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JP2002308604A - Fuel reformer - Google Patents

Fuel reformer

Info

Publication number
JP2002308604A
JP2002308604A JP2001111632A JP2001111632A JP2002308604A JP 2002308604 A JP2002308604 A JP 2002308604A JP 2001111632 A JP2001111632 A JP 2001111632A JP 2001111632 A JP2001111632 A JP 2001111632A JP 2002308604 A JP2002308604 A JP 2002308604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reformer
catalyst
fuel
reaction
density
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001111632A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Takahashi
宏明 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2001111632A priority Critical patent/JP2002308604A/en
Publication of JP2002308604A publication Critical patent/JP2002308604A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分酸化反応と水蒸気改質反応を利用する燃
料改質装置において、燃料を改質する効率を向上させる
技術を提供する。 【解決手段】 改質器10は、高密度部12と低密度部
14とを備える。高密度部12は、低密度部14に比べ
て、触媒の比表面積が大きい。また、両者は、水蒸気改
質反応と部分酸化反応を促進する触媒を備えている。改
質器10へは、原燃料ガス供給路を介して、炭化水素系
燃料と水蒸気と空気とが供給される。触媒の比表面積が
より大きいことにより、高密度部12では、部分酸化反
応が活発に進行する。また、触媒の比表面積がより小さ
いことにより、低密度部14では、水蒸気改質反応の活
性が上昇しすぎて温度が低下することに起因して、改質
器10全体での水蒸気改質反応の活性が低下するのが防
止される。
(57) [Problem] To provide a technology for improving the efficiency of reforming a fuel in a fuel reformer utilizing a partial oxidation reaction and a steam reforming reaction. SOLUTION: The reformer 10 has a high density part 12 and a low density part 14. The high-density part 12 has a larger specific surface area of the catalyst than the low-density part 14. In addition, both are provided with a catalyst for promoting a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction. Hydrocarbon-based fuel, water vapor, and air are supplied to the reformer 10 via a raw fuel gas supply path. Due to the large specific surface area of the catalyst, the partial oxidation reaction actively proceeds in the high-density portion 12. Further, since the specific surface area of the catalyst is smaller, the activity of the steam reforming reaction in the low-density portion 14 is excessively increased, and the temperature is decreased. Is prevented from decreasing.

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】この発明は、炭化水素系燃料
を改質して水素を生成する燃料改質装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel reformer for reforming a hydrocarbon fuel to generate hydrogen.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化水素系燃料を改質して水素を生成す
る燃料改質装置としては、炭化水素系燃料を利用した部
分酸化反応と水蒸気改質反応とを改質器内で進行させ、
部分酸化反応で生じた熱を利用して、水蒸気改質反応を
進行する燃料改質装置が知られている(例えば、特開2
000−247603号公報など)。
2. Description of the Related Art As a fuel reformer for reforming a hydrocarbon fuel to generate hydrogen, a partial oxidation reaction and a steam reforming reaction using a hydrocarbon fuel are advanced in a reformer.
2. Description of the Related Art A fuel reformer that uses a heat generated by a partial oxidation reaction to advance a steam reforming reaction is known (for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
000-247603).

【0003】このような燃料改質装置においては、触媒
上で進行する部分酸化反応および水蒸気改質反応の効率
を向上させることによって、燃料改質装置が燃料を改質
する性能を向上させることができる。ここで、上記各反
応の活性を向上させる方法の一つに、触媒の比表面積を
増大させる方法が考えられる。部分酸化反応は、このよ
うに触媒の比表面積を大きくすることによって反応が活
発化し、より低温下でも高い活性を示すようになる。
[0003] In such a fuel reformer, it is possible to improve the efficiency of the fuel reformer to reform the fuel by improving the efficiency of the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction that proceed on the catalyst. it can. Here, as one of the methods of improving the activity of each of the above reactions, a method of increasing the specific surface area of the catalyst can be considered. The partial oxidation reaction is activated by increasing the specific surface area of the catalyst in this manner, and exhibits a high activity even at a lower temperature.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水蒸気
改質反応に関しては、触媒の比表面積を大きくした場合
に、燃料改質装置全体では必ずしも反応が活発化しない
という問題がある。すなわち、水蒸気改質反応は吸熱反
応であるため、触媒と反応物質との接触面積が増大して
部分的に水蒸気改質反応が活発に進行すると、周囲の温
度低下が引き起こされてしまい、このような温度低下に
よって水蒸気改質反応の活性がかえって低下してしまう
おそれがある。
However, with respect to the steam reforming reaction, there is a problem that when the specific surface area of the catalyst is increased, the reaction is not always activated in the entire fuel reforming apparatus. That is, since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, if the contact area between the catalyst and the reactant increases and the steam reforming reaction partially proceeds actively, a decrease in ambient temperature is caused. There is a possibility that the activity of the steam reforming reaction may be rather lowered due to an excessive temperature drop.

【0005】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、部分酸化反応と水蒸気改質
反応を利用する燃料改質装置において、燃料を改質する
効率を向上させる技術を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and a technique for improving the efficiency of reforming a fuel in a fuel reformer utilizing a partial oxidation reaction and a steam reforming reaction. The purpose is to provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するために、本発明の燃料改質装置は、炭
化水素系燃料を改質して水素を生成する燃料改質装置で
あって、前記炭化水素系燃料を用いる酸化反応と水蒸気
改質反応とを促進する触媒を備え、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を進行する改質部
と、前記改質部に前記炭化水素系燃料および酸素を供給
する供給部と、を備え、前記改質部は、前記触媒の比表
面積がより大きく形成された高密度部と、前記高密度部
の下流側に設けられ、前記触媒の比表面積がより小さく
形成された低密度部とを備えることを要旨とする。
Means for Solving the Problems and Actions and Effects Therefor To achieve the above object, a fuel reformer of the present invention is a fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel to generate hydrogen. A reforming unit that includes a catalyst that promotes an oxidation reaction and a steam reforming reaction using the hydrocarbon-based fuel, and that proceeds the steam reforming reaction by using heat generated in the oxidation reaction; A supply section for supplying the hydrocarbon-based fuel and oxygen to the reforming section, and the reforming section includes a high-density section in which the specific surface area of the catalyst is formed to be larger, and a downstream side of the high-density section. And a low-density portion provided with a smaller specific surface area of the catalyst.

【0007】このような燃料改質装置では、高密度部に
おいて、触媒の比表面積がより大きく形成されているた
め、酸化反応の活性がより高くなる。また、低密度部に
おいては、触媒の比表面積がより小さく形成されている
ため、水蒸気改質反応が進みすぎるのが抑えられ、吸熱
反応である水蒸気改質反応が進行することによって触媒
温度が低下してしまうのが防止される。したがって、燃
料改質装置全体で、水素を生成する効率をより高めるこ
とができる。
[0007] In such a fuel reforming apparatus, since the specific surface area of the catalyst is formed larger in the high-density portion, the activity of the oxidation reaction becomes higher. In the low-density portion, since the specific surface area of the catalyst is formed to be smaller, the steam reforming reaction is prevented from progressing too much, and the catalyst temperature is lowered due to the progress of the endothermic steam reforming reaction. Is prevented. Therefore, the efficiency of generating hydrogen can be further improved in the entire fuel reforming apparatus.

【0008】さらに、高密度部において酸化反応の活性
が高まることにより、燃料改質装置の始動時には、より
早く、高密度部において酸化反応の活性を上昇させるこ
とができる。このように、発熱反応である酸化反応がよ
り早く活発化することで、燃料改質装置の暖機時間を短
縮することができる。
Further, the activity of the oxidation reaction is increased in the high-density portion, so that the activity of the oxidation reaction in the high-density portion can be increased more quickly when the fuel reformer is started. In this manner, the warm-up time of the fuel reformer can be reduced by activating the oxidation reaction, which is an exothermic reaction, more quickly.

【0009】本発明の燃料改質装置において、前記炭化
水素系燃料は、酸素を含有しない炭化水素であることと
してもよい。酸素を含有しない炭化水素は、一般的に、
水蒸気改質反応に適した温度が高く、反応温度によって
水蒸気改質反応の反応温度が律速されやすい。したがっ
て、触媒の比表面積をより小さく形成した低密度部を設
けて、望ましくない温度低下を防ぐ本発明の構成による
効果を、より顕著に得ることができる。
In the fuel reformer of the present invention, the hydrocarbon-based fuel may be a hydrocarbon containing no oxygen. Oxygen-free hydrocarbons are generally
The temperature suitable for the steam reforming reaction is high, and the reaction temperature of the steam reforming reaction is easily limited by the reaction temperature. Therefore, the effect of the configuration of the present invention that prevents an undesired temperature drop by providing a low-density portion in which the specific surface area of the catalyst is made smaller can be more remarkably obtained.

【0010】本発明の燃料改質装置において、前記改質
部は、前記触媒を担持するモノリス担体を備え、前記高
密度部は、前記低密度部に比べて、単位断面積当たりの
セル数が多いモノリス担体を備えることとしても良い。
[0010] In the fuel reformer of the present invention, the reforming section includes a monolithic carrier supporting the catalyst, and the high-density section has a smaller number of cells per unit cross-sectional area than the low-density section. Many monolith carriers may be provided.

【0011】このとき、前記高密度部は、単位断面積当
たりのセル数が、前記低密度部の2倍以上である構成も
好適である。
At this time, it is also preferable that the high-density part has a number of cells per unit cross-sectional area that is twice or more that of the low-density part.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。 A.装置の全体構成: B.改質器10の構成: C.転化率の比較結果: D.効果: E.第2実施例: F.変形例
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described based on examples in the following order. A. Overall configuration of device: Configuration of Reformer 10: Conversion results: Effect: E. Second embodiment F. Modified example

【0013】A.装置の全体構成:図1は、実施例とし
ての燃料電池システム20の構成の概略を示す説明図で
ある。燃料電池システム20は、天然ガスを貯蔵する原
燃料タンク22、水を貯蔵する水タンク24、天然ガス
中の硫黄分を除去する脱硫器26、加熱部28を併設し
た蒸発器32、改質反応により水素リッチガスを生成す
る改質器10、水素リッチ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、空気を圧縮して燃料電池40
に供給するブロワ38、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。以下、それぞれの構
成要素について順に説明する。
A. Overall Configuration of Apparatus: FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the configuration of a fuel cell system 20 as an embodiment. The fuel cell system 20 includes a raw fuel tank 22 for storing natural gas, a water tank 24 for storing water, a desulfurizer 26 for removing sulfur from natural gas, an evaporator 32 provided with a heating unit 28, a reforming reaction. Reformer 10 that generates hydrogen-rich gas by the process, carbon monoxide (CO) in the hydrogen-rich gas
CO reduction unit 36 for reducing concentration, fuel cell 40 for obtaining electromotive force by electrochemical reaction, fuel cell 40 for compressing air
The main components are a blower 38 to be supplied to the controller and a control unit 50 constituted by a computer. Hereinafter, each component will be described in order.

【0014】原燃料タンク22に貯蔵される天然ガス
は、原燃料流路60を介して脱硫器26に供給される。
原燃料流路60にはバルブ23が設けられている。バル
ブ23は、制御部50から出力される信号によって駆動
され、脱硫器26に供給する天然ガスの量を制御する。
The natural gas stored in the raw fuel tank 22 is supplied to the desulfurizer 26 via the raw fuel flow channel 60.
The raw fuel passage 60 is provided with a valve 23. The valve 23 is driven by a signal output from the control unit 50 and controls the amount of natural gas supplied to the desulfurizer 26.

【0015】脱硫器26は、供給された天然ガス中に付
臭剤として添加されているメルカプタン等の硫黄分の除
去を行う。硫黄分は、改質器10が備える触媒の活性を
低下させて改質反応を阻害してしまうため、燃料電池シ
ステム20においては、改質器10に先だって脱硫器2
6を設けてこの硫黄分の除去を行なっている。脱硫器2
6で硫黄分が除去された脱硫ガスは、原燃料供給路63
を介して蒸発器32に供給される。
The desulfurizer 26 removes sulfur such as mercaptan added to the supplied natural gas as an odorant. Since the sulfur content lowers the activity of the catalyst provided in the reformer 10 and hinders the reforming reaction, in the fuel cell system 20, the desulfurizer 2
6 is provided to remove this sulfur content. Desulfurizer 2
The desulfurized gas from which the sulfur content has been removed in step 6
Is supplied to the evaporator 32 via the

【0016】水タンク24から蒸発器32に水を送り込
む水供給路62にはポンプ72が設けられている。この
ポンプ72は、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。水供
給路62は原燃料供給路63に合流しており、脱硫ガス
と水とは、所定量ずつ混合されて蒸発器32に供給され
る。
A pump 72 is provided in a water supply path 62 for feeding water from the water tank 24 to the evaporator 32. The pump 72 is driven by a signal output from the control unit 50, and adjusts the amount of water supplied to the evaporator 32. The water supply path 62 joins the raw fuel supply path 63, and the desulfurization gas and water are mixed by a predetermined amount and supplied to the evaporator 32.

【0017】蒸発器32は、水タンク24から供給され
る水を気化させる装置であり、上記したように脱硫ガス
と水の供給を受けて、昇温した水蒸気と脱硫ガスの混合
気体を排出する。蒸発器から排出された水蒸気と脱硫ガ
スとの混合気体は、原燃料ガス供給路64を介して改質
器10に供給される。
The evaporator 32 is a device for evaporating water supplied from the water tank 24, and receives the desulfurization gas and water as described above, and discharges the heated gas mixture of steam and desulfurization gas. . The mixed gas of the steam and the desulfurized gas discharged from the evaporator is supplied to the reformer 10 via the raw fuel gas supply path 64.

【0018】蒸発器32には、水を気化させる熱源とし
て加熱部28が併設されている。加熱部28は、燃焼触
媒を備えており、水を気化させるのに要する熱を燃焼反
応によって発生する。この燃焼反応のために用いる燃料
としては、原燃料タンク22に貯蔵する天然ガスと、燃
料電池40のアノード側から排出されるアノード排ガス
とを用いている。
The evaporator 32 is provided with a heating section 28 as a heat source for vaporizing water. The heating unit 28 includes a combustion catalyst, and generates heat required for vaporizing water by a combustion reaction. As the fuel used for this combustion reaction, natural gas stored in the raw fuel tank 22 and anode exhaust gas discharged from the anode side of the fuel cell 40 are used.

【0019】また、原燃料ガス供給路64には、空気供
給路39を介してブロワ37が接続されている。ブロワ
37は、改質器10内で進行する部分酸化反応で要する
酸素を供給する。ブロワ37が取り込んだ空気は、原燃
料ガス供給路64において、上記混合気体に混合され、
改質器10に供給される。
A blower 37 is connected to the raw fuel gas supply path 64 via an air supply path 39. The blower 37 supplies oxygen required for a partial oxidation reaction that proceeds in the reformer 10. The air taken in by the blower 37 is mixed with the mixed gas in the raw fuel gas supply path 64,
It is supplied to the reformer 10.

【0020】改質器10は、供給された混合気体を用い
て改質反応を進行する。改質器10では、部分酸化反応
によって生じた熱を利用して、水蒸気改質反応を進行
し、水素リッチガスを生成する。天然ガスの主成分はメ
タンであるため、以下に、メタンの水蒸気改質反応を表
わす反応式を示す。
The reformer 10 performs a reforming reaction using the supplied gas mixture. In the reformer 10, a steam reforming reaction is advanced by utilizing heat generated by the partial oxidation reaction, and a hydrogen-rich gas is generated. Since the main component of natural gas is methane, a reaction formula representing a steam reforming reaction of methane is shown below.

【0021】 CH4+2H2O → 4H2+CO2 …(1)CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2 (1)

【0022】改質器10は、このような水蒸気改質反応
および部分酸化反応を促進する改質触媒を備えている。
本実施例では、改質触媒として、ロジウム触媒を用い
た。改質器10の詳しい構成については後述する。改質
器10で生成された水素リッチガスは、改質ガス流路6
5を介してCO低減部36に供給される。
The reformer 10 is provided with a reforming catalyst for promoting such a steam reforming reaction and a partial oxidation reaction.
In this example, a rhodium catalyst was used as the reforming catalyst. The detailed configuration of the reformer 10 will be described later. The hydrogen-rich gas generated by the reformer 10 is supplied to the reformed gas passage 6
5 to the CO reduction unit 36.

【0023】CO低減部36は、改質器10から供給さ
れた水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減させる装
置である。改質器10内で実際に改質反応が行なわれる
ときには、上記(1)式に表わしたように理想的に水蒸
気改質反応が進行するわけではなく、改質器10で生成
された水素リッチガスは所定量の一酸化炭素を含んでい
る。また、燃料電池40に供給されるガス中に一酸化炭
素が含まれる場合には、燃料電池40が備える白金触媒
に一酸化炭素が吸着して、電池性能の低下を引き起こし
てしまう。そこで、CO低減部36を設け、燃料電池4
0に供給する水素リッチガス中の一酸化炭素濃度の低減
を図っている。CO低減部36は、水素リッチガスに豊
富に含まれる水素に優先して、一酸化炭素を酸化するこ
とによって、水素リッチガス中の一酸化炭素濃度を低減
する。CO低減部36が備える一酸化炭素の選択酸化触
媒としては、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
を挙げることができる。CO低減部36には、このよう
な一酸化炭素選択酸化触媒を担持した担体が充填されて
いる。
The CO reduction unit 36 is a device for reducing the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-rich gas supplied from the reformer 10. When the reforming reaction is actually performed in the reformer 10, the steam reforming reaction does not proceed ideally as shown in the above equation (1), but the hydrogen-rich gas generated in the reformer 10 Contains a predetermined amount of carbon monoxide. In addition, when carbon monoxide is contained in the gas supplied to the fuel cell 40, the carbon monoxide is adsorbed on the platinum catalyst provided in the fuel cell 40, which causes a decrease in cell performance. Therefore, a CO reduction unit 36 is provided, and the fuel cell 4
The aim is to reduce the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-rich gas supplied to zero. The CO reduction unit 36 reduces the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-rich gas by oxidizing the carbon monoxide in preference to hydrogen abundantly contained in the hydrogen-rich gas. Examples of the carbon monoxide selective oxidation catalyst included in the CO reduction unit 36 include a platinum catalyst, a ruthenium catalyst, a palladium catalyst, a gold catalyst, and an alloy catalyst using these as the first element. The CO reduction unit 36 is filled with a carrier that supports such a carbon monoxide selective oxidation catalyst.

【0024】なお、CO低減部36で進行する一酸化炭
素選択酸化反応で要する酸素を供給するために、燃料電
池システム20は、外部から空気を圧縮して取り込むブ
ロワ33を備えている。ブロワ33は、空気供給路34
を介して改質ガス流路65に接続しており、これによっ
て、取り込んだ圧縮空気をCO低減部36に供給する。
ブロワ33から供給される空気量は、制御部50によっ
て調節される。
The fuel cell system 20 is provided with a blower 33 for compressing and taking in air from the outside in order to supply oxygen required for the selective oxidation reaction of carbon monoxide which proceeds in the CO reduction section 36. The blower 33 has an air supply path 34.
The compressed air is supplied to the CO reducing unit 36 through the reformed gas flow path 65 through the air passage.
The amount of air supplied from the blower 33 is adjusted by the control unit 50.

【0025】CO低減部36で上記のように一酸化炭素
濃度が下げられた水素リッチガスは、燃料ガス供給路6
6によって燃料電池40に導かれ、燃料ガスとしてアノ
ード側における電池反応に供される。燃料電池40で電
池反応に供された後のアノード排ガスは、燃料排出路6
7に排出される。このアノード排ガスは、既述したよう
に、加熱部28において燃焼のための燃料として用い
る。一方、燃料電池40のカソード側における電池反応
に関わる酸化ガスは、ブロワ38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
られた残りのカソード排ガスは、酸化排ガス路69を介
して外部に排出される。
The hydrogen-rich gas whose carbon monoxide concentration has been reduced as described above in the CO reduction unit 36 is supplied to the fuel gas supply path 6.
The fuel gas is guided to the fuel cell 40 by 6 and is supplied to the cell reaction on the anode side as a fuel gas. The anode exhaust gas after being subjected to the cell reaction in the fuel cell 40 is supplied to the fuel discharge passage 6
It is discharged to 7. This anode exhaust gas is used as fuel for combustion in the heating unit 28 as described above. On the other hand, the oxidizing gas related to the cell reaction on the cathode side of the fuel cell 40 is supplied from the blower 38 to the oxidizing gas supply path 6.
8 is supplied as compressed air. The remaining cathode exhaust gas used for the battery reaction is discharged to the outside via the oxidizing exhaust gas passage 69.

【0026】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。各々の単セルのアノード側に
水素を含有する燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を
含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進
行し、起電力を生じる。燃料電池40が生じた電力は、
燃料電池40に接続される所定の負荷に供給される。
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. By supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode side and supplying an oxidizing gas containing oxygen to the cathode side of each single cell, an electrochemical reaction proceeds and an electromotive force is generated. The power generated by the fuel cell 40 is
The power is supplied to a predetermined load connected to the fuel cell 40.

【0027】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、CPUやROMやR
AM、あるいは、各種信号を入出力する入出力ポートを
備える。制御部50は、燃料電池システム20が備える
各種センサからの検出信号を入力すると共に、既述した
ブロワや弁およびポンプなどに駆動信号を出力して、燃
料電池システム20全体の運転状態を制御する。
The control unit 50 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and has a CPU, ROM,
An AM or an input / output port for inputting / outputting various signals is provided. The control unit 50 inputs detection signals from various sensors included in the fuel cell system 20 and outputs drive signals to the above-described blowers, valves, pumps, and the like to control the operation state of the entire fuel cell system 20. .

【0028】なお、図1に示した燃料電池システム20
において、改質反応に供する脱硫ガスと水とは、両者を
一緒に蒸発器32に供給したが、蒸発器32で水を気化
して水蒸気とした後に、これと脱硫ガスとを混合しても
良い。あるいは、ブロワ37から改質器10に供給する
空気も、改質器10に供給するのに先立って予め昇温さ
せることとしても良い。これらの気体を昇温・混合して
改質反応に供する構成は、種々の変形が可能である。
The fuel cell system 20 shown in FIG.
In the above, the desulfurization gas and water supplied to the reforming reaction were supplied together to the evaporator 32, but after the water was vaporized by the evaporator 32 to form steam, the desulfurization gas and the good. Alternatively, the temperature of the air supplied from the blower 37 to the reformer 10 may be increased in advance before the air is supplied to the reformer 10. The configuration in which these gases are heated and mixed for the reforming reaction can be variously modified.

【0029】B.改質器10の構成:図2は、改質器1
0の構成を模式的に表わす説明図である。改質器10
は、表面にロジウム触媒を担持したハニカム状のモノリ
ス担体を備えている。本実施例では、セラミック製のモ
ノリス担体を用いた。モノリス担体上にロジウム触媒を
担持させる際には、まず、粉末状の酸化ジルコニウム
(ジルコニア)に所定のバインダを加えて作製したスラ
リをセラミックハニカム上に塗布し、これを一旦焼成す
る。このように酸化ジルコニウムを塗布したセラミック
ハニカムを、ロジウム塩を含有する溶液に浸漬して、酸
化ジルコニウム上にロジウムを含浸担持させ、焼成、還
元処理を行なう。
B. Configuration of Reformer 10: FIG.
It is explanatory drawing which represents the structure of 0 typically. Reformer 10
Is provided with a honeycomb monolithic carrier having a rhodium catalyst supported on the surface. In this example, a monolithic carrier made of ceramic was used. When a rhodium catalyst is supported on a monolithic carrier, first, a slurry prepared by adding a predetermined binder to powdered zirconium oxide (zirconia) is applied on a ceramic honeycomb, and then fired once. The ceramic honeycomb coated with zirconium oxide is immersed in a solution containing a rhodium salt to impregnate and support rhodium on zirconium oxide, and then fired and reduced.

【0030】図2に示すように、改質器10は、高密度
部12と、これよりも下流側に配設された低密度部14
とを備えている。高密度部12、低密度部14共に、上
記したロジウム触媒を担持したモノリス担体によって構
成されている。高密度部12が備えるモノリス担体は、
低密度部14が備えるモノリス担体に比べて、単位流路
断面積当たりに設けられたセル数が多くなっており、こ
れによって、高密度部12の方が低密度部14に比べて
触媒の比表面積が大きくなっている。なお、本実施例の
改質器10では、高密度部12と低密度部14とは、流
路断面積および流路長が略同一の大きさとなっている。
原燃料ガス供給路64から供給された脱硫ガスと水蒸気
と空気とからなる気体は、高密度部12、低密度部14
の順でそれぞれが備えるモノリス担体内部を通過する。
このとき、触媒上で進行する部分酸化反応および水蒸気
改質反応に供されて水素リッチガスとなり、改質ガス流
路65に排出される。
As shown in FIG. 2, the reformer 10 includes a high-density section 12 and a low-density section 14 disposed downstream thereof.
And Both the high-density portion 12 and the low-density portion 14 are formed of a monolithic carrier supporting the above-mentioned rhodium catalyst. The monolith carrier included in the high-density part 12 is
The number of cells provided per unit flow path cross-sectional area is larger than that of the monolithic carrier provided in the low-density portion 14, whereby the high-density portion 12 has a higher catalyst ratio than the low-density portion 14. The surface area is large. In the reformer 10 according to the present embodiment, the high-density section 12 and the low-density section 14 have substantially the same channel cross-sectional area and channel length.
The gas composed of the desulfurization gas, steam, and air supplied from the raw fuel gas supply passage 64 is supplied to the high-density portion 12 and the low-density portion 14.
Pass through the inside of the monolithic carrier provided in each order.
At this time, it is subjected to a partial oxidation reaction and a steam reforming reaction that proceed on the catalyst to become a hydrogen-rich gas, and is discharged to the reformed gas passage 65.

【0031】C.転化率の比較結果:改質器10におい
て燃料を改質する効率を実験に基づいて検証した結果を
図3に示す。上記したように、改質器10は、高密度部
12と低密度部14とを備えているが、ここでは、モノ
リス担体の構成が異なる3種類の触媒を備える改質器を
用意して、その性能を調べた。触媒1を構成するモノリ
ス担体は、高密度部12の横断面における単位平方イン
チ当たりのセル数が900、低密度部14における単位
平方インチ当たりのセル数が300である。触媒2を構
成するモノリス担体は、高密度部12における単位平方
インチ当たりのセル数が1200、低密度部14におけ
る単位平方インチ当たりのセル数が200である。触媒
3を構成するモノリス担体は、高密度部12における単
位平方インチ当たりのセル数が900、低密度部14に
おける単位平方インチ当たりのセル数が200である。
さらに、ここでは、比較例として、高密度部12と低密
度部14の区別が無く、全体が一様に、単位平方インチ
当たりのセル数が400であるモノリス担体を備える触
媒4を備える改質器を用意した。
C. FIG. 3 shows the result of verifying the efficiency of reforming the fuel in the reformer 10 based on experiments. As described above, the reformer 10 includes the high-density section 12 and the low-density section 14. Here, a reformer including three types of catalysts having different configurations of the monolithic carrier is prepared. Its performance was investigated. The monolithic carrier constituting the catalyst 1 has 900 cells per unit square inch in the cross section of the high-density section 12 and 300 cells per unit square inch in the low-density section 14. In the monolithic carrier constituting the catalyst 2, the number of cells per unit square inch in the high density part 12 is 1200, and the number of cells per unit square inch in the low density part 14 is 200. In the monolithic carrier constituting the catalyst 3, the number of cells per unit square inch in the high-density section 12 is 900, and the number of cells per unit square inch in the low-density section 14 is 200.
Further, here, as a comparative example, there is no distinction between the high-density portion 12 and the low-density portion 14, and the reforming includes the catalyst 4 having the monolith carrier having the number of cells per unit square inch of 400 as a whole. A vessel was prepared.

【0032】これら4つの改質器の性能比較を行なうた
めに、各改質器には、原燃料ガスのモデルガスとして、
メタンと水蒸気と空気とを混合したガスを供給し、改質
反応を行なわせた。改質器に供給したガスの条件を以下
に示す。 S(水のモル数)/C(炭素原子のモル数)=2.0 O(酸素分子を構成する酸素原子のモル数)/C(炭素
原子のモル数)=1.0 メタンに関する空間速度SV=2000h-1
In order to compare the performances of these four reformers, each reformer was provided with a model gas of the raw fuel gas.
A gas obtained by mixing methane, steam and air was supplied to cause a reforming reaction. The conditions of the gas supplied to the reformer are shown below. S (mol number of water) / C (mol number of carbon atom) = 2.0 O (mol number of oxygen atom constituting oxygen molecule) / C (mol number of carbon atom) = 1.0 Space velocity for methane SV = 2000h -1

【0033】改質器に上記したガスを供給するときに
は、供給するガスの温度を300℃から25℃刻みで次
第に上昇させ、各改質器内の温度および各改質器から排
出されるガス中のメタン量を測定した。供給するガスの
温度が低く、改質器内で部分酸化反応および水蒸気改質
反応が進行しないときには、改質器内の温度は供給する
ガス温度に略等しくなる。また、排出されるガス中のメ
タン量は、供給したガス中のメタン量に略等しくなる。
供給するガス温度を次第に上昇させ、改質器内で部分酸
化反応が開始されると、部分酸化反応で生じる熱によっ
て改質器内の温度は急激に上昇する。また、これによっ
て水蒸気改質反応も開始され、排出されるガス中のメタ
ン量が減少を始める。図3では、各改質器について、こ
のように反応が開始されるときの供給ガスの温度を、反
応開始温度として示した。
When supplying the above gas to the reformer, the temperature of the gas to be supplied is gradually increased from 300 ° C. in steps of 25 ° C., and the temperature in each reformer and the gas discharged from each reformer are increased. Of methane was measured. When the temperature of the supplied gas is low and the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction do not proceed in the reformer, the temperature in the reformer becomes substantially equal to the temperature of the supplied gas. Further, the amount of methane in the discharged gas is substantially equal to the amount of methane in the supplied gas.
When the temperature of the supplied gas is gradually increased and the partial oxidation reaction is started in the reformer, the temperature in the reformer rapidly rises due to heat generated by the partial oxidation reaction. This also starts a steam reforming reaction, and the amount of methane in the discharged gas starts to decrease. In FIG. 3, for each reformer, the temperature of the supply gas when the reaction is started as described above is shown as the reaction start temperature.

【0034】上記したように改質器内で反応が開始され
た後、さらに供給ガスの温度を上昇させると、改質器内
で進行する反応の活性は次第に高まり、やがて定常状態
に達する。そこで、上記各改質器がいずれも定常状態と
なる条件として、供給するガスの温度が400℃という
条件を選択し、このときの転化率を、各触媒について調
べた。転化率とは、水蒸気改質反応および部分酸化反応
で消費されたメタン量の、供給された総メタン量に対す
る割合である。なお、反応で消費されたメタン量は、供
給したガス中のメタン量と、排出されたガス中のメタン
量との差に基づいて推定される。この転化率が高いほ
ど、触媒性能が優れていると考えられる。各改質器につ
いて、供給ガスの温度が400℃のときの転化率を、図
3に示した。
After the reaction is started in the reformer as described above, if the temperature of the feed gas is further increased, the activity of the reaction progressing in the reformer gradually increases, and eventually reaches a steady state. Therefore, a condition that the temperature of the supplied gas was 400 ° C. was selected as a condition in which each of the reformers was in a steady state, and the conversion at this time was examined for each catalyst. The conversion is the ratio of the amount of methane consumed in the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction to the total amount of methane supplied. The amount of methane consumed in the reaction is estimated based on the difference between the amount of methane in the supplied gas and the amount of methane in the discharged gas. It is considered that the higher the conversion, the better the catalytic performance. FIG. 3 shows the conversion ratio when the temperature of the supply gas was 400 ° C. for each reformer.

【0035】図3に示すように、触媒1〜3を備える改
質器は、比較例の改質器に比べて高い転化率を示した。
また、触媒1〜3を備える改質器は、比較例の改質器に
比べて低い温度で反応を開始した。
As shown in FIG. 3, the reformer provided with the catalysts 1 to 3 showed a higher conversion rate than the reformer of the comparative example.
Moreover, the reformer provided with the catalysts 1 to 3 started the reaction at a lower temperature than the reformer of the comparative example.

【0036】D.効果:以上のように構成された本実施
例の燃料電池システム20が備える改質器10は、高密
度部12と低密度部14とを有する改質器10を備える
ため、高い効率で天然ガスの改質を行なうことができ
る。すなわち、高密度部12では触媒の比表面積が大き
く、これによって部分酸化反応が活発化されるため、水
蒸気改質反応を進行させるために要する熱を効率よく発
生することができるものと推定される。また、低密度部
14は、触媒の比表面積が抑えられているため、望まし
くない程度に水蒸気改質反応が活発化して改質器の内部
温度を低下させることがない。したがって、このように
触媒の比表面積を抑えることで、改質器全体での改質反
応の効率を、より高めることができる。
D. Effect: Since the reformer 10 included in the fuel cell system 20 according to the present embodiment configured as described above includes the reformer 10 having the high-density section 12 and the low-density section 14, natural gas can be highly efficiently used. Can be modified. That is, since the specific surface area of the catalyst is large in the high-density portion 12, which activates the partial oxidation reaction, it is presumed that the heat required to advance the steam reforming reaction can be efficiently generated. . Further, since the specific surface area of the catalyst is suppressed in the low-density portion 14, the steam reforming reaction is not activated to an undesired extent and the internal temperature of the reformer is not lowered. Therefore, by suppressing the specific surface area of the catalyst in this way, the efficiency of the reforming reaction in the entire reformer can be further increased.

【0037】また、本実施例の燃料電池システム20が
備える改質器10は、より低い温度で反応を開始するこ
とができるため、より速やかに改質器10を定常状態に
することができる。したがって、燃料電池システム20
の暖機時間を短縮することができる。
Further, since the reformer 10 included in the fuel cell system 20 of the present embodiment can start the reaction at a lower temperature, the reformer 10 can be brought into a steady state more quickly. Therefore, the fuel cell system 20
Warm-up time can be reduced.

【0038】上記した転化率や反応開始温度などで表わ
される改質器の性能は、改質器における空間速度や供給
するガスの組成などの影響を受ける。そのため、これら
の条件を考慮して、転化率を向上させたり反応開始温度
を低下させる効果を充分に得ることができるように、モ
ノリス担体におけるセル数を設定すればよい。なお、上
記効果を充分に得るためには、高密度部12と低密度部
14とにおける単位平方インチ当たりのセル数の比の値
は、2以上とすることが望ましく、3以上とすることが
さらに好ましい。
The performance of the reformer represented by the above-mentioned conversion rate, reaction start temperature and the like is affected by the space velocity in the reformer, the composition of the supplied gas, and the like. Therefore, in consideration of these conditions, the number of cells in the monolithic carrier may be set so that the effect of improving the conversion or lowering the reaction start temperature can be sufficiently obtained. In order to sufficiently obtain the above-described effect, the value of the ratio of the number of cells per unit square inch in the high-density portion 12 and the low-density portion 14 is preferably 2 or more, and more preferably 3 or more. More preferred.

【0039】ここで、図3に示した実施例の触媒の中で
も、低密度部14の横断面の単位平方インチ当たりのセ
ル数が300である触媒1よりも、同じく低密度部14
のセル数が200である触媒2および3の方が、高い転
化率を示す。したがって、改質器10において充分に高
い転化率を確保するためには、高密度部12に比べて低
密度部14のセル数を単に少なくするだけでなく、低密
度部14における触媒の比表面積自体を、充分に小さく
することが望ましい。
Here, among the catalysts of the embodiment shown in FIG. 3, the low-density portion 14 has the same number of cells as the catalyst 1 in which the number of cells per unit square inch of the cross section of the low-density portion 14 is 300.
The catalysts 2 and 3, which have 200 cells, exhibit higher conversion. Therefore, in order to ensure a sufficiently high conversion in the reformer 10, not only the number of cells in the low-density section 14 but also the specific surface area of the catalyst in the low-density section 14 are reduced. It is desirable to make itself small enough.

【0040】また、図3に示すように、高密度部12の
横断面の単位平方インチ当たりのセル数が1200であ
る触媒2は、同じく高密度部12のセル数が900であ
る触媒1および3に比べて反応開始温度が低くなる。し
たがって、改質器10の暖機時間を充分に短縮するため
には、低密度部14に比べて高密度部12のセル数を単
に多くするだけでなく、高密度部12における触媒の比
表面積自体を、充分に大きくすることが望ましい。
As shown in FIG. 3, the catalyst 2 having 1200 cells per unit square inch in the cross section of the high-density section 12 is the same as the catalyst 1 having 900 cells in the high-density section 12. The reaction start temperature is lower than that of No. 3. Therefore, in order to sufficiently reduce the warm-up time of the reformer 10, it is necessary to not only increase the number of cells in the high-density section 12 than in the low-density section 14, but also to increase the specific surface area of the catalyst in the high-density section 12. It is desirable to make itself large enough.

【0041】本実施例の効果として、改質器における転
化率を向上させることができることにより、改質器をよ
り小型化することも可能となる。また、暖機時間が短縮
できることは、改質器10を備える燃料電池システム2
0を、電気自動車に搭載してその駆動用電源として用い
る場合のように、始動と停止を繰り返す場合には、特に
有利である。
As an effect of this embodiment, since the conversion rate in the reformer can be improved, the reformer can be further downsized. In addition, the fact that the warm-up time can be reduced means that the fuel cell system 2 including the reformer 10
This is particularly advantageous when starting and stopping are repeated, as in the case where 0 is mounted on an electric vehicle and used as a power supply for driving the electric vehicle.

【0042】なお、改質器10が備えるモノリス担体
は、上記実施例ではセラミックによって構成することと
したが、アルミニウムなど他の材料によって構成するこ
ととしても良い。
Although the monolithic carrier provided in the reformer 10 is made of ceramic in the above embodiment, it may be made of other materials such as aluminum.

【0043】E.第2実施例:図4は、第2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110は、第1実施例の燃料電池システム20に
おいて、改質器10に代えて用いるものとする。改質器
110では、上流側から、第1の高密度部112、第1
の低密度部114、第2の高密度部116、第2の低密
度部118の順に配設されている。第1の高密度部11
2および第2の高密度部116は、第1実施例の高密度
部12と同様に、表面に触媒を備え、単位平方インチ当
たりのセル数がより多いモノリス担体によって構成され
ている。一方、第1の低密度部114および第2の低密
度部118は、表面に触媒を備え、単位平方インチ当た
りのセル数がより少ないモノリス担体によって構成され
ている。
E. Second Embodiment FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 110 according to a second embodiment. This reformer 110 is used instead of the reformer 10 in the fuel cell system 20 of the first embodiment. In the reformer 110, the first high-density portion 112 and the first
, A low-density portion 114, a second high-density portion 116, and a second low-density portion 118. First high density portion 11
Like the high-density section 12 of the first embodiment, the second and second high-density sections 116 are formed of a monolithic carrier having a catalyst on the surface and having a larger number of cells per square inch. On the other hand, the first low-density section 114 and the second low-density section 118 are formed of a monolithic carrier having a catalyst on the surface and having a smaller number of cells per square inch.

【0044】また、第1の低密度部114と第2の高密
度部116との間の混合空間115には、改質器10内
に空気を供給するための空気供給路139が接続されて
いる。第2実施例では、改質器内で進行する部分酸化反
応に供する空気は、改質器の入り口部から一度に供給す
るのではなく、原燃料ガス供給路64と空気供給路13
9との両方を用い、2つに分割して供給する。空気供給
路139を介して供給される空気は、部分酸化反応およ
び改質反応を進行しつつ第1の高密度部112および第
1の低密度部114を通過してきたガス中に、混合空間
115において混合される。その後、混合された空気
は、部分酸化反応に供されつつ、第2の高密度部11
6、さらに第2の低密度部118内を通過する。
An air supply path 139 for supplying air into the reformer 10 is connected to the mixing space 115 between the first low-density section 114 and the second high-density section 116. I have. In the second embodiment, the air supplied to the partial oxidation reaction that proceeds in the reformer is not supplied at once from the inlet of the reformer, but is supplied to the raw fuel gas supply passage 64 and the air supply passage 13.
9 and is supplied in two parts. The air supplied through the air supply path 139 is mixed in the gas that has passed through the first high-density section 112 and the first low-density section 114 while undergoing the partial oxidation reaction and the reforming reaction. Are mixed. After that, the mixed air is subjected to the partial oxidation reaction while the second high-density portion 11
6, and further pass through the second low density portion 118.

【0045】本実施例の改質器110によれば、部分酸
化反応に供する空気を分割して改質器内に供給すること
によって、水蒸気改質反応で要する熱を供給する部分酸
化反応が活発に進行する領域を分散させることができ
る。そのため、より下流側にも、水蒸気改質反応で要す
る熱を効率よく伝えることができ、改質器全体で進行す
る改質反応の効率を向上させることができる。また、こ
のように下流側で空気を供給する場合にも、空気が流入
する領域の近傍では、触媒の比表面積を大きくし、それ
よりも下流側では触媒の比表面積を小さくしている。し
たがって、第1実施例と同様に、改質器全体で改質反応
の効率を高める効果を得ることができる。さらに、始動
時に暖機時間を短縮する効果を得ることができる。
According to the reformer 110 of the present embodiment, the air used for the partial oxidation reaction is divided and supplied into the reformer, whereby the partial oxidation reaction for supplying the heat required for the steam reforming reaction is activated. Can be dispersed. Therefore, the heat required for the steam reforming reaction can be efficiently transmitted further downstream, and the efficiency of the reforming reaction that proceeds in the entire reformer can be improved. Also, when air is supplied on the downstream side, the specific surface area of the catalyst is increased near the region where the air flows, and the specific surface area of the catalyst is reduced on the downstream side. Therefore, similarly to the first embodiment, the effect of increasing the efficiency of the reforming reaction in the entire reformer can be obtained. Further, an effect of shortening the warm-up time at the time of starting can be obtained.

【0046】なお、空気を分割して供給する構成は、図
4に示したように、供給する酸素を2箇所に分割する構
成の他、2箇所を超える複数箇所に分割することとして
も良い。このような場合にも、それぞれの空気流入部の
近傍において、触媒の比表面積を大きくし、これよりも
下流側において触媒の比表面積を小さくすることで、同
様の効果を得ることができる。
In addition, as shown in FIG. 4, the configuration in which the air is divided and supplied may be such that the supplied oxygen is divided into two parts, or may be divided into more than two parts. In such a case, the same effect can be obtained by increasing the specific surface area of the catalyst in the vicinity of each of the air inflow portions and decreasing the specific surface area of the catalyst downstream thereof.

【0047】また、改質器110では、第1の高密度部
112、第2の高密度部116の流路長は、第1の低密
度部114、第2の低密度部118の流路長よりも短く
形成した。第1実施例の改質器10では、高密度部12
と低密度部14の流路長を略同一としたが、このよう
に、高密度部と、その下流に配設した低密度部の大きさ
(流路長)の比は、種々の値とすることができる。ただ
し、天然ガスから水素を生成する効率は、部分酸化反応
よりも水蒸気改質反応の方が高い。したがって、水蒸気
改質反応の活性をより高めて水素生成の効率を向上させ
るために、低密度部の流路長をより長くすることが好ま
しい。
In the reformer 110, the flow path lengths of the first high-density section 112 and the second high-density section 116 are the same as those of the first low-density section 114 and the second low-density section 118. It was formed shorter than the length. In the reformer 10 of the first embodiment, the high-density section 12
And the low-density portion 14 have substantially the same flow path length. As described above, the ratio of the size (the flow path length) of the high-density portion and the low-density portion disposed downstream thereof is various values. can do. However, the efficiency of generating hydrogen from natural gas is higher in the steam reforming reaction than in the partial oxidation reaction. Therefore, in order to further increase the activity of the steam reforming reaction and improve the efficiency of hydrogen generation, it is preferable to make the flow path length of the low density portion longer.

【0048】既述したように、改質器110では、第1
の低密度部114と第2の高密度部116との間には、
上流側から流れてきたガスに対して、後から投入する空
気を混合するための混合空間115が設けられている
(図4参照)。なお、各高密度部と、これの下流側に位
置する低密度部との間にも、高密度部が備える各セルか
ら排出されたガス同士が一旦混合される空間を設けても
良い(図2参照)。
As described above, in the reformer 110, the first
Between the low density portion 114 and the second high density portion 116
A mixing space 115 is provided for mixing air supplied later with the gas flowing from the upstream side (see FIG. 4). A space in which gases discharged from each cell included in the high-density portion are once mixed may be provided between each high-density portion and the low-density portion located downstream of the high-density portion (see FIG. 2).

【0049】F.変形例:なお、この発明は上記の実施
例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様において実施することが
可能であり、例えば次のような変形も可能である。
F. Modifications: The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are also possible. is there.

【0050】F−1.変形例1:上記第1および第2実
施例では、改質器が備えるモノリス担体において、横断
面の単位平方インチ当たりのセル数を変えることによっ
て、触媒の比表面積を変えた。これ以外の方法によっ
て、実質的に触媒として寄与する表面積(以下、「実効
表面積」と呼ぶ)を変えて、同様の効果を得ることが可
能である。例えば、モノリス担体の単位断面積当たりの
セル数はほぼ同等であっても、セル断面の形状を変える
ことによって、実効表面積を変えることができる。すな
わち、モノリス担体を構成する各セルの断面形状を六角
形とすると、断面四角形のセルからなるモノリス担体に
比べて、実質的に触媒活性を示す実効表面積が増大する
ことが知られている。したがって、上流側のセル形状
を、断面六角形のように、実効表面積がより大きくなる
形状とし、下流側のセル形状を、断面四角形のように、
実効表面積がより小さくなる形状としても良い。
F-1. Modification 1 In the first and second embodiments, the specific surface area of the catalyst was changed by changing the number of cells per unit square inch of the cross section in the monolithic carrier provided in the reformer. By other methods, the same effect can be obtained by changing the surface area that substantially contributes as a catalyst (hereinafter, referred to as “effective surface area”). For example, even if the number of cells per unit cross-sectional area of the monolithic carrier is almost the same, the effective surface area can be changed by changing the shape of the cell cross section. That is, when the cross-sectional shape of each cell constituting the monolithic carrier is hexagonal, it is known that the effective surface area substantially exhibiting catalytic activity increases as compared with a monolithic carrier composed of cells having a rectangular cross-sectional shape. Therefore, the upstream cell shape is a shape having a larger effective surface area, such as a hexagonal cross section, and the cell shape on the downstream side is a square cross section,
The shape may be such that the effective surface area is smaller.

【0051】F−2.変形例2:また、改質器が備える
触媒は、モノリス担体上に担持させる以外の形状とする
こともできる。例えば、ペレット状の担体に触媒を担持
させることとしても良い。このような場合には、高密度
部に対応する上流側に、粒径がより小さな触媒担持ペレ
ットを充填し、下流側に、粒径がより大きな触媒担持ペ
レットを充填すればよい。こうすれば、上流側における
触媒の比表面積がより大きく、下流側における触媒の比
表面積がより小さい改質器を得ることができる。
F-2. Modification 2: The catalyst provided in the reformer may have a shape other than being supported on a monolithic carrier. For example, the catalyst may be supported on a pellet-shaped carrier. In such a case, the upstream side corresponding to the high-density portion may be filled with catalyst-carrying pellets having a smaller particle diameter, and the downstream side may be filled with catalyst-carrying pellets having a larger particle diameter. In this case, it is possible to obtain a reformer having a larger specific surface area of the catalyst on the upstream side and a smaller specific surface area of the catalyst on the downstream side.

【0052】F−3.変形例3:既述した実施例では、
改質器が備える触媒としてロジウム触媒を用いたが、白
金・イリジウム合金触媒など他種の貴金属系の触媒を用
いることとしても良い。また、実施例では、酸化ジルコ
ニウム上にロジウムを担持させたが、酸化ジルコニウム
以外の金属酸化物(例えば酸化アルミニウム)を用いる
こともできる。金属酸化物上に貴金属を担持した種々の
触媒によって、実施例と同様に、水蒸気改質反応と部分
酸化反応とを促進することができる。
F-3. Modification 3: In the embodiment described above,
Although a rhodium catalyst is used as a catalyst included in the reformer, another kind of noble metal-based catalyst such as a platinum-iridium alloy catalyst may be used. In the embodiment, rhodium is supported on zirconium oxide. However, a metal oxide other than zirconium oxide (for example, aluminum oxide) can be used. Various catalysts supporting a noble metal on a metal oxide can promote the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction, as in the examples.

【0053】F−4.変形例4:また、上記実施例で
は、単一の触媒によって部分酸化反応と水蒸気改質反応
とを促進したが、複数の触媒を用いても良い。例えば、
部分酸化反応を促進する活性がより高い酸化触媒を、高
密度部の少なくとも一部の領域に担持させる構成が可能
である。
F-4. Modification 4: In the above embodiment, the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction are promoted by a single catalyst, but a plurality of catalysts may be used. For example,
A configuration is possible in which an oxidation catalyst having a higher activity for promoting the partial oxidation reaction is supported on at least a part of the high-density portion.

【0054】F−5.変形例5:上記実施例のように、
部分酸化反応で生じる熱を利用して、水蒸気改質反応を
進行させる改質器において、水蒸気改質反応で要する熱
を補うために、ヒータなどのさらなる加熱手段を改質器
に設けることとしても良い。部分酸化反応と水蒸気改質
反応との両方を進行させる改質器であれば、本発明を適
用可能である。
F-5. Modification 5: As in the above embodiment,
In a reformer that uses a heat generated by a partial oxidation reaction to advance a steam reforming reaction, additional heating means such as a heater may be provided in the reformer to supplement the heat required in the steam reforming reaction. good. The present invention can be applied to any reformer that advances both the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction.

【0055】F−6.変形例6:また、上記実施例で
は、改質器で水素を生成するために用いる原燃料として
天然ガスを用いたが、異なる炭化水素系燃料を用いても
良い。天然ガスの他、ガソリンなどの炭化水素や、メタ
ノールなどのアルコール、アルデヒドなど、改質して水
素を生成可能な燃料であれば適用可能である。なお、用
いる炭化水素系燃料は、天然ガスやガソリンなど、酸素
を含有しない炭化水素であれば、特に本発明の効果を顕
著に得ることができる。酸素を含有しない炭化水素は改
質反応の温度が高いため、通常は、改質反応の速度は、
温度によって律速される。そのため、特に後段部で触媒
密度を抑え、水蒸気改質反応が部分的に進みすぎて温度
が低下してしまうのを防止することによる効果を、顕著
に得ることができる。
F-6. Modification 6: In the above embodiment, natural gas is used as the raw fuel used for generating hydrogen in the reformer, but a different hydrocarbon-based fuel may be used. In addition to natural gas, any fuel that can generate hydrogen by reforming, such as hydrocarbons such as gasoline, alcohols such as methanol, and aldehydes, is applicable. In addition, if the hydrocarbon-based fuel to be used is a hydrocarbon not containing oxygen, such as natural gas or gasoline, the effect of the present invention can be particularly remarkably obtained. Since the oxygen-free hydrocarbon has a high temperature for the reforming reaction, usually, the speed of the reforming reaction is
Limited by temperature. Therefore, the effect of suppressing the catalyst density particularly in the subsequent stage and preventing the steam reforming reaction from partially proceeding excessively and lowering the temperature can be remarkably obtained.

【0056】F−7.変形例7:上記実施例の燃料電池
システム20は、改質反応に供する天然ガスおよび水
を、タンク内に貯蔵している。したがって、この燃料電
池システム20を車両などの移動体に搭載し、燃料電池
40を、移動体の駆動用電源として用いることができ
る。これに対して、本発明を適用した燃料改質装置を備
える燃料電池システムを、定置型として用いることもで
きる。定置型の燃料電池システムに利用する場合には、
天然ガスを原燃料タンク22に貯蔵する代わりに、商用
ガスとして天然ガスを供給するための供給ラインと燃料
電池システムとを接続することができる。また、水を水
タンク24に貯蔵する代わりに、水の供給ラインと燃料
電池システムとを接続することができる。もとより、本
発明の燃料改質装置は、燃料電池以外の水素消費装置に
対して水素を供給するために用いることとしても良い。
F-7. Modification 7: The fuel cell system 20 of the above embodiment stores natural gas and water to be used for the reforming reaction in a tank. Therefore, the fuel cell system 20 can be mounted on a moving body such as a vehicle, and the fuel cell 40 can be used as a power supply for driving the moving body. On the other hand, a fuel cell system including a fuel reforming apparatus to which the present invention is applied can be used as a stationary type. When used for stationary fuel cell systems,
Instead of storing natural gas in the raw fuel tank 22, a supply line for supplying natural gas as commercial gas and a fuel cell system can be connected. Further, instead of storing water in the water tank 24, a water supply line and a fuel cell system can be connected. Of course, the fuel reformer of the present invention may be used for supplying hydrogen to a hydrogen consuming device other than the fuel cell.

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

【図1】実施例としての燃料電池システム20の構成の
概略を表わす説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 20 as an embodiment.

【図2】改質器10の構成を模式的に表わす説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a reformer 10.

【図3】種々のモノリス担体を用いて、転化率を比較し
た結果を表わす図である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of comparison of conversion rates using various monolith carriers.

【図4】変形例としての改質器110の構成を表わす説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a reformer 110 as a modification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,110…改質器 12…高密度部 14…低密度部 20…燃料電池システム 22…原燃料タンク 23…バルブ 24…水タンク 26…脱硫器 28…加熱部 32…蒸発器 33…ブロワ 34…空気供給路 36…CO低減部 37,38…ブロワ 39,139…空気供給路 40…燃料電池 50…制御部 60…原燃料流路 62…水供給路 63…原燃料供給路 64…原燃料ガス供給路 65…改質ガス流路 66…燃料ガス供給路 67…燃料排出路 68…酸化ガス供給路 69…酸化排ガス路 72…ポンプ 112…第1の高密度部 114…第1の低密度部 116…第2の高密度部 118…第2の低密度部 115…混合空間 10, 110 reformer 12 high density part 14 low density part 20 fuel cell system 22 raw fuel tank 23 valve 24 water tank 26 desulfurizer 28 heating part 32 evaporator 33 blower 34 ... air supply path 36 ... CO reduction unit 37, 38 ... blower 39, 139 ... air supply path 40 ... fuel cell 50 ... control unit 60 ... raw fuel flow path 62 ... water supply path 63 ... raw fuel supply path 64 ... raw fuel Gas supply path 65 Reformed gas flow path 66 Fuel gas supply path 67 Fuel discharge path 68 Oxidation gas supply path 69 Oxidation exhaust gas path 72 Pump 1 112 First high density section 114 1st low density Part 116: second high density part 118: second low density part 115: mixed space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EA07 EB03 EB12 EB13 EB23 EB31 EB42 EB43 EC03 EC07 4G140 EA03 EA06 EA07 EB03 EB12 EB13 EB23 EB31 EB42 EB43 EC03 EC07 5H027 AA02 BA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G040 EA03 EA06 EA07 EB03 EB12 EB13 EB23 EB31 EB42 EB43 EC03 EC07 4G140 EA03 EA06 EA07 EB03 EB12 EB13 EB23 EB31 EB42 EB43 EC03 EC07 5H027 AA02 BA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系燃料を改質して水素を生成す
る燃料改質装置であって、 前記炭化水素系燃料を用いる酸化反応と水蒸気改質反応
とを促進する触媒を備え、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を進行する改質部と、 前記改質部に前記炭化水素系燃料および酸素を供給する
供給部と、 を備え、 前記改質部は、 前記触媒の比表面積がより大きく形成された高密度部
と、 前記高密度部の下流側に設けられ、前記触媒の比表面積
がより小さく形成された低密度部とを備えることを特徴
とする燃料改質装置。
1. A fuel reformer for reforming a hydrocarbon-based fuel to generate hydrogen, comprising: a catalyst for promoting an oxidation reaction using the hydrocarbon-based fuel and a steam reforming reaction; A reforming unit that performs the steam reforming reaction using heat generated by the reaction; and a supply unit that supplies the hydrocarbon-based fuel and oxygen to the reforming unit. A fuel, comprising: a high-density part in which the specific surface area of the catalyst is formed larger; and a low-density part provided downstream of the high-density part and formed in a smaller specific surface area of the catalyst. Reformer.
【請求項2】 請求項1記載の燃料改質装置であって、 前記炭化水素系燃料は、酸素を含有しない炭化水素であ
ることを特徴とする燃料改質装置。
2. The fuel reformer according to claim 1, wherein the hydrocarbon-based fuel is a hydrocarbon containing no oxygen.
【請求項3】 請求項1または2記載の燃料改質装置で
あって、 前記改質部は、前記触媒を担持するモノリス担体を備
え、 前記高密度部は、前記低密度部に比べて、単位断面積当
たりのセル数が多いモノリス担体を備える燃料改質装
置。
3. The fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein the reforming section includes a monolithic carrier that supports the catalyst, and the high-density section is smaller than the low-density section. A fuel reformer including a monolith carrier having a large number of cells per unit cross-sectional area.
【請求項4】 請求項3記載の燃料改質装置であって、 前記高密度部は、単位断面積当たりのセル数が、前記低
密度部の2倍以上である燃料改質装置。
4. The fuel reformer according to claim 3, wherein the number of cells per unit sectional area of the high-density section is twice or more as large as that of the low-density section.
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