃料ガスおよび
空気は、調圧弁132および噴射ノズル134を介して
改質器130内に供給される。蒸発器32では、メタノ
ールおよび水が気化・昇温されるため、蒸発器32から
は所定の温度と圧力を有する状態で原燃料ガスが排出さ
れる。この原燃料ガスは、空気供給路39から供給され
る空気と混合された後、調圧弁132および噴射ノズル
134を介して改質器130内に噴射される。改質器1
30内には、上記したように触媒粒子が封入されている
ため、空気を含有する原燃料ガスを噴射することによっ
て触媒粒子は、図20中矢印で示すように改質器130
内で流動し、撹拌される。ここで、本実施例の改質器1
30では、空気を含有する原燃料の噴射は7カ所から行
なうこととしたが、改質器内で触媒粒子を充分に撹拌可
能であれば噴射箇所の数は異なる構成としてもよい。ま
た、改質器130内部の容積は、所定量の触媒粒子が、
所定の流量、所定の圧力で供給されるガス(酸素を含む
原燃料ガス)によって、充分に撹拌され得る大きさであ
ればよい。
The reformer 130 is supplied with raw fuel gas composed of methanol and water vapor from the evaporator 32 and air from the blower 38, as in the above-described embodiment. These raw fuel gas and air are supplied into the reformer 130 via the pressure regulating valve 132 and the injection nozzle 134. In the evaporator 32, since methanol and water are vaporized and heated, the raw fuel gas is discharged from the evaporator 32 at a predetermined temperature and pressure. The raw fuel gas is mixed with air supplied from the air supply path 39 and then injected into the reformer 130 via the pressure regulating valve 132 and the injection nozzle 134. Reformer 1
Since the catalyst particles are sealed in the fuel cell 30 as described above, the catalyst particles are injected into the reformer 130 as shown by arrows in FIG.
Fluid within and stirred. Here, the reformer 1 of the present embodiment
In 30, the injection of the raw fuel containing air is performed from seven locations, but the number of injection locations may be different if the catalyst particles can be sufficiently stirred in the reformer. Further, the volume inside the reformer 130 is such that a predetermined amount of catalyst particles
Any size may be used as long as it can be sufficiently stirred by a gas (a raw fuel gas containing oxygen) supplied at a predetermined flow rate and a predetermined pressure.

【0146】改質器130において、噴射ノズルが接続
する端部と反対側の端部には、発泡ニッケルによって形
成されたフィルタ136が設けられている。このフィル
タ136は、充分に目の細かいメッシュ状に形成されて
いるため、改質器130内に封入された触媒粒子が外部
に漏れるのは妨げるが、改質器130内で生成された燃
料ガスがCO低減部36側に供給されるのは妨げない。
フィルタ136を通過した燃料ガスは、CO低減部36
に供給されて一酸化炭素濃度が低減された後、燃料電池
40に供給される。
In the reformer 130, a filter 136 made of foamed nickel is provided at an end opposite to the end to which the injection nozzle is connected. Since the filter 136 is formed in a sufficiently fine mesh shape, the catalyst particles sealed in the reformer 130 are prevented from leaking to the outside, but the fuel gas generated in the reformer 130 is prevented. Is not prevented from being supplied to the CO reduction unit 36 side.
The fuel gas that has passed through the filter 136 is
Is supplied to the fuel cell 40 to reduce the concentration of carbon monoxide.

【0147】以上のように構成された改質器130を備
える燃料電池装置によれば、改質器130内に封入され
た触媒粒子は、空気を含有する原燃料ガスによって常に
撹拌されるため、高濃度の酸素を含む原燃料ガスが供給
される位置に存在する触媒粒子が常に入れ替わり、酸化
反応で生じる熱によって触媒の特定の領域だけが昇温し
すぎてしまうことがない。ここで、触媒粒子を撹拌する
ために改質器内に噴射するガスは、改質器内で進行する
水蒸気改質反応および酸化反応に供するためのガス(空
気を含有する原燃料ガス)であるため、改質器130に
原燃料を供給する動作と、触媒粒子を撹拌する動作とを
同時に行なうことができる。また、改質器内にガスを噴
射することによって、改質器内の反応や燃料電池におけ
る電気化学反応が影響を受けることがない。
According to the fuel cell device having the reformer 130 configured as described above, the catalyst particles sealed in the reformer 130 are constantly stirred by the raw fuel gas containing air. The catalyst particles present at the position where the raw fuel gas containing high concentration of oxygen is supplied are constantly replaced, so that the heat generated by the oxidation reaction does not cause the temperature of only a specific region of the catalyst to rise too much. Here, the gas injected into the reformer to stir the catalyst particles is a gas (raw fuel gas containing air) for use in the steam reforming reaction and the oxidation reaction that proceed in the reformer. Therefore, the operation of supplying the raw fuel to the reformer 130 and the operation of stirring the catalyst particles can be performed simultaneously. Further, by injecting the gas into the reformer, the reaction in the reformer and the electrochemical reaction in the fuel cell are not affected.

【0148】また、改質器130内における触媒粒子の
撹拌によって、酸化反応で生じた熱も改質器130内に
分散されるため、従来の改質器のように特定の下流側で
温度が低下しすぎることがない。したがって、改質器1
30では、触媒粒子全体において水蒸気改質反応の活性
が高い状態に保たれ、水蒸気改質反応の速度を向上させ
ることができる。
Further, the heat generated by the oxidation reaction is dispersed in the reformer 130 due to the stirring of the catalyst particles in the reformer 130, so that the temperature is reduced at a specific downstream side as in a conventional reformer. It does not drop too much. Therefore, the reformer 1
In the case of 30, the activity of the steam reforming reaction is kept high in the entire catalyst particles, and the speed of the steam reforming reaction can be improved.

【0149】図21は、内部のガスの流れの方向が一定
である従来知られる改質器と、上述した改質器130と
について、一端側から他端側への内部の温度分布状態を
表わした説明図である。ここで、改質器130に供給す
るガスは、温度250℃、流量670l/minの原燃
料ガスと、流量140l/minの空気とを混合し、5
気圧にて噴射ノズル134から改質器130内に噴射し
た。改質器130は、従来の改質器とは異なり、特定の
端部側において酸化反応が進行しすぎることがなく、ま
た、内部の触媒粒子が均等な状態で反応に関わるため、
改質器の内部温度を250〜300℃の温度範囲で均一
化することができる。以上説明したように、本実施例の
改質器130は、その入り口部付近で温度が急激に上昇
してしまうことがないため、温度上昇に起因する既述し
た触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止する
ことができる。したがって、既述した実施例と同様に、
改質器の耐久性を大きく向上させることが可能となる。
FIG. 21 shows the state of internal temperature distribution from one end to the other end of a conventionally known reformer in which the flow direction of the internal gas is constant and the above-described reformer 130. FIG. Here, the gas supplied to the reformer 130 is a mixture of a raw fuel gas having a temperature of 250 ° C. and a flow rate of 670 l / min and air having a flow rate of 140 l / min.
It was injected into the reformer 130 from the injection nozzle 134 at atmospheric pressure. In the reformer 130, unlike the conventional reformer, the oxidation reaction does not proceed excessively on the specific end side, and the catalyst particles inside are involved in the reaction in a uniform state,
The internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. As described above, since the temperature of the reformer 130 of the present embodiment does not rise sharply near the entrance thereof, the above-described catalyst deterioration and the generation of by-products due to the temperature rise Such inconveniences can be prevented. Therefore, similar to the embodiment described above,
The durability of the reformer can be greatly improved.

【0150】なお、上記第6実施例では、撹拌のために
改質器130内に噴射するガスとして、空気を含有する
原燃料ガスを用いたが、メタノールガス、水蒸気、空気
のうち少なくともいずれか一つからなるガスを用いるこ
ととしてもよい。この場合には、触媒の撹拌のために改
質器内に噴射するのに用いなかった残りの成分は、改質
器の所定の位置(上記噴射位置に近い上流側であること
が望ましい)から、改質器内に対して、触媒粒子が封入
された状態を維持しつつ供給することとすればよい。
In the sixth embodiment, the raw fuel gas containing air is used as the gas to be injected into the reformer 130 for stirring. However, at least one of methanol gas, water vapor, and air is used. A single gas may be used. In this case, the remaining components not used for injection into the reformer for stirring the catalyst are removed from a predetermined position of the reformer (preferably upstream from the above injection position). In this case, the catalyst particles may be supplied to the reformer while maintaining the sealed state.

【0151】また、上記第6実施例では、改質器130
内に高圧のガスを噴射することによって、改質器130
内に封入した触媒粒子を撹拌しているが、ガスの噴射以
外の手段によって触媒粒子を撹拌することとしてもよ
い。例えば、改質器内に、内部の触媒粒子を撹拌可能な
機械的な手段を設けることとしてもよい。
In the sixth embodiment, the reformer 130
By injecting high pressure gas into the reformer 130
Although the catalyst particles encapsulated therein are agitated, the catalyst particles may be agitated by means other than gas injection. For example, a mechanical means capable of stirring the internal catalyst particles may be provided in the reformer.

【0152】次に、第7実施例として、触媒部におい
て、酸化反応に供する空気が供給される箇所を経時的に
変化させる構成を示す。図22は、第7実施例の改質器
140の構成を模式的に示す説明図である。この改質器
140は、図1の燃料電池装置20と同様の構成の燃料
電池装置に備えられている。図22に示すように、改質
器140は、表面にCu−Zn触媒を担持するハニカム
によって構成された単一の反応部141を備え、略円筒
形状に形成されている。また、改質器140は、図示し
ない所定のモータによって回転可能となっている。ここ
で、改質器140は、既述した実施例と同様に、第2燃
料供給路64から原燃料ガスが供給されると共に、生成
した燃料ガスを第3燃料供給路65へ排出するが、これ
ら第2燃料供給路64および第3燃料供給路65は、改
質器140の略円形をした断面の略中心部に接続してい
る。上記したモータを駆動することによって、改質器1
40は、上記断面の中心部を中心として、毎秒1回転の
速度で回転する。
Next, as a seventh embodiment, there will be described a configuration in which a portion of the catalyst section to which the air for the oxidation reaction is supplied is changed with time. FIG. 22 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the reformer 140 of the seventh embodiment. The reformer 140 is provided in a fuel cell device having the same configuration as the fuel cell device 20 in FIG. As shown in FIG. 22, the reformer 140 includes a single reaction section 141 formed on the surface by a honeycomb supporting a Cu—Zn catalyst, and is formed in a substantially cylindrical shape. Further, the reformer 140 is rotatable by a predetermined motor (not shown). Here, the reformer 140 supplies the raw fuel gas from the second fuel supply path 64 and discharges the generated fuel gas to the third fuel supply path 65, as in the above-described embodiment. The second fuel supply path 64 and the third fuel supply path 65 are connected to a substantially central portion of a substantially circular cross section of the reformer 140. By driving the motor described above, the reformer 1
Reference numeral 40 rotates at a speed of one rotation per second around the center of the cross section.

【0153】また、改質器140には、第2燃料供給路
64から原燃料ガスが供給されると共に、空気供給路3
9から空気が供給されるが、本実施例では、この空気供
給路39における改質器140との接続側の端部は、第
2燃料供給路64内に形成されている。第2燃料供給路
64内に形成された空気供給路39の端部は、改質器1
40において反応部141の上流側に設けられた空間内
で湾曲し、その後吹き出し口142として開口してい
る。この吹き出し口142は、反応部141の上流側の
端部に対面して開口しており、その開口する位置は、本
実施例では、反応部141の端部断面の中心点と、同じ
く端部断面の円周部との中間付近とした。空気供給路3
9から供給される空気を、この吹き出し口142から吹
き出すことによって、反応部141を構成するハニカム
の各セルのうち、吹き出し口142の全面にあるセルを
中心として、約半数のセルに対して空気を供給すること
ができる。
Further, the raw fuel gas is supplied to the reformer 140 from the second fuel supply passage 64 and the reformer 140 is supplied with the air supply passage 3.
In the present embodiment, the end of the air supply path 39 on the connection side with the reformer 140 is formed in the second fuel supply path 64. The end of the air supply passage 39 formed in the second fuel supply passage 64 is connected to the reformer 1
At 40, it is curved in the space provided on the upstream side of the reaction section 141, and thereafter is opened as the outlet 142. The outlet 142 is open facing the upstream end of the reaction section 141, and the opening position is, in the present embodiment, the center point of the cross section of the end of the reaction section 141, and the end of the same. It was near the middle of the circumference of the cross section. Air supply path 3
9 is blown out from the outlet 142 so that about half of the cells of the honeycomb constituting the reaction section 141 are centered on the cells on the entire surface of the outlet 142. Can be supplied.

【0154】したがって、本実施例の改質器140を用
いると、吹き出し口142から空気の供給を受けるセル
においては、水蒸気改質反応と酸化反応との両方が進行
し、空気の供給を受けないセルにおいては、水蒸気改質
反応だけが進行する。このとき、改質器140は、既述
したように回転し、吹き出し口142の位置は改質器1
40の回転の状態に関わらず変化しないため、空気の供
給を受けるセルは経時的に変化する。
Therefore, when the reformer 140 of the present embodiment is used, in the cell receiving the supply of air from the outlet 142, both the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceed, and the supply of air is not received. In the cell, only the steam reforming reaction proceeds. At this time, the reformer 140 rotates as described above, and the position of the outlet 142 is
The cell receiving air supply changes over time because it does not change regardless of the state of rotation of 40.

【0155】以上のように構成された第7実施例の改質
器140によれば、空気の供給を受けて酸化反応を進行
するセルが経時的に変化するため、特定のセルの上流部
において温度が上昇しすぎてしまうことがない。空気の
供給を受けて酸化反応が進行し、上流側が昇温しかかっ
たセルでは、直ちに空気の供給を受けない状態となって
酸化反応が停止し、生じた熱は水蒸気改質反応で消費さ
れるため、それ以上温度が上昇することがない。また、
空気の供給を受けずに水蒸気反応によって熱が消費され
たセルでは、直ちに空気が供給されて酸化反応によって
熱が生じるため、温度が低下しすぎてしまうことがな
い。
According to the reformer 140 of the seventh embodiment configured as described above, the cells which undergo the oxidation reaction by receiving the supply of air change with time, so that the upstream part of the specific cell The temperature does not rise too much. The oxidation reaction proceeds with the supply of air, and in the cell where the temperature on the upstream side is about to rise, the supply of air is immediately stopped and the oxidation reaction stops, and the generated heat is consumed by the steam reforming reaction. Therefore, the temperature does not rise any more. Also,
In a cell in which heat is consumed by a steam reaction without being supplied with air, air is immediately supplied and heat is generated by an oxidation reaction, so that the temperature does not drop too much.

【0156】なお、改質器140において、供給される
メタノール量と空気量との比は、既述した実施例と同様
に、改質器内で進行する水蒸気改質反応で要する熱量
と、酸化反応で生じる熱量とから定まるため一定であ
る。ここで、本実施例の改質器140では、空気の供給
を受けるセルは、常に、ハニカムを構成するセル全体の
約半分である。したがって、各セルが空気の供給を受け
る際には、メタノール量に対して通常よりも過剰な量の
酸素を供給されることになり、供給されたメタノールを
水蒸気改質するのに要する熱以上の熱を生じる酸化反応
が起こる。しかしながら、上述したように、これらのセ
ルは直ちに空気の供給が停止されるため、空気が供給さ
れた上流側で温度が上昇しすぎることがない。また、酸
素が過剰な状態で空気と原燃料ガスが供給されるため、
通常の濃度の酸素を供給する場合より、酸化反応が起き
る領域がより下流側にまで広がる。したがって、従来の
改質器のように下流側で温度が低下しすぎることがな
い。このように、改質器140では、反応部全体を所定
の温度範囲に保ち、水蒸気改質反応の活性を高い状態に
保つと共に、水蒸気改質反応の速度を向上させることが
できる。
In the reformer 140, the ratio of the supplied amount of methanol to the amount of air is determined by the amount of heat required for the steam reforming reaction progressing in the reformer and the amount of oxidation, as in the above-described embodiment. It is constant because it is determined from the amount of heat generated in the reaction. Here, in the reformer 140 of this embodiment, the number of cells supplied with air is always about half of the entire cells constituting the honeycomb. Therefore, when each cell receives the supply of air, an excess amount of oxygen is supplied to the cell relative to the amount of methanol, which is more than the heat required for steam reforming the supplied methanol. An oxidation reaction that produces heat occurs. However, as described above, since the supply of air to these cells is immediately stopped, the temperature does not excessively increase on the upstream side to which the air is supplied. In addition, since air and raw fuel gas are supplied in a state of excess oxygen,
The region where the oxidation reaction occurs is further extended to the downstream side than when supplying oxygen at a normal concentration. Therefore, unlike the conventional reformer, the temperature does not decrease too much on the downstream side. As described above, in the reformer 140, the entire reaction section can be kept in a predetermined temperature range, the activity of the steam reforming reaction can be kept high, and the speed of the steam reforming reaction can be improved.

【0157】図23は、ハニカムを構成するセル全体
に、常に所定の割合の酸素を供給する従来知られる改質
器と、上述した改質器140とついて、上流側から下流
側への内部の温度分布状態を表わした説明図である。こ
の温度分布状態の測定は、改質器140に供給するガス
において、LHSV(一時間に処理するメタノール体積
/触媒体積)=3、酸素/メタノールの比が11%とな
る空気、水/メタノールの比が2となる水を含む条件に
おいて行なった。改質器140は、従来の改質器とは異
なり、上流側で温度が上昇しすぎてしまうことがなく、
改質器の内部温度を250〜300℃の温度範囲で均一
化することができる。したがって、本実施例の改質器1
40は、温度上昇に起因する既述した触媒劣化や副生成
物の発生といった不都合を防止することができ、既述し
た実施例と同様に、改質器の耐久性を大きく向上させる
ことが可能となる。なお、上記した条件において改質器
140を用いて燃料ガスを生成すると、H2 =50%、
CO2 =23%、H2O =17.5%、N2 =9%、C
O=0.5%となる燃料ガスが得られ、良好に作動する
ことが確かめられた。
FIG. 23 shows a conventional reformer that always supplies a predetermined ratio of oxygen to the entire cell constituting the honeycomb, and the above-described reformer 140, and shows the internal structure from the upstream side to the downstream side. It is explanatory drawing showing the temperature distribution state. The measurement of the temperature distribution state is based on the fact that in the gas supplied to the reformer 140, LHSV (volume of methanol to be processed in one hour / catalyst volume) = 3, and the ratio of oxygen / methanol of 11% to air / water / methanol. The test was carried out under conditions including water having a ratio of 2. The reformer 140 is different from the conventional reformer in that the temperature does not rise excessively on the upstream side,
The internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. Therefore, the reformer 1 of the present embodiment
40 can prevent inconveniences such as the deterioration of the catalyst and the generation of by-products due to the temperature rise, and can greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment. Becomes When fuel gas is generated using the reformer 140 under the above conditions, H 2 = 50%,
CO 2 = 23%, H 2 O = 17.5%, N 2 = 9%, C
A fuel gas with O = 0.5% was obtained, and it was confirmed that the fuel cell operated well.

【0158】以上説明した第7実施例の改質器140
は、空気が供給される吹き出し口142が固定され、改
質器140が回転する構成としたが、吹き出し口が回転
し、改質器が固定された構成とすることもできる。この
ような構成の改質器を、第7実施例の変形例として以下
に示す。図24は、第7実施例の変形例である改質器1
40Aの構成を模式的に表わす説明図である。改質器1
40Aは、改質器140とほぼ同様の構成を備えてお
り、対応する部材には同一の番号に符号Aを付して説明
する。この改質器140Aにおいては、改質器140A
は回転することがない。また、空気供給路39における
吹き出し口142Aに至る端部側において設けられた既
述した湾曲部には、所定の回転機構144が設けられて
いる。この回転機構144によって、吹き出し口142
Aを備えた空気供給路39の端部は回転し、反応部14
1Aの上流側端部面において、吹き出し口142Aから
空気が供給される領域が経時的に変化する。
The reformer 140 of the seventh embodiment described above.
Although the outlet 142 to which air is supplied is fixed and the reformer 140 rotates, the outlet may rotate and the reformer may be fixed. A reformer having such a configuration will be described below as a modification of the seventh embodiment. FIG. 24 shows a reformer 1 which is a modification of the seventh embodiment.
It is explanatory drawing which represents the structure of 40A typically. Reformer 1
40A has substantially the same configuration as that of the reformer 140, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and denoted by the reference character A. In this reformer 140A, the reformer 140A
Does not rotate. In addition, a predetermined rotation mechanism 144 is provided in the above-described curved portion provided on the end side of the air supply path 39 that reaches the outlet 142A. By the rotation mechanism 144, the outlet 142
A of the air supply channel 39 provided with the
On the upstream end surface of 1A, a region to which air is supplied from the outlet 142A changes with time.

【0159】このように構成された改質器140Aを用
いる場合にも、第7実施例の改質器140と同様の効果
を奏することができる。なお、空気供給路39の端部付
近に設けられた回転機構144は、吹き出し口142A
を備える端部部材143と、空気供給路39の基部とを
回転自在に支持する構成とし、上記端部部材143は、
吹き出し口142Aから空気が吹き出される反力によっ
て回転することとしてもよいし、外部から供給される所
定の動力を用いて回転力を発生することとしてもよい。
When the reformer 140A configured as described above is used, the same effect as the reformer 140 of the seventh embodiment can be obtained. The rotation mechanism 144 provided near the end of the air supply path 39 is provided with a blowout port 142A.
And the base of the air supply passage 39 is rotatably supported. The end member 143 is
The rotation may be performed by a reaction force from which air is blown out from the outlet 142A, or a rotation force may be generated using a predetermined power supplied from the outside.

【0160】なお、上記実施例では、空気の吹き出し口
と改質器とのうちのいずれかを回転させることとした
が、改質器の上流部に複数の空気供給口を設け、実際に
空気が供給される空気供給口を経時的に切り替える構成
としてもよく、反応部において空気が供給される部位を
経時的に変化させることができればよい。また、上記改
質器140および改質器140Aは、ハニカムによって
構成された反応部を有することとしたが、それぞれの反
応部は、触媒を担持するペレットを充填することによっ
て構成してもよい。この場合にも、反応部において空気
が供給される部位を経時的に変化させることによって、
実施例と同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, one of the air outlet and the reformer is rotated. However, a plurality of air supply ports are provided upstream of the reformer, and the air is actually supplied. The air supply port to which the air is supplied may be switched over time, as long as the air supply portion in the reaction section can be changed over time. Further, although the reformer 140 and the reformer 140A have the reaction units formed of the honeycomb, each of the reaction units may be configured by filling pellets supporting the catalyst. Also in this case, by changing the portion to which air is supplied in the reaction section over time,
The same effect as that of the embodiment can be obtained.

【0161】さらに、既述した第6実施例および第7実
施例の改質器は、上記した効果の他に、始動時において
内部でより多くの酸化反応を進行させ、改質器をより速
く定常状態にまで昇温させることができるという効果を
も奏する。始動時には改質器の温度が室温付近にまで低
下しているため、速やかに昇温させて定常状態にする必
要がある。ここで、メタノールおよび酸素を大量に供給
して積極的に酸化反応を起こさせ、改質器を内部から加
熱する方法が考えられるが、従来の改質器では、多量の
空気を供給して酸化反応を起こさせると、改質器全体の
温度が低い場合であっても、上流の特定領域だけが昇温
しすぎてしまうおそれがあった。上記第6および第7実
施例の改質器によれば、酸化反応が活発に進行する領域
(酸素が高い濃度で供給される触媒部位)が経時的に変
化するため、多量の酸素を供給して積極的に酸化反応を
行なわせても、特定部位だけが昇温しすぎることがな
く、速やかに改質器を昇温させることが可能となる。
Further, in addition to the above-described effects, the reformers of the sixth and seventh embodiments described above allow more oxidation reactions to proceed internally at the time of start-up, thereby making the reformer faster. This also has the effect that the temperature can be raised to a steady state. At the time of start-up, the temperature of the reformer has dropped to around room temperature, so it is necessary to quickly raise the temperature to a steady state. Here, a method in which a large amount of methanol and oxygen are supplied to actively cause an oxidation reaction and the reformer is heated from the inside can be considered, but in a conventional reformer, a large amount of air is supplied to oxidize the reformer. When the reaction is caused, even in the case where the temperature of the entire reformer is low, there is a possibility that only the specific region on the upstream side is excessively heated. According to the reformers of the sixth and seventh embodiments, since the region where the oxidation reaction actively proceeds (the catalyst portion where oxygen is supplied at a high concentration) changes with time, a large amount of oxygen is supplied. Even if the oxidation reaction is positively performed, the temperature of the reformer can be raised quickly without increasing the temperature of only the specific portion.

【0162】次に、第8実施例として、改質器内に複数
の反応部を設け、これらの反応部の一部について残りの
反応部とはガスの流れを逆向きにすることによって、隣
接する反応部の間で、原燃料ガスおよび空気が供給され
る上流側と、燃料ガスが排出される下流側とで熱交換さ
せる構成を示す。図25は、第8実施例の改質器150
の構成を表わす断面模式図である。改質器150は、図
1の燃料電池装置20と同様の燃料電池装置に備えられ
ている。この改質器150は、略円柱状に形成されてお
り、その内壁に沿って環状に反応部152を備え、反応
部152の内側に反応部151を備えており、2重管状
の構造を有している。反応部151は、その一端側(図
25中向かって左側)から原燃料ガスおよび空気の供給
を受け、他端側(図25中向かって右側)において燃料
ガスを排出する。反応部152も一方の端部側から原燃
料ガスおよび空気の供給を受け、他方の端部において燃
料ガスを排出するが、それぞれの位置は反応部151と
は逆である。したがって、反応部151と反応部152
では、内部のガスの流れの方向が逆向きになる。ここ
で、それぞれの反応部151および反応部152は、表
面にCu−Zn触媒を担持するハニカムによって構成し
てもよいし、Cu−Zn触媒からなるペレットを充填し
て形成してもよい。
Next, as an eighth embodiment, a plurality of reactors are provided in the reformer, and a part of these reactors is adjacent to the other reactors by reversing the gas flow. 1 shows a configuration in which heat is exchanged between an upstream side where raw fuel gas and air are supplied and a downstream side where fuel gas is discharged between the reaction sections. FIG. 25 shows a reformer 150 according to the eighth embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of FIG. The reformer 150 is provided in a fuel cell device similar to the fuel cell device 20 in FIG. The reformer 150 is formed in a substantially columnar shape, has a reaction portion 152 in an annular shape along the inner wall thereof, has a reaction portion 151 inside the reaction portion 152, and has a double tubular structure. doing. The reaction section 151 receives the supply of the raw fuel gas and the air from one end thereof (the left side in FIG. 25), and discharges the fuel gas at the other end thereof (the right side in FIG. 25). The reaction section 152 also receives the supply of the raw fuel gas and the air from one end and discharges the fuel gas at the other end, but the respective positions are opposite to those of the reaction section 151. Therefore, the reaction unit 151 and the reaction unit 152
Then, the direction of the gas flow inside is reversed. Here, each of the reaction sections 151 and 152 may be formed of a honeycomb supporting a Cu-Zn catalyst on the surface, or may be formed by filling pellets made of a Cu-Zn catalyst.

【0163】以上のように構成された第8実施例の改質
器150によれば、内側に設けた反応部151の上流側
と外側に設けた反応部152の下流側、および、反応部
151の下流側と反応部152の上流側とが隣接した状
態となるため、それぞれ、上流側と下流側との間で熱交
換を行なうことが可能となる。したがって、一方の反応
部の上流側において酸化反応のために生じた熱は、隣接
する他方の反応部の下流側に伝えられ(図25中の点線
矢印参照)、原燃料ガスと共に空気を供給される上流側
で温度が上昇しすぎてしまうことがない。
According to the reformer 150 of the eighth embodiment configured as described above, the upstream side of the reaction section 151 provided inside and the downstream side of the reaction section 152 provided outside, and the reaction section 151 And the upstream side of the reaction section 152 are adjacent to each other, so that heat exchange can be performed between the upstream side and the downstream side, respectively. Therefore, the heat generated due to the oxidation reaction on the upstream side of one of the reaction sections is transmitted to the downstream side of the other adjacent reaction section (see the dotted arrow in FIG. 25), and the air is supplied together with the raw fuel gas. The temperature does not rise too high on the upstream side.

【0164】また、改質器150を構成する各反応部の
下流側では、上述したように、隣接する反応部の上流側
から熱が供給されるため、従来の改質器のように下流側
で温度が低下しすぎることがない。したがって、改質器
150では、各反応部全体において水蒸気改質反応の活
性が高い状態に保たれ、水蒸気改質反応の速度を向上さ
せることができる。
Further, as described above, since heat is supplied from the upstream side of the adjacent reaction section to the downstream side of each reaction section constituting the reformer 150, the downstream side is provided as in the conventional reformer. Temperature does not drop too much. Therefore, in the reformer 150, the activity of the steam reforming reaction is kept high in the entire reaction section, and the speed of the steam reforming reaction can be improved.

【0165】図26は、改質器が備える反応部において
内部のガスの流れの方向が一定である従来知られる改質
器と、上述した改質器150とについて、一端側から他
端側への内部の温度分布状態を、各反応部ごとに表わし
た説明図である。改質器150は、従来の改質器とは異
なり、特定の上流側において酸化反応で生じた熱によっ
て昇温しすぎることがなく、また、特定の下流側におい
て内部の温度が低下しすぎることがないため、改質器の
内部温度を250〜300℃の温度範囲で均一化するこ
とができる。以上説明したように、本実施例の改質器1
50は、その入り口部付近で温度が急激に上昇してしま
うことがないため、温度上昇に起因する既述した触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合を防止することがで
きる。したがって、既述した実施例と同様に、改質器の
耐久性を大きく向上させることが可能となる。
FIG. 26 shows, from one end side to the other end side, of a conventionally known reformer in which the direction of the gas flow in the reaction section provided in the reformer is constant and the above-described reformer 150. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a temperature distribution state inside each of the reaction sections. Unlike the conventional reformer, the reformer 150 does not excessively raise the temperature due to the heat generated by the oxidation reaction on the specific upstream side, and the internal temperature decreases on the specific downstream side too much. Therefore, the internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. As described above, the reformer 1 of the present embodiment
Since the temperature does not rise sharply near the entrance of the 50, it is possible to prevent inconveniences such as the above-described catalyst deterioration and the generation of by-products due to the temperature rise. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0166】以上説明した第8実施例の改質器150
は、内側に形成された反応部151と外側に形成された
反応部152とを備える2重管タイプとし、それぞれの
反応部においてガスの流れの方向が逆になる構成とした
が、改質器を複数の反応部によって構成し、それらのう
ち、一部の反応部において、残りの反応部とはガスの流
れの方向が逆になる構成とすれば、発熱量が多い上流側
と熱の消費量が多い下流側との間で熱交換を行なうこと
ができ、上記第8実施例と同様の所定の効果を得ること
ができる。例えば、改質器を2重管タイプとする代わり
に、複数個の薄型の反応部を積層した積層タイプとし、
これら積層した各反応部について交互にガスの流れの方
向が逆向きになる構成としてもよい。このような場合に
も、隣接する反応部間において、上流側と下流側とで熱
交換を行ない、内部温度を均熱化することができる。
The reformer 150 of the eighth embodiment described above.
Is a double-pipe type having a reaction section 151 formed inside and a reaction section 152 formed outside, and the gas flow direction is reversed in each reaction section. Is constituted by a plurality of reaction sections, and the flow direction of the gas in some of the reaction sections is opposite to that in the other reaction sections. Heat can be exchanged with the downstream side having a large amount, and the same effect as that of the eighth embodiment can be obtained. For example, instead of using a double-tube type reformer, a stacked type in which a plurality of thin reaction sections are stacked,
The gas flow direction may be alternately reversed in each of the stacked reaction sections. In such a case as well, heat exchange is performed between the upstream side and the downstream side between the adjacent reaction sections, so that the internal temperature can be equalized.

【0167】次に、第9実施例として、所定の反応部が
形成する流路において途中で折り返し部を形成し、この
所定の反応部において上流側と下流側とを隣接させて熱
交換を行なわせる構成を示す。図27は、第9実施例の
改質器160の構成を表わす断面模式図である。改質器
160は、図1の燃料電池装置20と同様の燃料電池装
置に備えられている。この改質器160は、第8実施例
の改質器150と同様に略円柱状に形成されており、そ
の内部は内側部161と外側部162とに分かれた2重
管構造となっている、これら内側部161および外側部
162は連続した構造として形成されており、両者は単
一の反応部163を構成している。
Next, as a ninth embodiment, a folded portion is formed in the middle of the flow path formed by the predetermined reaction portion, and heat exchange is performed by adjoining the upstream side and the downstream side in the predetermined reaction portion. The following shows the configuration to be performed. FIG. 27 is a schematic sectional view showing the configuration of the reformer 160 according to the ninth embodiment. The reformer 160 is provided in a fuel cell device similar to the fuel cell device 20 in FIG. This reformer 160 is formed in a substantially columnar shape similarly to the reformer 150 of the eighth embodiment, and the inside thereof has a double pipe structure divided into an inner portion 161 and an outer portion 162. The inner part 161 and the outer part 162 are formed as a continuous structure, and both constitute a single reaction part 163.

【0168】第2燃料供給路64は内側部161の一端
に接続されており、第2燃料供給路64から供給される
原燃料ガスおよび空気は、内側部161において一端側
から他端側に向かって移動する。内側部161の他端で
は、内側部161は外側部162と接続しており、内側
部161内を通過するガスは、上記他端において外側部
162に導入される(図27中の実線矢印参照)。外側
部162内に導入されたガスは、そのまま外側部162
内を通過して、内側部161における上記一端側に対応
する端部において第3燃料供給路65に接続し、反応部
163内をガスが通過する際に生成した燃料ガスを、こ
の第3燃料供給路65に排出する。なお、反応部163
を構成する内側部161および外側部162は、Cu−
Zn触媒を担持するハニカムによって構成してもよい
し、Cu−Zn触媒からなるペレットを充填して形成し
てもよい。
The second fuel supply path 64 is connected to one end of the inner part 161, and the raw fuel gas and air supplied from the second fuel supply path 64 flow from one end to the other end in the inner part 161. Move. At the other end of the inner portion 161, the inner portion 161 is connected to the outer portion 162, and the gas passing through the inner portion 161 is introduced into the outer portion 162 at the other end (see a solid arrow in FIG. 27). ). The gas introduced into the outer portion 162 is directly
At the end corresponding to the one end on the inner side 161, and connected to the third fuel supply passage 65, and the fuel gas generated when the gas passes through the reaction section 163 is supplied to the third fuel supply passage 65. It is discharged to the supply path 65. The reaction unit 163
The inner part 161 and the outer part 162 constituting
It may be constituted by a honeycomb supporting a Zn catalyst, or may be formed by filling pellets made of a Cu-Zn catalyst.

【0169】以上のように構成された第9実施例の改質
器160によれば、内側に設けた内側部161と外側に
設けた外側部162とが隣接した状態となるため、これ
ら内側部161と外側部162との間で熱交換を行なう
ことが可能となる。内側部161は、反応部163では
上流側に相当し、酸化反応が活発に行なわれて多くの熱
が生じる。また、外側部162は、反応部163では下
流側に相当し、主として水蒸気改質反応だけが行なわれ
て熱を要する。改質器160では、多くの熱を生じる内
側部161から、熱を要する外側部162に対して熱が
伝えられるため、(図27中の点線矢印参照)上流側に
相当する内側部161において温度が上昇しすぎてしま
うことがない。
According to the reformer 160 of the ninth embodiment configured as described above, the inner portion 161 provided on the inner side and the outer portion 162 provided on the outer side are adjacent to each other. Heat can be exchanged between the outer portion 161 and the outer portion 162. The inner portion 161 corresponds to the upstream side in the reaction portion 163, and the oxidation reaction is actively performed to generate much heat. Further, the outer portion 162 corresponds to the downstream side in the reaction portion 163, and only the steam reforming reaction is mainly performed and heat is required. In the reformer 160, heat is transmitted from the inner portion 161 that generates a large amount of heat to the outer portion 162 that requires heat (see the dotted arrow in FIG. 27). Does not rise too much.

【0170】また、改質器160において、下流側に相
当する外側部162では、上述したように、隣接する内
側部161から熱が供給されるため、従来の改質器のよ
うに下流側で温度が低下しすぎることがない。したがっ
て、改質器160では、各反応部全体において水蒸気改
質反応の活性が高い状態に保たれ、水蒸気改質反応の速
度を向上させることができる。
In the reformer 160, heat is supplied from the adjacent inner portion 161 to the outer portion 162 corresponding to the downstream side, as described above. The temperature does not drop too much. Therefore, in the reformer 160, the activity of the steam reforming reaction is kept high in the entire reaction section, and the speed of the steam reforming reaction can be improved.

【0171】図28は、改質器が備える反応部において
内部のガスの流れの方向が一定である従来知られる改質
器と、上述した改質器160とについて、第2燃料供給
路64との接続側から他端側への内部の温度分布状態を
表わした説明図である。改質器160は、従来の改質器
とは異なり、上流側において酸化反応で生じた熱によっ
て昇温しすぎることがなく、また、下流側において内部
の温度が低下しすぎることがないため、改質器の内部温
度を250〜300℃の温度範囲で均一化することがで
きる。以上説明したように、本実施例の改質器160
は、その入り口部付近で温度が急激に上昇してしまうこ
とがないため、温度上昇に起因する既述した触媒劣化や
副生成物の発生といった不都合を防止することができ
る。したがって、既述した実施例と同様に、改質器の耐
久性を大きく向上させることが可能となる。
FIG. 28 shows a conventional fuel reformer in which the direction of the gas flow in the reaction section provided in the reformer is constant and the above-described reformer 160, the second fuel supply passage 64 FIG. 4 is an explanatory diagram showing an internal temperature distribution state from the connection side to the other end side. Unlike the conventional reformer, the reformer 160 does not excessively raise the temperature due to the heat generated by the oxidation reaction on the upstream side, and the internal temperature does not excessively decrease on the downstream side. The internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. As described above, the reformer 160 of the present embodiment
Since the temperature does not rise sharply near the entrance, it is possible to prevent the above-mentioned inconveniences such as catalyst deterioration and generation of by-products due to the temperature rise. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0172】以上説明した第9実施例の改質器160
は、内側に形成された内側部161と外側に形成された
外側部162とを備える2重管タイプとし、内側部16
1と外側部162とでガスの流れの方向が逆になる構成
としたが、改質器を上記2重管以外の構成としてもよ
い。原燃料ガスおよび空気が通過する流路において途中
で折り返し部を設け、上流側と下流側とを隣接させて両
者の間で熱交換が可能な構成とすれば、上記第9実施例
と同様の所定の効果を得ることができる。例えば、改質
器を2重管タイプとする代わりに、所定の流路を2つに
折り畳んだ形状とし、上流側と下流側とでガスの流れの
方向が逆向きになる構成としてもよい。このような構成
の改質器160Aを図29に示す。このような場合に
も、隣接する上流側から下流側へ熱が伝えられ(図29
中の矢印参照)、内部温度を均熱化することができる。
The reformer 160 according to the ninth embodiment described above.
Is a double pipe type having an inner portion 161 formed on the inside and an outer portion 162 formed on the outside.
Although the gas flow direction is reversed between 1 and the outer portion 162, the reformer may be configured other than the double pipe. If a folded portion is provided in the flow path through which the raw fuel gas and the air pass, and the upstream side and the downstream side are adjacent to each other so that heat can be exchanged therebetween, the same as in the ninth embodiment described above. A predetermined effect can be obtained. For example, instead of using a double pipe type reformer, a configuration may be adopted in which a predetermined flow path is folded into two, and the direction of gas flow is opposite between the upstream side and the downstream side. FIG. 29 shows a reformer 160A having such a configuration. Even in such a case, heat is transferred from the adjacent upstream side to the downstream side (see FIG. 29).
The inner temperature can be soaked.

【0173】次に、第10実施例として、蒸発器32か
ら排出される高温の燃焼排ガスを用いて、改質器の下流
側を加熱する構成を示す。図30は、第10実施例の改
質器170の構成を表わす断面模式図である。改質器1
70は、図1の燃料電池装置20と同様の燃料電池装置
に備えられている。この改質器170は、表面にCu−
Zn触媒を担持するハニカムによって構成された2つの
反応部171,172を備えている。このように改質器
170内部を2つの反応部に分割することによって、上
流側の反応部171においてハニカムの各セルによって
分離されたガスを、途中で混合し直すことができ、反応
部170内を通過するガスの状態をより均一にすること
ができる。改質器170は、空気供給路39から空気を
供給される第2燃料供給路64と接続し、空気を含有す
る原燃料ガスの供給を受ける。空気を含有し第2燃料供
給路64から供給された原燃料ガスは、反応部171,
172の順で通過し、水素リッチな燃料ガスとなって第
3燃料供給路65に排出される。
Next, as a tenth embodiment, a configuration in which the downstream side of the reformer is heated by using high-temperature combustion exhaust gas discharged from the evaporator 32 will be described. FIG. 30 is a schematic sectional view showing the configuration of the reformer 170 of the tenth embodiment. Reformer 1
70 is provided in a fuel cell device similar to the fuel cell device 20 of FIG. This reformer 170 has Cu-
It has two reaction units 171 and 172 constituted by honeycombs carrying a Zn catalyst. By dividing the inside of the reformer 170 into two reaction sections in this way, the gas separated by each cell of the honeycomb in the upstream reaction section 171 can be remixed on the way, and The state of the gas passing through can be made more uniform. The reformer 170 is connected to the second fuel supply path 64 to which air is supplied from the air supply path 39, and receives supply of raw fuel gas containing air. The raw fuel gas containing air and supplied from the second fuel supply passage 64 is supplied to the reaction unit 171,
The fuel gas passes in the order of 172 and becomes a hydrogen-rich fuel gas and is discharged to the third fuel supply path 65.

【0174】また、反応部171,172には、温度セ
ンサ173,174がそれぞれ設けられている。これら
温度センサ173,174は制御部50に接続されてお
り、反応部171,172の内部温度に関する情報は、
制御部50に伝えられる。後述するように、温度センサ
173の検出結果は、反応部171の内部温度が上昇し
すぎるのを防ぐために用いられ、温度センサ174の検
出結果は、反応部172の内部温度が低下しすぎるのを
防ぐために用いられる。したがって、温度センサ173
は、反応部171のより上流側に、温度センサ174
は、反応部172のより下流側に設けることが望まし
い。
The reaction units 171 and 172 are provided with temperature sensors 173 and 174, respectively. These temperature sensors 173 and 174 are connected to the control unit 50, and information on the internal temperature of the reaction units 171 and 172 is
The information is transmitted to the control unit 50. As will be described later, the detection result of the temperature sensor 173 is used to prevent the internal temperature of the reaction unit 171 from excessively increasing, and the detection result of the temperature sensor 174 determines that the internal temperature of the reaction unit 172 excessively decreases. Used to prevent. Therefore, the temperature sensor 173
The temperature sensor 174 is located upstream of the reaction section 171.
Is desirably provided downstream of the reaction section 172.

【0175】また、改質器170において、反応部17
2が設けられている位置に対応する外周部には、既述し
た蒸発器32から排出される燃焼排ガスが導入される排
ガス導入部175が設けられている。蒸発器32では、
既述したように、圧縮機28を経由して、燃焼排ガスが
バーナ26から供給され、この燃焼排ガスの有する熱量
を利用してメタノールおよび水を昇温・気化させる。こ
のようにメタノールおよび水を昇温・気化させた後に圧
縮機28から排出される燃焼排ガスは、蒸発器32で熱
量を消費した後であっても所定の熱量を有しており、本
実施例の改質器170では、この燃焼排ガスを上記排ガ
ス導入部175に導入することによって、下流側に設け
た反応部172を加熱している。
In the reformer 170, the reaction section 17
An exhaust gas introduction portion 175 into which the combustion exhaust gas discharged from the evaporator 32 described above is introduced is provided at an outer peripheral portion corresponding to the position where 2 is provided. In the evaporator 32,
As described above, the combustion exhaust gas is supplied from the burner 26 via the compressor 28, and methanol and water are heated and vaporized using the calorie of the combustion exhaust gas. As described above, the combustion exhaust gas discharged from the compressor 28 after the temperature and vaporization of methanol and water has a predetermined calorific value even after the calorific value is consumed by the evaporator 32. In the reformer 170, the combustion exhaust gas is introduced into the exhaust gas introduction section 175 to heat the reaction section 172 provided on the downstream side.

【0176】本実施例の改質器170を備える燃料電池
装置には、蒸発器32から排出される燃焼排ガスを排ガ
ス導入部175に供給する燃焼排ガス路176が設けら
れており、この燃焼排ガス路176には、排ガス導入部
175に供給する燃焼排ガスの量を調節するマスフロコ
ントローラ177が設けられている。マスフロコントロ
ーラ177は、制御部50に接続されており、制御部5
0によって、排ガス導入部175に供給される燃焼排ガ
ス量が制御可能となっている。ここで、蒸発器32から
排ガス導入部175に供給される燃焼排ガスの温度は、
約300℃程度であり、マスフロコントローラ177の
駆動状態を制御して、排ガス導入部175に供給する燃
焼排ガス量を調節することによって、反応部172の内
部温度を制御することができる。上記したように排ガス
導入部175に導入された燃焼排ガスは、反応部172
を加熱した後、燃料電池装置の外部に排出される。
The fuel cell device including the reformer 170 of this embodiment is provided with a flue gas passage 176 for supplying the flue gas discharged from the evaporator 32 to the flue gas introduction section 175. The 176 is provided with a mass flow controller 177 for adjusting the amount of the combustion exhaust gas supplied to the exhaust gas introduction unit 175. The mass flow controller 177 is connected to the control unit 50,
With 0, the amount of combustion exhaust gas supplied to the exhaust gas introduction unit 175 can be controlled. Here, the temperature of the combustion exhaust gas supplied from the evaporator 32 to the exhaust gas introduction unit 175 is:
The temperature is about 300 ° C., and the internal temperature of the reaction section 172 can be controlled by controlling the driving state of the mass flow controller 177 and adjusting the amount of combustion exhaust gas supplied to the exhaust gas introduction section 175. The combustion exhaust gas introduced into the exhaust gas introduction section 175 as described above is supplied to the reaction section 172.
Is heated and then discharged outside the fuel cell device.

【0177】本実施例の改質器170における上流側の
反応部171では、この反応部171で進行する水蒸気
改質反応に要する熱量は、酸化反応で生じた熱量によっ
て賄っている。これに対し、下流側の反応部172で
は、この反応部172で進行する水蒸気改質反応に要す
る熱量としては、上流側で進行する酸化反応で生じた熱
量に加えて、排ガス導入部175に供給される上記燃焼
排ガスの有する熱が用いられる。ここで、本実施例の改
質器170を備える燃料電池装置において、制御部50
は、改質器170に供給する空気を取り込むブロワ38
の駆動量を、温度センサ173の検出結果に基づいて制
御しており、反応部171の内部温度が300℃を越え
ないように、改質器170に供給する空気量を調節して
いる。また、同じく本実施例の燃料電池装置において、
制御部50は、上記マスフロコントローラ177の駆動
量を、温度センサ174の検出結果に基づいて制御して
おり、反応部172の内部温度が250℃以上となるよ
うに、排ガス導入部175に供給する燃焼排ガス量を調
節している。
In the upstream reactor 171 of the reformer 170 of this embodiment, the amount of heat required for the steam reforming reaction proceeding in the reactor 171 is covered by the amount of heat generated by the oxidation reaction. On the other hand, in the downstream reaction section 172, the amount of heat required for the steam reforming reaction proceeding in the reaction section 172 is supplied to the exhaust gas introduction section 175 in addition to the amount of heat generated in the oxidation reaction proceeding upstream. The heat of the combustion exhaust gas is used. Here, in the fuel cell device including the reformer 170 of the present embodiment, the control unit 50
Is a blower 38 that takes in air supplied to the reformer 170.
Is controlled based on the detection result of the temperature sensor 173, and the amount of air supplied to the reformer 170 is adjusted so that the internal temperature of the reaction section 171 does not exceed 300 ° C. In the fuel cell device of the present embodiment,
The control unit 50 controls the driving amount of the mass flow controller 177 based on the detection result of the temperature sensor 174 and supplies the driving amount to the exhaust gas introduction unit 175 such that the internal temperature of the reaction unit 172 becomes 250 ° C. or higher. The amount of flue gas to be emitted is adjusted.

【0178】以上のように構成された第10実施例の改
質器170によれば、下流側の反応部172は、既述し
た燃焼排ガスによって加熱されるため、改質器170内
で進行する水蒸気改質反応で要する熱量のすべてを酸化
反応で生じる熱量によって賄う必要はなく、酸化反応に
供するために改質器170に供する空気の量を減らし、
上流側で進行する酸化反応の量を減らすことができる。
ここで、改質器170に供給する空気量は、反応部17
1の内部温度に基づいて調節されるため、酸化反応が活
発に行なわれる反応部171において温度が上昇しすぎ
てしまうことがない。
According to the reformer 170 of the tenth embodiment configured as described above, the downstream reaction section 172 is heated by the above-mentioned combustion exhaust gas, and thus proceeds in the reformer 170. It is not necessary to cover all of the heat required in the steam reforming reaction with the heat generated in the oxidation reaction, and reduce the amount of air supplied to the reformer 170 in order to provide the oxidation reaction.
The amount of oxidation reaction that proceeds on the upstream side can be reduced.
Here, the amount of air supplied to the reformer 170 depends on the reaction unit 17.
Since the temperature is adjusted based on the internal temperature of the reaction unit 1, the temperature does not excessively increase in the reaction unit 171 where the oxidation reaction is actively performed.

【0179】また、改質器170において、下流側の反
応部172では、上述したように、排ガス導入部175
に導入される燃焼排ガスから熱が供給されるため、従来
の改質器のように下流側で温度が低下しすぎることがな
い。したがって、改質器170では、各反応部全体にお
いて水蒸気改質反応の活性が高い状態に保たれ、水蒸気
改質反応の速度を向上させることができる。さらに、反
応部172を加熱するために、従来廃棄されていた燃料
排ガスの熱を利用しているため、反応部172を加熱す
ることによってエネルギ効率が低下してしまうことがな
い。
In the reformer 170, the downstream reaction section 172 has the exhaust gas introduction section 175 as described above.
Since the heat is supplied from the combustion exhaust gas introduced into the reactor, the temperature does not excessively decrease on the downstream side unlike the conventional reformer. Therefore, in the reformer 170, the activity of the steam reforming reaction is kept high in the entire reaction section, and the speed of the steam reforming reaction can be improved. Further, since the heat of the fuel exhaust gas which has been conventionally discarded is used to heat the reaction section 172, the energy efficiency does not decrease by heating the reaction section 172.

【0180】図31は、水蒸気改質反応で要する熱量の
略全体を、酸化反応で生じる熱によって賄う従来知られ
る改質器と、上述した改質器170とについて、空気を
含む原燃料ガスが供給される上流側から下流側への内部
の温度分布状態を表わした説明図である。改質器170
は、従来の改質器とは異なり、上流側において酸化反応
で生じた熱によって昇温しすぎることがなく、また、下
流側において内部の温度が低下しすぎることがないた
め、改質器の内部温度を250〜300℃の温度範囲で
均一化することができる。以上説明したように、本実施
例の改質器170は、その入り口部付近で温度が急激に
上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因する既
述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止
することができる。したがって、既述した実施例と同様
に、改質器の耐久性を大きく向上させることが可能とな
る。
FIG. 31 shows that the conventional fuel reformer, in which substantially all of the heat required in the steam reforming reaction is covered by the heat generated in the oxidation reaction, and the reformer 170 described above, the raw fuel gas containing air is It is explanatory drawing showing the internal temperature distribution state from the upstream to the downstream supplied. Reformer 170
Unlike the conventional reformer, the temperature of the reformer is not excessively increased by the heat generated by the oxidation reaction on the upstream side, and the internal temperature is not excessively decreased on the downstream side. The internal temperature can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. As described above, since the temperature of the reformer 170 of this embodiment does not rise sharply near the entrance, the above-described catalyst deterioration and the generation of by-products due to the temperature rise Such inconveniences can be prevented. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0181】以上説明した第10実施例の改質器170
は、ハニカムによって構成された2つの反応部171,
172を備えることとしたが、ハニカムを用いる代わり
に、触媒を担持したペレットを内部に充填する構成とし
てもよい。この場合には、改質器内部を2つに分けるこ
となく、改質器内部に均一にペレットを充填することと
しても差し支えない。
The reformer 170 of the tenth embodiment described above.
Are two reaction units 171 and 171 constituted by honeycombs.
172 is provided, but instead of using a honeycomb, a configuration in which pellets supporting a catalyst are filled inside may be used. In this case, the inside of the reformer may be uniformly filled with the pellets without dividing the inside of the reformer into two parts.

【0182】また、下流側を加熱するために、蒸発器3
2から排出される燃焼排ガス以外の高温ガスを用いるこ
ととしてもよい。例えば、本実施例の改質器170を備
える燃料電池装置において、蒸発器32で要する熱を供
給する熱源と、燃料電池40の陰極側に圧縮空気を供給
するための圧縮機28の駆動源が異なる場合には、上記
熱源と上記駆動源のうち、いずれから排出される排ガス
を用いることとしてもよい。また、燃料電池装置を構成
する他の高温部から排出されるガスを用いることとして
もよく、改質器の内部温度を250〜300℃の温度範
囲に保つために使用可能なエネルギを有していればよ
い。あるいは、高温の部材から排出される高温の排ガス
を用いる代わりに、高温の部材と改質器との間に所定の
流体を循環させ、この流体によって高温の部材の熱エネ
ルギを改質器に供給することとしてもよい。
In order to heat the downstream side, the evaporator 3
High-temperature gas other than the combustion exhaust gas discharged from 2 may be used. For example, in the fuel cell device including the reformer 170 of the present embodiment, a heat source for supplying heat required by the evaporator 32 and a driving source for the compressor 28 for supplying compressed air to the cathode side of the fuel cell 40 are used. If different, exhaust gas discharged from any of the heat source and the driving source may be used. Further, a gas discharged from another high-temperature portion constituting the fuel cell device may be used, and has energy usable to maintain the internal temperature of the reformer in a temperature range of 250 to 300 ° C. Just do it. Alternatively, instead of using the high-temperature exhaust gas discharged from the high-temperature member, a predetermined fluid is circulated between the high-temperature member and the reformer, and the fluid supplies the thermal energy of the high-temperature member to the reformer. You may do it.

【0183】次に、第11実施例として、改質器の上流
側において原燃料の一部を液体の状態で供給する構成を
示す。図32は、第11実施例の改質器180の構成の
概要を表わす説明図である。改質器180は、図1の燃
料電池装置20と同様の燃料電池装置に備えられてい
る。この改質器180は、表面にCu−Zn触媒を担持
するハニカムによって構成された単一の反応部181を
備えている。ここで、改質器180は、第2燃料供給路
64と接続して原燃料ガスの供給を受けるが、その他
に、メタノールと水との混合液(以下、液体原燃料と呼
ぶ)の供給を受ける。液体原燃料は、既述したように、
第1燃料供給路63を介して蒸発器32に供給される
が、この第1燃料供給路63は途中で分岐して原燃料分
岐路182となり、改質器180に対しても液体原燃料
が供給可能となっている。さらに、本実施例では、空気
供給路39は、第2燃料供給路64とは合流せずに、上
記原燃料分岐路182と合流して原燃料路183とな
る。この原燃料路183は、改質器180の上流側端部
に接続しており、空気を混合された液体原燃料が改質器
180に供給可能となっている。
Next, as the eleventh embodiment, there will be described a configuration in which a part of the raw fuel is supplied in a liquid state upstream of the reformer. FIG. 32 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of the reformer 180 of the eleventh embodiment. The reformer 180 is provided in a fuel cell device similar to the fuel cell device 20 in FIG. The reformer 180 includes a single reaction section 181 formed of a honeycomb supporting a Cu—Zn catalyst on the surface. Here, the reformer 180 is connected to the second fuel supply path 64 to receive the supply of the raw fuel gas, and also supplies a mixed liquid of methanol and water (hereinafter, referred to as a liquid raw fuel). receive. Liquid raw fuel, as described above,
The fuel is supplied to the evaporator 32 through the first fuel supply passage 63, and the first fuel supply passage 63 branches on the way to become a raw fuel branch passage 182, and the liquid raw fuel is also supplied to the reformer 180. It can be supplied. Further, in this embodiment, the air supply path 39 does not merge with the second fuel supply path 64, but merges with the raw fuel branch path 182 to become the raw fuel path 183. The raw fuel passage 183 is connected to the upstream end of the reformer 180, so that liquid raw fuel mixed with air can be supplied to the reformer 180.

【0184】なお、空気供給路39にはマスフロコント
ローラ184が、原燃料分岐路182にはマスフロコン
トローラ185が設けられており、改質器180に供給
する空気量および液体原燃料の量を制御可能となってい
る。これらのマスフロコントローラ184,185は制
御部50に接続されており、制御部50によってその駆
動量が制御される。また、改質器180内部において、
反応部181の上流側端部の近傍には、原燃料路183
の端部構造として噴射ノズル187が設けられている。
上記したように空気を混合された液体原燃料は、この噴
射ノズル187から、空気の圧力を利用して反応部18
1の端部に向かって噴射され、反応部181の端部断面
に対して広い範囲で供給される。なお、噴射ノズル18
7は、液体を広い範囲に噴射可能な形状であればよく、
ノズル状以外の形状としても構わない。さらに、改質器
180において、反応部181の上流側端部付近には、
温度センサ186が設けられている。この温度センサ1
86は、制御部50に接続されており、反応部181の
上流側の温度に関する情報が制御部50に入力される。
A mass flow controller 184 is provided in the air supply path 39, and a mass flow controller 185 is provided in the raw fuel branch path 182. The mass flow controller 184 controls the amount of air supplied to the reformer 180 and the amount of liquid raw fuel. It can be controlled. These mass flow controllers 184 and 185 are connected to the control unit 50, and the control unit 50 controls the driving amount. Further, inside the reformer 180,
Near the upstream end of the reaction section 181, a raw fuel passage 183 is provided.
The injection nozzle 187 is provided as an end structure of the nozzle.
The liquid fuel mixed with air as described above is supplied from the injection nozzle 187 to the reaction unit 18 by utilizing the pressure of air.
1 and is supplied in a wide range with respect to the cross section of the end of the reaction section 181. The injection nozzle 18
7 only needs to be a shape capable of ejecting a liquid over a wide range,
A shape other than the nozzle shape may be used. Further, in the reformer 180, near the upstream end of the reaction section 181,
A temperature sensor 186 is provided. This temperature sensor 1
86 is connected to the control unit 50, and information on the temperature on the upstream side of the reaction unit 181 is input to the control unit 50.

【0185】既述したように、改質器に対して原燃料ガ
スと共に空気を供給すると、酸素の濃度が高い上流側で
は、酸化反応が活発に進行して温度が上昇するが、本実
施例では、反応部181の上流側に対して液体原燃料を
噴射することによって、この上流側の温度を制御してい
る。すなわち、所定の高温となっている反応部181に
対して液体原燃料を噴射すると、液体原燃料は、噴射さ
れた反応部181から熱を奪って気化・昇温する。した
がって、この液体原燃料の供給量を調節することによっ
て、反応部181の上流側の温度を所定の温度以下に制
御することができる。
As described above, when air is supplied to the reformer together with the raw fuel gas, the oxidation reaction actively proceeds on the upstream side where the oxygen concentration is high, and the temperature rises. In this example, the temperature of the upstream side is controlled by injecting the liquid raw fuel upstream of the reaction section 181. That is, when the liquid raw fuel is injected into the reaction section 181 having a predetermined high temperature, the liquid raw fuel vaporizes and raises the temperature by removing heat from the injected reaction section 181. Therefore, by adjusting the supply amount of the liquid raw fuel, the temperature on the upstream side of the reaction section 181 can be controlled to a predetermined temperature or lower.

【0186】このような構成の改質器180を用いて水
素リッチな燃料ガスの生成を行なう際には、温度センサ
186が検出した反応部181内の温度に基づいて、改
質器180に対して液体原燃料量を供給するかどうか、
あるいはその供給量が制御される。改質器180に供給
されるメタノールの総量は、燃料電池40に接続される
負荷の大きさ、すなわち、燃料電池40に供給すべき燃
料ガス量に基づいて決定されるが、温度センサ186の
検出結果に基づいて、第1燃料供給路63から液体のま
ま改質器180に供給されるメタノール量が調節され
る。具体的には、反応部181の温度が所定の温度(本
実施例では300℃)を越えると、噴射ノズル187か
ら液体原燃料の噴射を行なうようになり、反応部181
の温度が上記所定の温度以下となるように、噴射ノズル
187から供給する液体原燃料の量を調節する。なお、
反応部181の温度が上記所定の温度以下の場合には、
噴射ノズル187からは、空気だけが噴射される。
When hydrogen-rich fuel gas is generated using the reformer 180 having such a configuration, the reformer 180 is controlled based on the temperature inside the reaction section 181 detected by the temperature sensor 186. Whether to supply liquid raw fuel
Alternatively, the supply amount is controlled. The total amount of methanol supplied to the reformer 180 is determined based on the magnitude of the load connected to the fuel cell 40, that is, the amount of fuel gas to be supplied to the fuel cell 40. Based on the result, the amount of methanol supplied to the reformer 180 as liquid from the first fuel supply channel 63 is adjusted. More specifically, when the temperature of the reaction unit 181 exceeds a predetermined temperature (300 ° C. in the present embodiment), the injection of the raw fuel liquid from the injection nozzle 187 is performed.
The amount of the raw liquid fuel supplied from the injection nozzle 187 is adjusted so that the temperature of the liquid fuel becomes equal to or lower than the predetermined temperature. In addition,
When the temperature of the reaction unit 181 is equal to or lower than the predetermined temperature,
From the injection nozzle 187, only air is injected.

【0187】以上のように構成された第11実施例の改
質器180によれば、改質器180内で液体を噴射して
気化させることによって、反応部181の上流部を冷却
することができるため、酸化反応で生じる熱のために反
応部181の上流部の温度が上昇しすぎてしまうのを防
ぐことができる。ここで、反応部181の上流部を冷却
するために改質器180中で噴射する液体は、改質器1
80内で進行する水蒸気改質反応および酸化反応で利用
される原燃料からなるため、このような液体噴射の操作
を行なうことによって、改質器180内で進行する反応
が影響を受けることがない。
According to the reformer 180 of the eleventh embodiment configured as described above, the upstream portion of the reaction section 181 can be cooled by injecting and vaporizing the liquid in the reformer 180. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the upstream part of the reaction part 181 from excessively rising due to heat generated by the oxidation reaction. Here, the liquid injected in the reformer 180 to cool the upstream portion of the reaction section 181 is supplied to the reformer 1
Since it is composed of the raw fuel used in the steam reforming reaction and the oxidation reaction that proceed in 80, the reaction that proceeds in the reformer 180 is not affected by performing such a liquid injection operation. .

【0188】図33は、所望の量の燃料ガスを生成する
ために要するメタノールの全量を、蒸発器32を経由し
て供給される従来知られる改質器と、上述した改質器1
80とについて、空気を含む原燃料ガスが供給される上
流側から下流側への内部の温度分布状態を表わした説明
図である。改質器180は、従来の改質器とは異なり、
上流側において酸化反応で生じた熱によって昇温しすぎ
ることがないため、改質器の内部温度を250〜300
℃の温度範囲で均一化することができる。このように、
本実施例の改質器180は、その入り口部付近で温度が
急激に上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因
する既述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合
を防止することができる。したがって、既述した実施例
と同様に、改質器の耐久性を大きく向上させることが可
能となる。
FIG. 33 shows a conventional reformer supplied with an entire amount of methanol required to generate a desired amount of fuel gas via an evaporator 32 and the above-described reformer 1
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the internal temperature distribution state from 80 on the upstream side to the downstream side on which the raw fuel gas containing air is supplied. The reformer 180 is different from the conventional reformer,
Since the temperature is not excessively increased by the heat generated by the oxidation reaction on the upstream side, the internal temperature of the reformer is set to 250 to 300
It can be homogenized in a temperature range of ° C. in this way,
Since the temperature of the reformer 180 of the present embodiment does not rise sharply near the entrance, it is possible to prevent the above-described inconveniences such as catalyst deterioration and generation of by-products due to the temperature rise. Can be. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0189】なお、改質器180の上流側の温度が上昇
しすぎて噴射ノズル187から噴射する液体原燃料量を
増やした際に、燃料電池40に接続される負荷における
所要電力が減少すると、改質器180に供給するメタノ
ール量が過剰となって、必要量以上の燃料ガスが生成さ
れる場合がある。本実施例の改質器180を備える燃料
電池装置では、燃料電池40から排出される燃料排ガス
は、既述したようにバーナ26における燃焼のための燃
料として利用されるため、上記した場合であっても、シ
ステム全体のエネルギ効率が低下してしまうことがな
い。
When the temperature on the upstream side of the reformer 180 rises too much to increase the amount of liquid raw fuel injected from the injection nozzle 187, if the required power in the load connected to the fuel cell 40 decreases, In some cases, the amount of methanol supplied to the reformer 180 becomes excessive, and fuel gas exceeding the required amount is generated. In the fuel cell device including the reformer 180 according to the present embodiment, the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell 40 is used as fuel for combustion in the burner 26 as described above. However, the energy efficiency of the entire system does not decrease.

【0190】また、本実施例の改質器180では、反応
部181の上流部を冷却するために噴射ノズル187か
ら噴射するのは、メタノールと水との混合液としたが、
メタノールあるいは水だけを噴射する構成としてもよ
い。この場合には、第1燃料供給路63の代わりに、メ
タノール流路60あるいは水供給路62において分岐路
を設け、この分岐路によって、噴射ノズル187と同様
のノズルに対してメタノールあるいは水を供給すること
とすればよい。このような構成としても、反応部181
の上流部において、噴射された液体が気化する際に熱を
奪うため、上記第11実施例の改質器180と同様の効
果を得ることができる。
In the reformer 180 of this embodiment, the mixture injected from the injection nozzle 187 to cool the upstream portion of the reaction section 181 is a mixture of methanol and water.
A configuration in which only methanol or water is injected may be employed. In this case, a branch path is provided in the methanol flow path 60 or the water supply path 62 instead of the first fuel supply path 63, and methanol or water is supplied to the same nozzle as the injection nozzle 187 by this branch path. What should be done. Even with such a configuration, the reaction unit 181
In the upstream part, the heat is taken off when the injected liquid is vaporized, so that the same effect as the reformer 180 of the eleventh embodiment can be obtained.

【0191】次に、第12実施例として、水蒸気改質反
応と酸化反応との両方が進行する反応部と、水蒸気改質
反応だけが進行する反応部とを隣接して設け、両者の間
で熱交換を行なわせて、酸化反応で生じる熱によって過
度の温度上昇が引き起こされるのを防止する構成を示
す。図34は、第12実施例の改質器190の構成の概
要を表わす説明図である。改質器190は、図1の燃料
電池装置20と同様の燃料電池装置に備えられている。
この改質器190は、略円柱状に形成されており、ハニ
カムによって構成された3つの反応部191,192,
193を備えている。改質器190の内壁に沿って、環
状に反応部193が形成されており、この反応部193
の内側に、反応部191,192が形成されている。こ
こで、反応部191は上流側、反応部192は下流側に
設けられており、両者の間には所定の空間200が形成
されている。
Next, as a twelfth embodiment, a reaction section in which both the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceed and a reaction section in which only the steam reforming reaction proceeds are provided adjacent to each other. A configuration is shown in which heat exchange is performed to prevent an excessive rise in temperature due to heat generated by the oxidation reaction. FIG. 34 is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of the reformer 190 of the twelfth embodiment. The reformer 190 is provided in a fuel cell device similar to the fuel cell device 20 in FIG.
This reformer 190 is formed in a substantially columnar shape, and has three reaction units 191, 192, and
193. A reaction section 193 is formed annularly along the inner wall of the reformer 190.
The reaction parts 191 and 192 are formed inside. Here, the reaction section 191 is provided on the upstream side and the reaction section 192 is provided on the downstream side, and a predetermined space 200 is formed between the two.

【0192】この改質器190において、反応部19
1,192,193は、いずれも、既述したCu−Zn
触媒を表面に担持している。ここで、反応部193は、
第2燃料供給路64と接続しており、原燃料ガスを供給
されるが、空気の供給は受けないため、反応部193に
おいては水蒸気改質反応は行なわれる、酸化反応は行な
われない。第2燃料供給路64は、上記反応部193の
他に反応部191にも接続しており、反応部191に供
給された原燃料ガスは、反応部191、反応部192の
順で内部を通過する。また、空気供給路39は、途中で
空気分岐路194,195に分岐し、これらの空気分岐
路は、それぞれ反応部191および反応部192の上流
側に接続する。これらの空気分岐路194,195は、
それぞれの反応部に対して空気を供給する。したがっ
て、反応部191および反応部192では、水蒸気改質
反応と共に酸化反応が進行する。反応部191,192
における水蒸気改質反応および酸化反応によって生じた
水素リッチガスと、反応部193における水蒸気改質反
応によって生じた水素リッチガスとは、第3燃料供給路
65へ排出されてCO低減部36に供給される。
In the reformer 190, the reaction section 19
1, 192 and 193 are all Cu-Zn as described above.
The catalyst is supported on the surface. Here, the reaction unit 193
Although connected to the second fuel supply path 64 and supplied with the raw fuel gas but not supplied with air, the reaction section 193 performs a steam reforming reaction and does not perform an oxidation reaction. The second fuel supply path 64 is connected to the reaction section 191 in addition to the reaction section 193, and the raw fuel gas supplied to the reaction section 191 passes through the inside of the reaction section 191 and the reaction section 192 in this order. I do. Further, the air supply path 39 branches into air branch paths 194 and 195 on the way, and these air branch paths are connected to the upstream of the reaction section 191 and the reaction section 192, respectively. These air branches 194, 195
Air is supplied to each reaction section. Therefore, in the reaction section 191 and the reaction section 192, the oxidation reaction proceeds together with the steam reforming reaction. Reaction units 191, 192
The hydrogen-rich gas generated by the steam reforming reaction and the oxidation reaction in, and the hydrogen-rich gas generated by the steam reforming reaction in the reaction section 193 are discharged to the third fuel supply path 65 and supplied to the CO reduction section 36.

【0193】また、空気供給路39から分岐する空気分
岐路194,195には、それぞれマスフロコントロー
ラ196,197が設けられており、反応部191,1
92に供給する空気量を調節可能となっている。これら
マスフロコントローラ196,197は制御部50に接
続されており、制御部50によって、各反応部に供給さ
れれる空気量が制御される。また、反応部191,19
2それぞれの上流側には、各反応部の内部温度を検出す
る温度センサ198,199が設けられている。これら
の温度センサ198,199は制御部50に接続されて
おり、各反応部の内部温度を検出した結果は制御部50
に入力される。制御部50は、各温度センサから入力さ
れる上記検出結果に基づいて、各反応部に供給する空気
量を制御する。
Further, mass flow controllers 196 and 197 are provided in the air branch passages 194 and 195 branched from the air supply passage 39, respectively.
The amount of air supplied to 92 can be adjusted. These mass flow controllers 196 and 197 are connected to the control unit 50, and the control unit 50 controls the amount of air supplied to each reaction unit. Also, the reaction units 191, 19
Temperature sensors 198 and 199 for detecting the internal temperature of each reaction section are provided on the upstream side of each of the two. These temperature sensors 198 and 199 are connected to the control unit 50, and the result of detecting the internal temperature of each reaction unit is transmitted to the control unit 50.
Is input to The control unit 50 controls the amount of air supplied to each reaction unit based on the detection result input from each temperature sensor.

【0194】本実施例の改質器190における反応部1
91、192では、内部で進行する水蒸気改質反応に要
する熱量は、同じく内部で進行する酸化反応で生じた熱
量によって賄っている。これに対し、外周部に設けた反
応部193では、この反応部193で進行する水蒸気改
質反応に要する熱は、内側に隣接する反応部191,1
92における酸化反応で生じた熱を利用している(図3
4中の点線矢印参照)。ここで、本実施例の改質器19
0を備える燃料電池装置において、制御部50は、反応
部191,192に供給する空気量を調節するマスフロ
コントローラ196,197の駆動量を、温度センサ1
98,199の検出結果に基づいて制御しており、反応
部191,192の内部温度が300℃を越えないよう
に、供給する空気量を調節している。
The reaction section 1 in the reformer 190 of this embodiment
In 91 and 192, the amount of heat required for the steam reforming reaction that proceeds inside is covered by the amount of heat generated by the oxidation reaction that also proceeds inside. On the other hand, in the reaction section 193 provided on the outer peripheral portion, the heat required for the steam reforming reaction progressing in the reaction section 193 is not generated by the reaction sections 191 and 1 adjacent on the inside.
The heat generated by the oxidation reaction at 92 is utilized (FIG. 3).
4 (see dotted arrow). Here, the reformer 19 of the present embodiment
0, the control unit 50 controls the amount of driving of the mass flow controllers 196 and 197 for adjusting the amount of air supplied to the reaction units 191 and 192 by using the temperature sensor 1
The control is performed based on the detection results of 98 and 199, and the amount of supplied air is adjusted so that the internal temperature of the reaction sections 191 and 192 does not exceed 300 ° C.

【0195】以上のように構成された第12実施例の改
質器190によれば、反応部191,192で進行する
酸化反応で生じた熱は、隣接する反応部であって吸熱反
応だけが進行する反応部193においても消費される。
したがって、酸化反応が活発に進行する反応部191,
192の上流部において、過度に温度が上昇してしまう
のを防ぐことができる。ここで反応部191,192に
供給する空気量は、各反応部の内部温度に基づいて調節
されるため、各反応部の内部温度を所定の温度以下に保
つよう制御することができる。
According to the reformer 190 of the twelfth embodiment configured as described above, the heat generated by the oxidation reaction proceeding in the reaction units 191 and 192 is only the endothermic reaction in the adjacent reaction unit. It is also consumed in the proceeding reaction section 193.
Therefore, the reaction portion 191, in which the oxidation reaction actively proceeds,
In the upstream part of 192, it is possible to prevent the temperature from rising excessively. Here, since the amount of air supplied to the reaction units 191 and 192 is adjusted based on the internal temperature of each reaction unit, it is possible to control the internal temperature of each reaction unit to be kept at a predetermined temperature or lower.

【0196】また、本実施例の改質器190では、反応
部191,192のそれぞれに対して空気を供給してい
るため、反応部191の下流側に位置する反応部192
においても発熱反応である酸化反応を行なわせることが
でき、従来の改質器のように下流側で温度が低下しすぎ
ることがない。したがって、改質器190では、各反応
部全体において水蒸気改質反応の活性が高い状態に保た
れ、水蒸気改質反応の速度を向上させることができる。
In the reformer 190 of this embodiment, since air is supplied to each of the reaction sections 191 and 192, the reaction section 192 located downstream of the reaction section 191 is provided.
In this case, the oxidation reaction which is an exothermic reaction can be performed, and the temperature does not excessively decrease on the downstream side unlike the conventional reformer. Therefore, in the reformer 190, the activity of the steam reforming reaction is kept high in the entire reaction section, and the speed of the steam reforming reaction can be improved.

【0197】図35は、水蒸気改質反応と酸化反応との
両方を進行させる反応部によってのみ構成された従来知
られる改質器と、上述した改質器190とについて、原
燃料ガスが供給される上流側から下流側への内部の温度
分布状態を表わした説明図である。改質器190は、従
来の改質器とは異なり、上流側において酸化反応で生じ
た熱によって昇温しすぎることがなく、また、下流側に
おいて内部の温度が低下しすぎることがないため、改質
器の内部温度を250〜300℃の温度範囲で均一化す
ることができる。以上説明したように、本実施例の改質
器190は、その入り口部付近で温度が急激に上昇して
しまうことがないため、温度上昇に起因する既述した触
媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止すること
ができる。したがって、既述した実施例と同様に、改質
器の耐久性を大きく向上させることが可能となる。
FIG. 35 shows a case where the raw fuel gas is supplied to a conventionally known reformer constituted only by a reaction section which proceeds both the steam reforming reaction and the oxidation reaction, and the above-described reformer 190. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an internal temperature distribution state from an upstream side to a downstream side. Unlike the conventional reformer, the reformer 190 does not excessively raise the temperature due to the heat generated by the oxidation reaction on the upstream side, and the internal temperature does not decrease too much on the downstream side. The internal temperature of the reformer can be made uniform within a temperature range of 250 to 300 ° C. As described above, since the temperature of the reformer 190 of the present embodiment does not rise sharply near the entrance, the above-described catalyst deterioration and the generation of by-products due to the temperature rise are caused. Such inconveniences can be prevented. Therefore, it is possible to greatly improve the durability of the reformer as in the above-described embodiment.

【0198】なお、上記第12実施例の改質器190で
は、内側に設けられて水蒸気改質反応と酸化反応との両
方を進行する反応部191,192において、それぞれ
に対して空気を供給する構成としたため、下流側におい
て温度が低下するのを抑える効果を大きくすることがで
きたが、空気の供給を上流側だけから行なう場合にも、
上流側における過度の温度上昇を抑える所定の効果を得
ることができる。
In the reformer 190 of the twelfth embodiment, air is supplied to each of the reaction units 191 and 192 which are provided inside and advance both the steam reforming reaction and the oxidation reaction. With the configuration, the effect of suppressing the temperature drop on the downstream side could be increased.However, even when the air supply was performed only from the upstream side,
A predetermined effect of suppressing an excessive rise in temperature on the upstream side can be obtained.

【0199】上記第12実施例の改質器190は、水蒸
気改質反応と酸化反応との両方を行なう反応部と、水蒸
気改質反応だけを行なう反応部とは、内側と外周部とに
分かれており、2重管型に形成したが、以下に、第12
実施例の変形例として、上記2種類の反応部を交互に積
層する積層型の構成を示す。図36は、第12実施例の
変形例である改質器190Aの構成の概略を模式的に示
す説明図である。改質器190Aは、改質器190と同
様に図1の燃料電池装置20と同様の燃料電池装置に備
えられており、改質器190と共通する部材には部材番
号に符号Aを付して以下の説明を行なう。
In the reformer 190 of the twelfth embodiment, the reaction section for performing both the steam reforming reaction and the oxidation reaction and the reaction section for performing only the steam reforming reaction are divided into an inner portion and an outer peripheral portion. And formed into a double tube type.
As a modified example of the embodiment, a laminated type configuration in which the above two types of reaction sections are alternately laminated is shown. FIG. 36 is an explanatory diagram schematically showing the outline of the configuration of a reformer 190A which is a modification of the twelfth embodiment. The reformer 190A is provided in a fuel cell device similar to the fuel cell device 20 in FIG. 1 similarly to the reformer 190, and members common to the reformer 190 are denoted by reference numerals A in the member numbers. The following description will be made.

【0200】改質器190Aは、それぞれ平板型に形成
された反応部191Aと反応部193Aとを交互に複数
個積層した構造を有している。これらの反応部191A
および193Aは、表面にCu−Zn触媒を担持したハ
ニカムによって構成されており、各反応部に対しては、
第2燃料供給路64から原燃料ガスが供給される。ま
た、空気供給路39は、分岐してそれぞれの反応部19
1Aの上流部に接続し、各反応部191Aに対して空気
を供給する。複数の反応部191Aに対して供給する空
気量は、空気供給路39に設けられたマスフロコントロ
ーラ196Aによって制御されるが、この制御は、第1
2実施例と同様に、各反応部191Aの上流部に設けた
温度センサ(図示せず)による検出結果に基づいて行な
われる。
[0200] The reformer 190A has a structure in which a plurality of reaction portions 191A and 193A formed in a flat plate shape are alternately stacked. These reaction parts 191A
And 193A are constituted by a honeycomb having a Cu—Zn catalyst supported on the surface.
Raw fuel gas is supplied from the second fuel supply path 64. In addition, the air supply path 39 is branched to each of the reaction sections 19.
It connects to the upstream part of 1A and supplies air to each reaction part 191A. The amount of air to be supplied to the plurality of reaction units 191A is controlled by a mass flow controller 196A provided in the air supply path 39.
As in the case of the second embodiment, the detection is performed based on the detection result of a temperature sensor (not shown) provided upstream of each reaction section 191A.

【0201】以上のように構成された第12実施例の変
形例である改質器190Aによれば、第12実施例の改
質器190と同様に、酸化反応で生じた熱は隣接する反
応部で進行する水蒸気改質反応で消費されるため、酸化
反応が活発に進行する上流部の温度が過度に上昇してし
まうことがない。したがって、改質器190と同様に、
触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止し、改
質器の耐久性を大きく向上させることができるという効
果を得ることができる。
According to the reformer 190A which is a modification of the twelfth embodiment configured as described above, similarly to the reformer 190 of the twelfth embodiment, the heat generated by the oxidation reaction is adjacent to the adjacent reaction. Since it is consumed in the steam reforming reaction that proceeds in the section, the temperature in the upstream section where the oxidation reaction actively proceeds does not excessively increase. Therefore, similar to the reformer 190,
The effect of preventing inconveniences such as catalyst deterioration and generation of by-products can be obtained, and the durability of the reformer can be greatly improved.

【0202】次に、第12実施例の第2の変形例とし
て、多管挿入型の改質器190Bを示す。図37は、第
12実施例の第2の変形例である改質器190Bの構成
の概略を表わす断面模式図である。図37(A)は、改
質器190Bの縦断面図、図37(B)は、図37
(A)のB−B線における横断面図である。改質器19
0Bは、改質器190と同様に図1の燃料電池装置20
と同様の燃料電池装置に備えられており、改質器190
と共通する部材には部材番号に符号Bを付して以下の説
明を行なう。
Next, as a second modification of the twelfth embodiment, a multi-tube insertion type reformer 190B will be described. FIG. 37 is a schematic sectional view schematically showing the configuration of a reformer 190B which is a second modification of the twelfth embodiment. FIG. 37A is a longitudinal sectional view of the reformer 190B, and FIG.
It is a cross-sectional view in the BB line of (A). Reformer 19
0B is the fuel cell device 20 of FIG.
Is provided in the same fuel cell device as
The following description will be made by assigning the reference number B to the member numbers common to the above.

【0203】改質器190Bは、略円柱状に形成されて
おり、その内部に反応部191Bと反応部193Bとを
備えている。反応部191Bは、底面の直径が短い略円
柱状に形成されており、改質器190B内に7個が形成
されている。改質器190B内において、反応部191
Bが形成されていない空間は、反応部193Bを構成し
ている。これらの反応部191Bおよび193Bは、表
面にCu−Zn触媒を担持したハニカムによって構成さ
れており、各反応部に対しては、第2燃料供給路64か
ら原燃料ガスが供給される。また、空気供給路39は、
分岐してそれぞれの反応部191Bの上流部に接続し、
各反応部191Bに対して空気を供給する。複数の反応
部191Bに対して供給する空気量は、空気供給路39
に設けられたマスフロコントローラ196Bによって制
御されるが、この制御は、第12実施例と同様に、各反
応部191Bの上流部に設けた温度センサ(図示せず)
による検出結果に基づいて行なわれる。
[0203] The reformer 190B is formed in a substantially columnar shape, and has a reaction section 191B and a reaction section 193B therein. The reaction section 191B is formed in a substantially columnar shape with a short bottom surface, and seven reaction sections are formed in the reformer 190B. In the reformer 190B, the reaction unit 191
The space where B is not formed constitutes the reaction section 193B. Each of the reaction sections 191B and 193B is formed of a honeycomb having a Cu—Zn catalyst supported on its surface, and a raw fuel gas is supplied from the second fuel supply path 64 to each reaction section. The air supply path 39 is
Branch and connect to the upstream part of each reaction part 191B,
Air is supplied to each reaction section 191B. The amount of air supplied to the plurality of reaction units 191B is determined by the air supply path 39.
The control is performed by a mass flow controller 196B provided in the reaction unit 191B. As in the twelfth embodiment, the control is performed by a temperature sensor (not shown) provided upstream of each reaction unit 191B.
This is performed based on the detection result by

【0204】以上のように構成された第12実施例の変
形例である改質器190Bによれば、第12実施例の改
質器190と同様に、酸化反応で生じた熱は隣接する反
応部で進行する水蒸気改質反応で消費されるため、酸化
反応が活発に進行する上流部の温度が過度に上昇してし
まうことがない。したがって、改質器190と同様に、
触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止し、改
質器の耐久性を大きく向上させることができるという効
果を得ることができる。
According to the reformer 190B, which is a modification of the twelfth embodiment configured as described above, the heat generated by the oxidation reaction is reduced by the adjacent reaction as in the reformer 190 of the twelfth embodiment. Since it is consumed in the steam reforming reaction that proceeds in the section, the temperature in the upstream section where the oxidation reaction actively proceeds does not excessively increase. Therefore, similar to the reformer 190,
The effect of preventing inconveniences such as catalyst deterioration and generation of by-products can be obtained, and the durability of the reformer can be greatly improved.

【0205】上記した改質器190,190A,190
Bでは、酸化反応を限られた反応部において行なわせて
いる。改質器内で進行する水蒸気改質反応で要する熱が
一定である場合に、酸化反応が進行する領域を小さくす
ると、供給した酸素量に比べて触媒量が不足した状態と
なり、酸素が供給される領域における酸化反応の速度を
抑えることができる。したがって、酸化反応が進行する
領域をより下流側に広げることができ、改質器の下流側
において温度が低下しすぎるのを抑える効果をより大き
くすることができる。
The above-mentioned reformers 190, 190A, 190
In B, the oxidation reaction is performed in a limited reaction section. When the heat required for the steam reforming reaction that proceeds in the reformer is constant, if the region where the oxidation reaction proceeds is reduced, the amount of catalyst becomes insufficient compared to the amount of oxygen supplied, and oxygen is supplied. The rate of the oxidation reaction in the region can be suppressed. Therefore, the region where the oxidation reaction proceeds can be expanded further downstream, and the effect of suppressing the temperature from being too low downstream of the reformer can be further increased.

【0206】なお、上記した第12実施例の変形例であ
る改質器190A,190Bにおいて、改質器190と
同様に、改質器の上流側に加えてその中程でも空気を供
給する構成としてもよい。このような構成とすれば、改
質器の下流側で温度が下降しすぎるのを防ぐことができ
る。また、上記改質器190,190A,190Bのそ
れぞれを構成する各反応部は、ハニカムによって構成し
たが、触媒を担持したペレットを充填する構成としても
構わない。この場合にも、水蒸気改質反応と共に酸化反
応を進行する反応部と、水蒸気改質反応だけを進行する
反応部とを隣接させることによって、反応部の上流側で
温度が上昇しすぎてしまうのを防ぐことができる。
In the reformers 190A and 190B, which are modifications of the twelfth embodiment, similarly to the reformer 190, air is supplied not only to the upstream side of the reformer but also in the middle thereof. It may be. With such a configuration, it is possible to prevent the temperature from dropping too much downstream of the reformer. In addition, although each reaction section constituting each of the reformers 190, 190A, and 190B is formed of a honeycomb, a configuration in which pellets carrying a catalyst may be filled. In this case, too, by adjoining the reaction section that proceeds with the oxidation reaction together with the steam reforming reaction and the reaction section that proceeds only with the steam reforming reaction, the temperature is excessively increased on the upstream side of the reaction section. Can be prevented.

【0207】既述した第1ないし第12実施例では、そ
れぞれの改質器が備える触媒として、Cu−Zn触媒を
用いているため、単一の触媒によって、(4)式に示し
た水蒸気改質反応と(5)式に示した酸化反応との両方
を促進させることができる。もとより、水蒸気改質反応
と酸化反応との両方を促進可能なCu−Zn触媒以外の
触媒(例えばPd−Zn触媒など)を用いることとして
もよい。このような触媒を用いる場合にも、この触媒を
既述した実施例の改質器に備えさせることによって、改
質器内部の一部の領域で内部温度が上昇しすぎてしまう
のを抑える既述した効果を得ることができる。
In the first to twelfth embodiments described above, since the Cu—Zn catalyst is used as a catalyst provided in each reformer, a single catalyst can be used to perform the steam reforming shown in the equation (4). And the oxidation reaction shown in the equation (5) can be promoted. Needless to say, a catalyst (for example, a Pd-Zn catalyst or the like) other than the Cu-Zn catalyst that can promote both the steam reforming reaction and the oxidation reaction may be used. Even when such a catalyst is used, by providing the catalyst in the reformer of the above-described embodiment, it is possible to prevent the internal temperature from being excessively increased in a part of the inside of the reformer. The effects described above can be obtained.

【0208】また、上記それぞれの実施例において、水
蒸気改質反応と酸化反応とを単一の触媒によって促進す
る代わりに、それぞれの反応を異なる触媒を用いて促進
する構成としてもよい。あるいは、Cu−Zn触媒に対
して、酸化反応を促進する他の触媒をさらに加えて用い
ることとしても良い。このように、複数の種類の触媒を
用いる場合にも、改質器内でのこれらの触媒の混在状態
が充分であり、酸素が供給されている領域において、
(5)式に示した酸化反応と(4)式に示した水蒸気改
質反応との両方が充分な効率で進行可能となるならば、
それぞれの実施例の構成において、改質器内部の一部の
領域で内部温度が上昇しすぎてしまうのを抑える既述し
た効果を得ることができる。ここで、酸化反応を促進可
能な他の触媒としては、例えば、パラジウム、白金、ニ
ッケル、ロジウム、クロム、タングステン、レニウム、
金、銀、鉄などの金属、あるいはこれらの金属と他の金
属との合金等を挙げることができる。
Further, in each of the above embodiments, instead of promoting the steam reforming reaction and the oxidation reaction by a single catalyst, each of the reactions may be promoted by using a different catalyst. Alternatively, another catalyst that promotes the oxidation reaction may be further added to the Cu—Zn catalyst and used. Thus, even when a plurality of types of catalysts are used, the mixed state of these catalysts in the reformer is sufficient, and in a region where oxygen is supplied,
If both the oxidation reaction shown in equation (5) and the steam reforming reaction shown in equation (4) can proceed with sufficient efficiency,
In the configuration of each embodiment, the above-described effect of suppressing the internal temperature from excessively increasing in a part of the area inside the reformer can be obtained. Here, as another catalyst capable of promoting the oxidation reaction, for example, palladium, platinum, nickel, rhodium, chromium, tungsten, rhenium,
Examples thereof include metals such as gold, silver, and iron, and alloys of these metals with other metals.

【0209】また、既述した実施例では、原燃料として
メタノールを用いることとしたが、他種の炭化水素を原
燃料として用い、この原燃料を水蒸気改質反応および酸
化反応に供することとしても良い。このようにメタノー
ル以外の原燃料を用いる場合にも、用いる原燃料に応じ
た触媒を、既述した実施例の構成を有する改質器に備え
させることによって、改質器内部の一部の領域で内部温
度が上昇しすぎてしまうのを抑える既述した効果を得る
ことができる。
In the above-described embodiments, methanol is used as a raw fuel. However, another kind of hydrocarbon may be used as a raw fuel, and this raw fuel may be subjected to a steam reforming reaction and an oxidation reaction. good. As described above, even when a raw fuel other than methanol is used, a catalyst corresponding to the raw fuel to be used is provided in the reformer having the configuration of the above-described embodiment, so that a partial area inside the reformer is provided. Thus, the above-described effect of suppressing the internal temperature from excessively rising can be obtained.

【0210】なお、既述した第1ないし第12実施例の
改質器において備えられたCu−Zn触媒は、メタノー
ルの水蒸気改質反応を促進する触媒としては周知の触媒
である。既述したように、Cu−Zn触媒は、300℃
を超える高温下では劣化してしまうため、水蒸気改質反
応が進行する反応温度が高い炭化水素を原燃料とする場
合には、水蒸気改質反応を促進する触媒として用いるこ
とはできないが、他の炭化水素に比べて水蒸気改質反応
の際の反応温度が低いメタノールを原燃料として用いる
場合には、この反応を促進する触媒として良好に働く。
しかしながら、このCu−Zn触媒を酸化触媒として用
いる使用方法は従来知られていなかった。すなわち、C
u−Zn触媒は容易に酸化される性質を持っており(銅
が酸化劣化する)、酸素の存在下では速やかに酸化され
て触媒活性が損なわれてしまうため、通常は酸化触媒と
して用いることができない。これに対して、このCu−
Zn触媒をメタノールの存在下で用いると、酸化自由エ
ネルギ差から、銅よりもメタノールの方が酸化され易い
ため、触媒自身は酸化されてしまうことなく、上記両反
応を促進する触媒として有効に働くことができる。
The Cu-Zn catalyst provided in the reformers of the first to twelfth embodiments is a well-known catalyst that promotes the steam reforming reaction of methanol. As described above, the Cu-Zn catalyst has a temperature of 300 ° C.
If the raw fuel is a hydrocarbon having a high reaction temperature at which the steam reforming reaction proceeds, it cannot be used as a catalyst for accelerating the steam reforming reaction. When methanol, which has a lower reaction temperature in the steam reforming reaction than hydrocarbons, is used as a raw fuel, it works well as a catalyst for promoting this reaction.
However, a method of using this Cu—Zn catalyst as an oxidation catalyst has not been known. That is, C
The u-Zn catalyst has the property of being easily oxidized (copper is oxidized and deteriorated), and is rapidly oxidized in the presence of oxygen to deteriorate its catalytic activity. Can not. In contrast, this Cu-
When a Zn catalyst is used in the presence of methanol, methanol is more easily oxidized than copper due to a difference in oxidation free energy, so that the catalyst itself does not oxidize and works effectively as a catalyst that promotes the above two reactions. be able to.

【0211】このように、Cu−Zn触媒を用いること
によって、単一の触媒で、メタノールの水蒸気改質反応
と酸化反応との両方を促進させることができ、改質器の
構成を簡素化できるという効果が得られるが、Cu−Z
n触媒を用いてメタノールの酸化反応を促進することに
より、改質器で生成される水素リッチな燃料ガス中の一
酸化炭素濃度をより低くすることができるという効果
を、さらに得ることができる。ここで、改質器内で生じ
る一酸化炭素について説明する。Cu−Zn触媒は、二
酸化炭素と水素の存在下では、以下に示す(6)式の反
応を僅かに進行させる活性を有する。
As described above, by using the Cu—Zn catalyst, both the steam reforming reaction and the oxidation reaction of methanol can be promoted by a single catalyst, and the structure of the reformer can be simplified. Is obtained, but Cu-Z
By promoting the oxidation reaction of methanol using the n catalyst, it is possible to further obtain an effect that the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-rich fuel gas generated in the reformer can be further reduced. Here, carbon monoxide generated in the reformer will be described. The Cu-Zn catalyst has an activity of slightly progressing the reaction of the following formula (6) in the presence of carbon dioxide and hydrogen.

【0212】 CO2 + H2 → CO + H2O … (6)CO 2 + H 2 → CO + H 2 O (6)

【0213】Cu−Zn触媒によって、メタノールの水
蒸気改質反応、あるいはこれと同時にメタノールの酸化
反応を促進させると、既述したように水素と二酸化炭素
が生成されるが、水素と二酸化炭素の生成量が増えるに
従って、上記(6)式の反応が僅かに進行して一酸化炭
素が生成される。その結果、改質器で生成される燃料ガ
ス中には、所定量の一酸化炭素が含有されることにな
る。
When the steam reforming reaction of methanol or simultaneously with the oxidation reaction of methanol is promoted by the Cu—Zn catalyst, hydrogen and carbon dioxide are produced as described above. As the amount increases, the reaction of the above formula (6) proceeds slightly, and carbon monoxide is generated. As a result, the fuel gas generated in the reformer contains a predetermined amount of carbon monoxide.

【0214】このように、メタノールを改質するために
Cu−Zn触媒を用いることは、所定量の一酸化炭素の
生成を伴ってしまうが、既述した実施例のように、水蒸
気改質反応と同時に進行するメタノールの酸化反応を促
進する触媒としてCu−Zn触媒を用いる場合には、こ
の酸化反応が進行する際に一酸化炭素が生成されないた
め、燃料ガス中の一酸化炭素濃度の上昇が抑えられる。
Cu−Zn触媒によって促進されるメタノールの酸化反
応は、既述した(5)式に表わしたが、この反応は、主
として、以下の(7)式および(8)式に示す反応から
なっており、全体として(5)式の反応が進行する。
As described above, the use of the Cu—Zn catalyst for reforming methanol involves the generation of a predetermined amount of carbon monoxide. When a Cu—Zn catalyst is used as a catalyst that promotes the oxidation reaction of methanol that proceeds at the same time, carbon monoxide is not generated when the oxidation reaction proceeds, so that the concentration of carbon monoxide in the fuel gas increases. Can be suppressed.
The methanol oxidation reaction promoted by the Cu—Zn catalyst is represented by the above-mentioned equation (5), and this reaction mainly comprises the reactions represented by the following equations (7) and (8). The reaction of the formula (5) proceeds as a whole.

【0215】 CH3OH + (1/2)O2 → HCHO+H2O … (7) HCHO + H2O → CO2+2H2 … (8)CH 3 OH + (1 /) O 2 → HCHO + H 2 O (7) HCHO + H 2 O → CO 2 + 2H 2 (8)

【0216】(7)式および(8)式に示すように、C
u−Zn触媒によって促進されるメタノールの酸化反応
は、主として、一酸化炭素を生じない反応経路を経由す
る。これに対し、既述した従来知られる酸化触媒、例え
ば白金触媒によって促進される酸化反応は、主として、
以下の(9)式および(10)式に示す反応からなって
おり、全体として(5)式の反応が進行するため、反応
の途中で一酸化炭素が生じてしまう。したがって、白金
触媒のような従来知られる酸化触媒を用いてメタノール
の酸化反応を促進する場合には、このようにして生じた
一酸化炭素の一部が、改質器内で生成される燃料ガス中
に残留し、燃料ガス中の一酸化炭素濃度をさらに引き上
げてしまう。
As shown in equations (7) and (8), C
The oxidation reaction of methanol promoted by the u-Zn catalyst mainly passes through a reaction route that does not generate carbon monoxide. On the other hand, the oxidation reaction promoted by the above-mentioned conventionally known oxidation catalyst, for example, a platinum catalyst is mainly
The reaction consists of the following equations (9) and (10). Since the reaction of equation (5) proceeds as a whole, carbon monoxide is generated during the reaction. Therefore, when the oxidation reaction of methanol is promoted using a conventionally known oxidation catalyst such as a platinum catalyst, a part of the carbon monoxide thus generated is converted into a fuel gas generated in the reformer. It remains in the fuel gas and further raises the concentration of carbon monoxide in the fuel gas.

【0217】 CH3OH → CO+2H2 … (9) CO + (1/2)O2 → CO2 … (10)CH 3 OH → CO + 2H 2 (9) CO + (1 /) O 2 → CO 2 (10)

【0218】既述した実施例のように、Cu−Zn触媒
を用いてメタノールの水蒸気改質反応と酸化反応の両方
を促進する場合には、その酸化反応は、一酸化炭素を生
成しない反応経路を経由するため、従来知られる白金な
どの酸化触媒を用いてメタノールの酸化反応を促進し、
Cu−Zn触媒を用いて水蒸気改質反応を促進する場合
に比べて、生成される燃料ガス中の一酸化炭素濃度をは
るかに低くすることが可能となる。従来知られる白金な
どの酸化触媒を改質器内に備えさせ、Cu−Zn触媒に
よってメタノールの水蒸気改質反応を、上記酸化触媒に
よってメタノールの酸化反応を進行させた場合には、通
常は1.5〜2%以上の一酸化炭素が燃料ガス中に残留
してしまう。これに対し、Cu−Zn触媒だけを用いて
メタノールの水蒸気改質反応と酸化反応とを進行させた
場合には、燃料ガス中に残留する一酸化炭素濃度を0.
5%程度に抑えることが可能となる。
When both the steam reforming reaction and the oxidation reaction of methanol are promoted by using a Cu—Zn catalyst as in the above-described embodiment, the oxidation reaction is carried out by a reaction path that does not generate carbon monoxide. To promote the oxidation reaction of methanol using a conventionally known oxidation catalyst such as platinum,
As compared with the case where the steam reforming reaction is promoted by using the Cu-Zn catalyst, the concentration of carbon monoxide in the generated fuel gas can be made much lower. When a conventionally known oxidation catalyst such as platinum is provided in a reformer, and a steam reforming reaction of methanol is advanced by a Cu-Zn catalyst and an oxidation reaction of methanol is advanced by the oxidation catalyst, usually, 1. 5 to 2% or more of carbon monoxide remains in the fuel gas. On the other hand, when the steam reforming reaction and the oxidation reaction of methanol are advanced using only the Cu—Zn catalyst, the concentration of carbon monoxide remaining in the fuel gas is reduced to 0.1.
It can be suppressed to about 5%.

【0219】一酸化炭素が残留する燃料ガスを燃料電池
に供給すると、この一酸化炭素は、電解質膜上に設けら
れた白金を含有する触媒層に吸着し、電気化学反応の進
行を阻害してしまう。既述した実施例の燃料電池装置で
は、改質器の下流にCO低減部を設け、燃料電池に供給
する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減しているが、C
u−Zn触媒を用いてメタノールの酸化反応と水蒸気改
質反応とを促進し、改質器で生成される燃料ガス中の一
酸化炭素濃度を低減することによって、CO低減部に要
求される処理量(CO低減部で酸化すべき一酸化炭素
量)が少なくなる。したがって、CO低減部をより小型
化しても、充分に一酸化炭素濃度が低い燃料ガスを燃料
電池に供給することが可能となる。なお、改質器で生成
される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が充分に低ければ、
CO低減部を設けないこととしても良い。このように、
Cu−Zn触媒を用いて、メタノールの水蒸気改質反応
とメタノールの酸化反応との両方を促進することによっ
て、改質器で生成される燃料ガス中の一酸化炭素濃度を
より低くし、この改質器を備える燃料電池装置全体をコ
ンパクト化することができる。
When a fuel gas containing residual carbon monoxide is supplied to the fuel cell, the carbon monoxide is adsorbed on the platinum-containing catalyst layer provided on the electrolyte membrane, and inhibits the progress of the electrochemical reaction. I will. In the fuel cell device of the above-described embodiment, the CO reduction unit is provided downstream of the reformer to reduce the concentration of carbon monoxide in the fuel gas supplied to the fuel cell.
A process required for a CO reduction unit by promoting a methanol oxidation reaction and a steam reforming reaction by using a u-Zn catalyst and reducing a concentration of carbon monoxide in a fuel gas generated in a reformer. The amount (the amount of carbon monoxide to be oxidized in the CO reduction unit) is reduced. Therefore, even if the CO reduction unit is reduced in size, a fuel gas having a sufficiently low carbon monoxide concentration can be supplied to the fuel cell. Incidentally, if the concentration of carbon monoxide in the fuel gas generated in the reformer is sufficiently low,
It is good also as not providing a CO reduction part. in this way,
By promoting both the steam reforming reaction of methanol and the oxidation reaction of methanol by using a Cu-Zn catalyst, the concentration of carbon monoxide in the fuel gas generated in the reformer can be lowered, and this reforming can be performed. The entire fuel cell device including the porcelain can be made compact.

【0220】なお、上記した実施例のCu−Zn触媒で
は、この触媒を製造する材料として酸化銅(CuO)と
酸化亜鉛(ZnO)を用いたが、これらを共沈させる際
に、他の物質をさらに加えることとしても良い。例え
ば、酸化銅と酸化亜鉛を共沈させてCu−Zn触媒を製
造する際に、アルミナを2〜5%程度加えてもよく、こ
のような構成とすれば、Cu−Zn触媒の耐熱性を向上
させ、触媒を形成する銅と酸化亜鉛とのばらつき状態を
向上させることができる。
In the Cu-Zn catalyst of the above-described embodiment, copper oxide (CuO) and zinc oxide (ZnO) were used as materials for producing this catalyst, but when these were coprecipitated, other substances were used. May be further added. For example, when producing a Cu-Zn catalyst by coprecipitating copper oxide and zinc oxide, alumina may be added in an amount of about 2 to 5%. With such a configuration, the heat resistance of the Cu-Zn catalyst is reduced. It is possible to improve the dispersion state between copper and zinc oxide forming the catalyst.

【0221】また、上記した説明では、メタノールの水
蒸気改質反応とメタノールの酸化反応との両方を促進す
る触媒として、酸化銅と酸化亜鉛を材料とするCu−Z
n触媒を用いることとしたが、Cu−Zn以外の銅系触
媒を用いても、メタノールの水蒸気改質反応と酸化反応
とを促進し、一酸化炭素濃度の低い燃料ガスを生成でき
るという効果を得ることができる。例えば、酸化銅と酸
化クロム(Cr23)を材料として用いたり、酸化銅と
酸化ケイ素(SiO2) を材料として用いたり、あるい
は酸化銅と他の金属酸化物を材料として用いても、既述
した両反応を促進可能な触媒を得ることができる。この
とき、これらの銅系触媒を製造する方法としては、既述
した共沈法の他、含浸法や混練法、あるいはイオン交換
法など、用いる材料に応じた製造方法を採ればよい。
In the above description, Cu-Zn made of copper oxide and zinc oxide is used as a catalyst for promoting both the steam reforming reaction of methanol and the oxidation reaction of methanol.
Although an n catalyst was used, even when a copper-based catalyst other than Cu-Zn was used, the steam reforming reaction and the oxidation reaction of methanol were promoted, and the effect that a fuel gas having a low carbon monoxide concentration could be generated was obtained. Obtainable. For example, even if copper oxide and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) are used as materials, copper oxide and silicon oxide (SiO 2 ) are used as materials, or copper oxide and another metal oxide are used as materials, A catalyst capable of promoting both of the above-described reactions can be obtained. At this time, as a method for producing these copper-based catalysts, in addition to the coprecipitation method described above, a production method depending on the material to be used, such as an impregnation method, a kneading method, or an ion exchange method, may be used.

【0222】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
Although the embodiments of the present invention have been described above,
The present invention is not limited to such embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好適な一実施例である燃料電池装置2
0の構成の概略を表わすブロック図である。
FIG. 1 shows a fuel cell device 2 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a zero.

【図2】燃料電池40が備える単セル48の構成を表わ
す断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a single cell 48 included in the fuel cell 40.

【図3】改質器34の構成を模式的に表わす説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 34.

【図4】改質器34を構成するハニカムの断面を模式的
に表わす説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a cross section of a honeycomb constituting the reformer.

【図5】改質器34および従来知られる改質器における
内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 34 and a conventionally known reformer.

【図6】第1実施例の変形例におけるハニカム断面の様
子を表わす説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of a honeycomb cross section in a modification of the first embodiment.

【図7】第1実施例の他の変形例である改質器の構成を
模式的に表わす説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer which is another modification of the first embodiment.

【図8】第2実施例の改質器90の構成を模式的に表わ
す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 90 of a second embodiment.

【図9】(A)は、反応部92を構成するハニカムの断
面の一部を表わす断面模式図、(B)は、ハニカムの表
面の一部をさらに拡大した様子を表わす模式図である。
9A is a schematic cross-sectional view showing a part of a cross section of a honeycomb constituting a reaction section 92, and FIG. 9B is a schematic view showing a state where a part of the surface of the honeycomb is further enlarged.

【図10】改質器90および従来知られる改質器におけ
る内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 90 and a conventionally known reformer.

【図11】第3実施例の改質器100の構成を模式的に
表わす説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 100 according to a third embodiment.

【図12】改質器100および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 100 and a conventionally known reformer.

【図13】第4実施例の改質器110の構成を模式的に
表わす説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 110 according to a fourth embodiment.

【図14】改質器110を備える燃料電池装置で実行さ
れる空気混合量制御処理ルーチンを表わすフローチャー
トである。
FIG. 14 is a flowchart illustrating an air mixing amount control processing routine executed in the fuel cell device including the reformer 110.

【図15】第4実施例の変形例である改質器110Aの
構成を模式的に表わす説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 110A which is a modification of the fourth embodiment.

【図16】改質器110Aおよび従来知られる改質器に
おける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 110A and a conventionally known reformer.

【図17】第5実施例の改質器120の構成を模式的に
表わす説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 120 according to a fifth embodiment.

【図18】燃料電池20において実行されるガス入り口
切り替え処理ルーチンを表わすフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart illustrating a gas inlet switching process routine executed in the fuel cell 20.

【図19】改質器120および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 120 and a conventionally known reformer.

【図20】第6実施例の改質器130およびこの改質器
130と接続される部材の構成を模式的に表わす説明図
である。
FIG. 20 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 130 of a sixth embodiment and members connected to the reformer 130.

【図21】改質器130および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 130 and a conventionally known reformer.

【図22】第7実施例の改質器140の構成を模式的に
表わす説明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 140 according to a seventh embodiment.

【図23】改質器140および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 140 and a conventionally known reformer.

【図24】第7実施例の変形例である改質器140Aの
構成を模式的に表わす説明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 140A which is a modification of the seventh embodiment.

【図25】第8実施例の改質器150の構成を表わす断
面模式図である。
FIG. 25 is a schematic sectional view illustrating a configuration of a reformer 150 according to an eighth embodiment.

【図26】改質器150および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 150 and a conventionally known reformer.

【図27】第9実施例の改質器160の構成を表わす断
面模式図である。
FIG. 27 is a schematic sectional view illustrating a configuration of a reformer 160 according to a ninth embodiment.

【図28】改質器160および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 28 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 160 and a conventionally known reformer.

【図29】第9実施例の変形例である改質器160Aの
構成を模式的に表わす説明図である。
FIG. 29 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 160A as a modification of the ninth embodiment.

【図30】第10実施例の改質器170の構成を表わす
断面模式図である。
FIG. 30 is a schematic sectional view illustrating a configuration of a reformer 170 according to a tenth embodiment.

【図31】改質器170および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 31 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 170 and a conventionally known reformer.

【図32】第11実施例の改質器180の構成を模式的
に表わす説明図である。
FIG. 32 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 180 according to an eleventh embodiment.

【図33】改質器180および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 33 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in the reformer 180 and a conventionally known reformer.

【図34】第12実施例の改質器190の構成を模式的
に表わす説明図である。
FIG. 34 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 190 according to a twelfth embodiment.

【図35】改質器190および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
FIG. 35 is an explanatory diagram showing internal temperature distribution states in a reformer 190 and a conventionally known reformer.

【図36】第12実施例の変形例である改質器190A
の構成を模式的に表わす説明図である。
FIG. 36 is a reformer 190A as a modification of the twelfth embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of FIG.

【図37】第12実施例の変形例である改質器190B
の構成を模式的に表わす説明図である。
FIG. 37 is a reformer 190B as a modification of the twelfth embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of FIG.

【図38】従来の燃料改質装置内部における温度分布の
様子を表わす説明図である。
FIG. 38 is an explanatory diagram showing a state of a temperature distribution inside a conventional fuel reformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…燃料電池装置 22…メタノールタンク 24…水タンク 26…バーナ 28…圧縮機 28a…タービン 28b…コンプレッサ 28c…シャフト 29…空気導入路 32…蒸発器 34,34A…改質器 36…CO低減部 38…ブロワ 39…空気供給路 39A,39B…空気分岐路 40…燃料電池 41…電解質膜 42…カソード 43…アノード 44,45…セパレータ 44P…燃料ガス流路 45P…酸化ガス流路 48…単セル 50…制御部 52…入出力ポート 54…CPU 56…ROM 58…RAM 60…メタノール流路 61…メタノール分岐路 62…水供給路 63…第1燃料供給路 64…第2燃料供給路 65…第3燃料供給路 66…第4燃料供給路 67…燃料排出路 68…酸化ガス供給路 69…酸化排ガス路 69A,69B…酸化排ガス分岐路 70…第1ポンプ 71…第2ポンプ 72…第3ポンプ 73…第1温度センサ 74…第2温度センサ 80…第1反応部 81…第2反応部 82,83…ステンレス板 90…改質器 92…反応部 94…ステンレス板 96…触媒層 100…改質器 101…第1反応部 102…第2反応部 110…改質器 110A…改質器 111,111A,111B…反応部 112,112A,112B…マスフロコントローラ 113,113A,113B…マスフロコントローラ 114…酸素濃度センサ 115,115A,115B…第2空気供給路 117…温度センサ 120…改質器 121…反応部 122…温度センサ 123…温度センサ 124…第1供給分岐路 125…第2供給分岐路 126…第1排出分岐路 127…第2排出分岐路 128,129,128A,129A…電磁弁 130…改質器 132…調圧弁 134…噴射ノズル 136…フィルタ 140,140A…改質器 141,141A…反応部 142,142A…吹き出し口 143…端部部材 144…回転機構 150…改質器 151…反応部 152…反応部 160,160A…改質器 161…内側部 162…外側部 163…反応部 170…改質器 171,172…反応部 171,172…反応部 173,174…温度センサ 175…排ガス導入部 176…燃焼排ガス路 177…マスフロコントローラ 180…改質器 181…反応部 182…原燃料分岐路 183…原燃料路 184,185…マスフロコントローラ 186…温度センサ 187…噴射ノズル 190,190A,190B…改質器 191,192,193…反応部 191A,193A…反応部 191B、193B…反応部 194,195…空気分岐路 196,197…マスフロコントローラ 196A,196B…マスフロコントローラ 198,199…温度センサ Reference Signs List 20 fuel cell device 22 methanol tank 24 water tank 26 burner 28 compressor 28a turbine 28b compressor 28c shaft 29 air introduction path 32 evaporator 34, 34A reformer 36 CO reduction unit 38 Blower 39 Air supply path 39A, 39B Air branch path 40 Fuel cell 41 Electrolyte membrane 42 Cathode 43 Anode 44, 45 Separator 44P Fuel gas flow path 45P Oxidation gas flow path 48 Single cell 50 control unit 52 input / output port 54 CPU 56 ROM 58 RAM 60 methanol flow path 61 methanol branch path 62 water supply path 63 first fuel supply path 64 second fuel supply path 65 second 3 fuel supply path 66 ... fourth fuel supply path 67 ... fuel discharge path 68 ... oxidizing gas supply path 69 ... oxidizing exhaust gas path 69A 69B: oxidizing exhaust gas branch 70: first pump 71: second pump 72: third pump 73: first temperature sensor 74: second temperature sensor 80: first reaction section 81: second reaction section 82, 83 ... stainless steel Plate 90 Reformer 92 Reactor 94 Stainless steel plate 96 Catalyst layer 100 Reformer 101 First reactor 102 Second reactor 110 Reformer 110A Reformers 111, 111A, 111B ... Reaction parts 112, 112A, 112B ... Mass flow controllers 113, 113A, 113B ... Mass flow controllers 114 ... Oxygen concentration sensors 115, 115A, 115B ... Second air supply path 117 ... Temperature sensors 120 ... Reformers 121 ... Reaction parts 122 temperature sensor 123 temperature sensor 124 first supply branch 125 second supply branch 126 first discharge branch 27 second discharge branch passage 128, 129, 128A, 129A solenoid valve 130 reformer 132 pressure regulator 134 injection nozzle 136 filter 140, 140A reformer 141, 141A reaction unit 142, 142A Outlet 143 End member 144 Rotating mechanism 150 Reformer 151 Reactor 152 Reactor 160, 160 A Reformer 161 Inner part 162 Outer part 163 Reactor 170 Reformer 171, 172: reaction section 171, 172: reaction section 173, 174: temperature sensor 175: exhaust gas introduction section 176 ... combustion exhaust gas path 177 ... mass flow controller 180 ... reformer 181, reaction section 182 ... raw fuel branch path 183 ... raw fuel Roads 184, 185: Mass flow controller 186: Temperature sensor 187: Injection nozzle 190, 190A 190B ... reformer 191, 192, 193 ... reaction part 191A, 193A ... reaction part 191B, 193B ... reaction part 194, 195 ... air branch path 196, 197 ... mass flow controller 196A, 196B ... mass flow controller 198, 199 ... Temperature sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝 正佳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 木下 克彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根岸 良昌 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masayoshi Taki 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiko 1 Toyota Motor Town Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation ( 72) Inventor Yoshimasa Negishi 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記原燃料ガスが供給される側の
部分で起こる前記酸化反応で生じた熱が、充分に下流側
に運ばれるように、前記原燃料ガスが導入される側の部
分における前記原燃料ガスの流速を速くするガス流速調
節手段とを備える燃料改質装置。
1. A reaction involving an endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat and oxidizing the hydrocarbons, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, water vapor and oxygen to the section; and a hydrogen-rich gas produced as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section. A fuel gas discharge means for discharging a fuel gas from the catalyst section; and, in the catalyst section, heat generated by the oxidation reaction occurring in a portion on the side where the raw fuel gas is supplied is sufficiently transferred to the downstream side. As before Raw fuel reformer and a gas flow rate adjusting means fuel gas to increase the flow rate of the raw fuel gas in the portion of the side to be introduced.
【請求項2】 前記ガス流速調節手段は、前記触媒部に
おける前記原燃料ガスが供給される側において、前記燃
料ガスが排出される側よりも、前記原燃料ガスが流れる
流路の断面の総面積を小さくしてなる請求項1記載の燃
料改質装置。
2. The gas flow rate adjusting means has a total cross-section of a flow path through which the raw fuel gas flows, on the side of the catalyst section where the raw fuel gas is supplied, than on the side where the fuel gas is discharged. 2. The fuel reformer according to claim 1, wherein the area is reduced.
【請求項3】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段とを備え、 前記触媒部における前記触媒は、熱伝導性の比較的高い
材料で形成される触媒担体に保持される燃料改質装置。
3. A reaction involving an endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat and oxidizing the hydrocarbon, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, water vapor and oxygen to the section; and a hydrogen-rich gas produced as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section. A fuel gas discharging means for discharging a fuel gas from the catalyst section, wherein the catalyst in the catalyst section is held on a catalyst carrier made of a material having relatively high thermal conductivity.
【請求項4】 請求項1ないし3いずれか記載の燃料改
質装置であって、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒
は、単一の銅系触媒である燃料改質装置。
4. The fuel reformer according to claim 1, wherein the hydrocarbon is methanol, and the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction is a single copper. A fuel reformer that is a system catalyst.
【請求項5】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
進する触媒とを備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部における前記酸化ガスが導入される側におい
て、前記酸化反応の進行を抑制する酸化反応抑制手段と
を備える燃料改質装置。
5. A reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat, the reaction involving heat generation, and A fuel reforming apparatus that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and a catalyst that promotes the oxidation reaction. A raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit; and an oxidizing gas supply for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the catalyst unit Means, a fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section from the catalyst section, and introducing the oxidizing gas in the catalyst section. Is On the side, a fuel reformer and a suppressing oxidation suppression means the progress of the oxidation reaction.
【請求項6】 請求項5記載の燃料改質装置であって、 前記酸化反応抑制手段は、前記触媒部において、前記酸
化ガスが導入される側の方が、前記燃料ガスが排出され
る側よりも、前記酸化反応を促進する触媒の量が小とな
るように形成してなる燃料改質装置。
6. The fuel reformer according to claim 5, wherein the oxidation reaction suppressing means is configured such that, in the catalyst section, a side on which the oxidizing gas is introduced is a side on which the fuel gas is discharged. A fuel reformer formed so that the amount of the catalyst that promotes the oxidation reaction is smaller than that of the catalyst.
【請求項7】 請求項6記載の燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
進する触媒とは同一の触媒であり、 前記酸化反応抑制手段は、前記酸化ガスが導入される側
の方が、前記燃料ガスが排出される側よりも、前記触媒
の量が小となるように形成してなる燃料改質装置。
7. The fuel reformer according to claim 6, wherein the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the catalyst that promotes the oxidation reaction are the same catalyst, and the oxidation reaction suppressing means includes: A fuel reformer formed so that the amount of the catalyst is smaller on the side where the oxidizing gas is introduced than on the side where the fuel gas is discharged.
【請求項8】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
進する触媒とを備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部内で進行する反応の進行状態を検出する反応
状態検出手段とを備え、 前記酸化ガス供給手段は、 前記触媒部に供給する単位時間当たりの酸素量を所望の
量に維持しつつ、前記反応状態検出手段が検出した前記
反応の進行状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記
酸化ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度調節手段をさ
らに備える燃料改質装置。
8. A reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat, which is an oxidation reaction for oxidizing the hydrocarbon, A fuel reforming apparatus that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and a catalyst that promotes the oxidation reaction. A raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the catalyst unit; and an oxidizing gas supply for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the catalyst unit Means, fuel gas discharge means for discharging the hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section from the catalyst section, and progress of the reaction proceeding in the catalyst section. Check the condition The oxidizing gas supply means, while maintaining a desired amount of oxygen per unit time supplied to the catalyst unit, the progress state of the reaction detected by the reaction state detection means A fuel reforming apparatus further comprising an oxygen concentration adjusting means for controlling an oxygen concentration in the oxidizing gas supplied to the catalyst section based on the above.
【請求項9】 請求項8記載の燃料改質装置であって、 前記触媒部は、前記触媒を備える複数の反応部からな
り、 前記酸化ガス供給手段は、前記複数の反応部のそれぞれ
に対して前記酸化ガスを供給する燃料改質装置。
9. The fuel reforming apparatus according to claim 8, wherein the catalyst unit includes a plurality of reaction units including the catalyst, and the oxidizing gas supply unit controls each of the plurality of reaction units. A fuel reformer for supplying the oxidizing gas.
【請求項10】 請求項5ないし9いずれか記載の燃料
改質装置であって、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
進する触媒とは同一の銅系触媒である燃料改質装置。
10. The fuel reformer according to claim 5, wherein the hydrocarbon is methanol, and the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the catalyst that promotes the oxidation reaction are the same. A fuel reformer that is a copper-based catalyst.
【請求項11】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記原燃料ガス供給手段から前記
原燃料ガスを導入される部位と、前記燃料ガス排出手段
によって前記燃料ガスを排出する部位とを入れ替え、前
記触媒部におけるガスの流れを逆転させるガス供給方向
変更手段とを備える燃料改質装置。
11. A reaction involving an endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat and oxidizing the hydrocarbon, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, water vapor and oxygen to the section; and a hydrogen-rich gas produced as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section. A fuel gas discharge unit for discharging a fuel gas from the catalyst unit; a part of the catalyst unit where the raw fuel gas is introduced from the raw fuel gas supply unit; Interchanging the site for discharging the fuel reformer and a gas supply direction changing means for reversing the flow of the gas in the catalytic section.
【請求項12】 請求項11記載の燃料改質装置であっ
て、 前記触媒部において、前記原燃料ガス供給手段から前記
原燃料ガスを供給される側の所定位置の温度を検出する
端部温度検出手段をさらに備え、 前記ガス供給方向変更手段は、前記端部温度検出手段の
検出結果に基づいて、前記原燃料ガス供給手段から前記
原燃料ガスを導入される部位と、前記燃料ガス排出手段
によって前記燃料ガスを排出する部位とを入れ替える燃
料改質装置。
12. The fuel reformer according to claim 11, wherein the temperature of the catalyst section is detected at a predetermined position on the side to which the raw fuel gas is supplied from the raw fuel gas supply means. A gas supply direction changing unit, based on a detection result of the end temperature detection unit, wherein the raw fuel gas is introduced from the raw fuel gas supply unit, and a fuel gas discharge unit. A fuel reformer for exchanging a part for discharging the fuel gas.
【請求項13】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える粒子を、内部に封入してなる触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒を備える粒子を、前記触媒部内で撹拌する触媒
撹拌手段とを備える燃料改質装置。
13. A reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat, which is an reaction involving heat generation, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, wherein particles including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction are enclosed therein. A raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, water vapor, and oxygen to the catalyst unit; and a steam reforming reaction that proceeds in the catalyst unit. A fuel reformer comprising: a fuel gas discharging unit configured to discharge a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the oxidation reaction from the catalyst unit; and a catalyst stirring unit configured to stir particles including the catalyst in the catalyst unit.
【請求項14】 請求項13記載の燃料改質装置であっ
て、 前記触媒撹拌手段は、前記原燃料ガス供給手段に備えら
れ、前記炭化水素と水蒸気と酸素とのうちの少なくとも
一つを含有するガスを、前記触媒部内に噴霧して、前記
触媒を備える粒子を前記触媒部内で撹拌する燃料改質装
置。
14. The fuel reforming apparatus according to claim 13, wherein the catalyst stirring means is provided in the raw fuel gas supply means, and contains at least one of the hydrocarbon, steam and oxygen. A fuel reformer that sprays a gas to be injected into the catalyst unit and agitates particles including the catalyst in the catalyst unit.
【請求項15】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記酸化ガス供給手段から前記酸
化ガスが供給される箇所を、経時的に変化させる供給箇
所変更手段とを備える燃料改質装置。
15. A reaction involving an endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat and oxidizing the hydrocarbon, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply unit that supplies a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the unit; an oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas containing oxygen to the catalyst unit; A fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section from the catalyst section; and The portion where the scan is supplied, the fuel reformer and a feed point changing means for temporally changing.
【請求項16】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記原燃料ガスと共に酸化ガスが
供給される供給側と、前記燃料ガスが排出される排出側
とを隣接し、前記供給側と前記排出側との間で熱交換を
行なわせる均熱化手段とを備える燃料改質装置。
16. A reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat, oxidizing the hydrocarbon. A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply unit that supplies a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the unit; an oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas containing oxygen to the catalyst unit; A fuel gas discharging means for discharging a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section from the catalyst section; Offering A supply side that is, the fuel gas adjacent the discharge side to be discharged, the fuel reformer and a soaking means to perform heat exchange between the discharge side and the supply side.
【請求項17】 請求項16記載の燃料改質装置であっ
て、 前記触媒部は、 各々内部に前記触媒を備え、各々の前記供給側と前記排
出側とが互いに逆の位置にある少なくとも2つ以上の反
応部を有し、 前記2つ以上の反応部を、一方の前記反応部の前記供給
側と他方の前記供給部の前記排出側とを隣接して設けて
なる燃料改質装置。
17. The fuel reforming apparatus according to claim 16, wherein each of the catalyst units includes the catalyst therein, and the supply side and the discharge side of each of the catalyst units are opposite to each other. A fuel reformer comprising: at least one reaction unit, wherein the two or more reaction units are provided adjacent to the supply side of one reaction unit and the discharge side of the other supply unit.
【請求項18】 前記触媒部は、内部に形成される前記
原燃料ガスの流路において折り返し部を有し、前記流路
の入り口部と出口部とを隣接して設けてなる請求項16
記載の燃料改質装置。
18. The fuel cell according to claim 16, wherein the catalyst portion has a turn-back portion in the flow path of the raw fuel gas formed therein, and has an inlet and an outlet of the flow passage adjacent to each other.
The fuel reformer according to any one of the preceding claims.
【請求項19】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記燃料改質装置を備えるシステムを構成する所定の部
材において生じる熱を伝える所定の流体によって、前記
酸化ガスが供給される側以外の部分を加熱する加熱手段
とを備える燃料改質装置。
19. A reaction involving an endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat by oxidizing the hydrocarbon, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply unit that supplies a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the unit; an oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas containing oxygen to the catalyst unit; A fuel gas discharging unit configured to discharge a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction progressing in the catalyst unit from the catalyst unit; Element A predetermined fluid conveying Oite resulting heat, the fuel reformer and a heating means for the oxidizing gas to heat the portion other than the side to be supplied.
【請求項20】 前記加熱手段は、前記燃料改質装置を
備えるシステムを構成する所定の部材から排出される高
温ガスによって、前記酸化ガスが供給される側以外の部
分を加熱する請求項19記載の燃料改質装置。
20. The heating means for heating a portion other than the side to which the oxidizing gas is supplied by a high-temperature gas discharged from a predetermined member constituting a system including the fuel reformer. Fuel reformer.
【請求項21】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記炭化水素および水のうち少なくとも一方からなる液
体を、前記原燃料ガスおよび前記酸化ガスが供給される
側の部分に対して噴霧する端部冷却手段とを備える燃料
改質装置。
21. A reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat by oxidizing the hydrocarbon. A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply unit that supplies a raw fuel gas containing the hydrocarbon and water vapor to the unit; an oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas containing oxygen to the catalyst unit; Fuel gas discharging means for discharging, from the catalyst unit, a hydrogen-rich fuel gas generated as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst unit; and a liquid comprising at least one of the hydrocarbon and water. A fuel reforming apparatus comprising an end cooling unit that the raw fuel gas and the oxidizing gas is sprayed to the portion of the side to be supplied.
【請求項22】 請求項11ないし21いずれか記載の
燃料改質装置であって、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒
は、単一の銅系触媒である燃料改質装置。
22. The fuel reformer according to claim 11, wherein the hydrocarbon is methanol, and the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction is a single copper. A fuel reformer that is a system catalyst.
【請求項23】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える第1の反応部と、前記水蒸気改質反応を促進する
触媒を備える第2の反応部とを備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記第1の反応部に対して、酸素を含有する酸化ガスを
供給する酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段とを備え、 前記触媒部は、前記第1の反応部と前記第2の反応部と
を隣接させ、前記第1の反応部と前記第2の反応部との
間で熱交換を行なわせる燃料改質装置。
23. A reaction involving endotherm, a steam reforming reaction for generating hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction for generating heat, the reaction involving heat generation, and A fuel reforming apparatus that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, a first reaction unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; And a second reaction unit having a catalyst for promoting the steam reforming reaction; and a raw fuel gas supply for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon and steam to the catalyst unit. Means, an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the first reaction section, and a hydrogen-rich gas produced as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section. Fuel gas is supplied to the catalyst unit. And a fuel gas discharging means for discharging the fuel gas from the first reaction portion and the second reaction portion, wherein the catalyst portion has the first reaction portion and the second reaction portion adjacent to each other, and is provided between the first reaction portion and the second reaction portion. A fuel reformer that performs heat exchange at
【請求項24】 請求項23記載の燃料改質装置であっ
て、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記第1の反応部が備える触媒は、単一の銅系触媒であ
る燃料改質装置。
24. The fuel reformer according to claim 23, wherein the hydrocarbon is methanol, and the catalyst provided in the first reaction section is a single copper-based catalyst.
【請求項25】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
部から排出する燃料ガス排出手段とを備え、 前記触媒は、前記酸化反応として、一酸化炭素を生成す
る反応経路を経由しない反応を促進することを特徴とす
る燃料改質装置。
25. A reaction that involves an endotherm, a steam reforming reaction that generates hydrogen from hydrocarbons and steam, and an oxidation reaction that is an exothermic reaction that oxidizes the hydrocarbons, A fuel reformer that utilizes heat generated by the oxidation reaction when a steam reforming reaction proceeds, and a catalyst unit including a catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction; A raw fuel gas supply means for supplying a raw fuel gas containing the hydrocarbon, water vapor and oxygen to the section; and a hydrogen-rich gas produced as a result of the steam reforming reaction and the oxidation reaction proceeding in the catalyst section. Fuel gas discharging means for discharging a fuel gas from the catalyst section, wherein the catalyst promotes a reaction that does not pass through a reaction path for generating carbon monoxide as the oxidation reaction. Masquerade .
【請求項26】 請求項25記載の燃料改質装置であっ
て、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒
は、単一の銅系触媒である燃料改質装置。
26. The fuel reformer according to claim 25, wherein the hydrocarbon is methanol, and the catalyst that promotes the steam reforming reaction and the oxidation reaction is a single copper-based catalyst. Fuel reformer.
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