[go: up one dir, main page]

JP2018006066A - System for fuel cell - Google Patents

System for fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2018006066A
JP2018006066A JP2016128748A JP2016128748A JP2018006066A JP 2018006066 A JP2018006066 A JP 2018006066A JP 2016128748 A JP2016128748 A JP 2016128748A JP 2016128748 A JP2016128748 A JP 2016128748A JP 2018006066 A JP2018006066 A JP 2018006066A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
reforming
fuel
reformed gas
catalyst
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.)
Pending
Application number
JP2016128748A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
慎二 宮川
Shinji Miyagawa
慎二 宮川
星野 真樹
Maki Hoshino
真樹 星野
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2016128748A priority Critical patent/JP2018006066A/en
Publication of JP2018006066A publication Critical patent/JP2018006066A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】燃料電池の燃料として炭化水素系燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化し得る燃料電池用システムを提供する。【解決手段】燃料電池用システムは、炭化水素系燃料を使用する燃料電池と、燃料電池から排出される未燃焼ガスを処理する排気処理部とを備える。排気処理部は、排出ガス流れ方向に沿って上流側に配置され炭化水素を改質する触媒を有するHC改質部と、HC改質部より下流側に配置され改質ガスを燃焼する触媒を有する改質ガス燃焼部とを有する。HC改質部と改質ガス燃焼部とが、同一一体構造体型担体上に配置されている。【選択図】図1Provided is a fuel cell system capable of efficiently purifying unburned gas even when a hydrocarbon fuel is used as fuel for a fuel cell. A fuel cell system includes a fuel cell that uses a hydrocarbon-based fuel, and an exhaust processing unit that processes unburned gas discharged from the fuel cell. The exhaust treatment unit includes an HC reforming unit having a catalyst for reforming hydrocarbons arranged upstream in the exhaust gas flow direction, and a catalyst for combusting the reformed gas arranged downstream from the HC reforming unit. A reformed gas combustion section. The HC reforming section and the reformed gas combustion section are disposed on the same integral structure type carrier. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池用システムに関する。さらに詳細には、本発明は、炭化水素系燃料を使用する燃料電池用システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system. More particularly, the present invention relates to a fuel cell system using a hydrocarbon fuel.

従来、種々の目的を達成することが可能である固体電解質型燃料電池が提案されている(特許文献1参照。)。この固体電解質型燃料電池は、電解質層を燃料極および空気極で挟み込んで形成したセル板と、このセル板に隙間を介して積層して燃料極との間に燃料ガスを流す燃料ガス流路を形成するセパレータを備えている。セル板及びセパレータには、互いに連通して積層方向に沿う燃料ガス供給路、空気供給路及び排気流路を形成する燃料ガス供給開口、空気供給開口及び排気開口がそれぞれ設けられている。セル板とセパレータとの間における燃料ガス流路の出口部分には、セル板とセパレータとの間隔を保持すると共に、燃料ガス流路を通過中に燃焼しなかった燃料ガスを燃焼させる燃焼手段を排気流路と連通状態で内蔵している。   Conventionally, a solid oxide fuel cell capable of achieving various objects has been proposed (see Patent Document 1). This solid oxide fuel cell is composed of a cell plate formed by sandwiching an electrolyte layer between a fuel electrode and an air electrode, and a fuel gas flow path through which fuel gas flows between the cell plate stacked with a gap therebetween The separator which forms is provided. The cell plate and the separator are each provided with a fuel gas supply opening, an air supply opening, and an exhaust opening that communicate with each other and form a fuel gas supply path, an air supply path, and an exhaust flow path along the stacking direction. Combustion means is provided at the outlet of the fuel gas flow path between the cell plate and the separator to burn the fuel gas that has not burned while passing through the fuel gas flow path while maintaining the distance between the cell plate and the separator. Built-in in communication with the exhaust passage.

特許第3972240号Patent No. 3972240

しかしながら、特許文献1に記載された固体電解質型燃料電池は、燃料電池の燃料として水素を使用する場合における未燃焼ガスの浄化に優れたものではあるが、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料を使用する場合における未燃焼ガスの浄化に関しては改善の余地があった。   However, the solid oxide fuel cell described in Patent Document 1 is excellent in purification of unburned gas when hydrogen is used as the fuel for the fuel cell. However, a hydrocarbon-based fuel is used as the fuel for the fuel cell. There was room for improvement in the purification of unburned gas when used.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化し得る燃料電池用システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently purifying unburned gas even when a hydrocarbon fuel is used as a fuel for a fuel cell.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の排気処理部において、排出ガス流れ方向に沿って上流側に炭化水素を改質する触媒を有するHC改質部を配置し、HC改質部より下流側に改質ガスを燃焼する触媒を有する改質ガス燃焼部を配置することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, in a predetermined exhaust treatment unit, an HC reforming unit having a catalyst for reforming hydrocarbons is arranged upstream in the exhaust gas flow direction, and the reformed gas is burned downstream from the HC reforming unit. It has been found that the above object can be achieved by disposing a reformed gas combustion section having a catalyst to perform the present invention, and the present invention has been completed.

本発明によれば、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化し得る燃料電池用システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where a hydrocarbon fuel is used as a fuel of a fuel cell, the system for fuel cells which can purify | clean an unburned gas efficiently can be provided.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池用システムの概略を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した排気処理部の概略を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an outline of the exhaust processing section shown in FIG. 図3は、図2に示した排気処理部の包囲線IIIで囲んだ部分の概略を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing an outline of a portion surrounded by a surrounding line III of the exhaust treatment unit shown in FIG. 図4は、図2に示したHC改質部の触媒層の概略を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the catalyst layer of the HC reforming unit shown in FIG. 図5は、図2に示した改質ガス燃焼部の触媒層の概略を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of the catalyst layer of the reformed gas combustion section shown in FIG. 図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池用システムの概略を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. 図7は、図5に示した排気処理部の概略を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an outline of the exhaust processing section shown in FIG.

以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池用システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing quoted by the following embodiment is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

<第1の実施形態>
まず、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池用システムについて説明する。図1は、第1の実施形態に係る燃料電池用システムの概略を示す説明図である。また、図2は、図1に示した排気処理部の概略を示す斜視図である。さらに、図3は、図2に示した排気処理部の包囲線IIIで囲んだ部分の概略を示す正面図である。また、図4は、図2に示したHC改質部の触媒層の概略を示す説明図である。さらに、図5は、図2に示した改質ガス燃焼部の触媒層の概略を示す説明図である。
<First Embodiment>
First, a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing an outline of the exhaust processing section shown in FIG. Further, FIG. 3 is a front view showing an outline of a portion surrounded by an enveloping line III of the exhaust processing unit shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the catalyst layer of the HC reforming section shown in FIG. Further, FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of the catalyst layer of the reformed gas combustion section shown in FIG.

図1及び図2に示すように、本実施形態の燃料電池用システム1は、燃料電池10と、排気処理部20とを備えている。なお、排気処理部20は、燃料電池10に接続された排気管11内に配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell 10 and an exhaust treatment unit 20. The exhaust processing unit 20 is disposed in the exhaust pipe 11 connected to the fuel cell 10.

そして、燃料電池10としては、炭化水素系燃料を燃料として使用するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、イットリア安定化ジルコニアなどの電解質をアノードとカソードとで挟持した固体酸化物形燃料電池を適用することができる。なお、炭化水素系燃料としては、例えば、炭素と水素とからなる炭化水素や、炭素と水素と酸素とを含む含酸素炭化水素を挙げることができる。また、これらは水を含んでいてもよい。含酸素炭化水素の具体例としては、アルコール含有燃料を挙げることができる。アルコール含有燃料としては、例えば、エタノールを含むものを挙げることができる。典型的には、エタノールと水を混合したものを用いることができる。   The fuel cell 10 is not particularly limited as long as it uses a hydrocarbon-based fuel as a fuel. For example, a solid oxide in which an electrolyte such as yttria-stabilized zirconia is sandwiched between an anode and a cathode. A fuel cell can be applied. Examples of the hydrocarbon fuel include hydrocarbons composed of carbon and hydrogen, and oxygen-containing hydrocarbons containing carbon, hydrogen, and oxygen. Moreover, these may contain water. Specific examples of the oxygen-containing hydrocarbon include alcohol-containing fuel. Examples of the alcohol-containing fuel include those containing ethanol. Typically, a mixture of ethanol and water can be used.

また、排気処理部20としては、燃料電池10から排出される未燃焼ガスを処理するものであり、図中矢印Xで示す排出ガス流れ方向に沿って上流側に配置されたHC改質部21と、HC改質部21より下流側に配置された改質ガス燃焼部23とを有する。ここで、HC改質部21は、図示しない炭化水素を改質する触媒を有する。また、改質ガス燃焼部23は、図示しない改質ガスを燃焼する触媒を有する。なお、未燃焼ガスとしては、例えば、水素(H)、一酸化炭素(CO)、メタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)などが挙げられる。また、改質ガスを燃焼する触媒を有する改質ガス燃焼部23の触媒に比べ、炭化水素を改質する触媒を有するHC改質部21の触媒は、炭化水素の改質の反応性が高い。さらに、改質ガス燃焼部23は、HC改質部21での改質反応で生成する水素(H)、一酸化炭素(CO)に加えて、未燃焼ガスに含まれる水素(H)、一酸化炭素(CO)の燃焼の反応性が高い。また、図示しないが、炭化水素系燃料を使用する燃料電池は前段に水蒸気改質反応を進行させる燃料改質器を有する場合がある。この場合に、燃料改質器で完全には改質されなかった未改質ガスが未燃焼ガスに含まれる可能性があるが、これについても処理することができる。 Further, as the exhaust processing unit 20, the unburned gas discharged from the fuel cell 10 is processed, and the HC reforming unit 21 disposed on the upstream side along the exhaust gas flow direction indicated by the arrow X in the figure. And a reformed gas combustion section 23 disposed downstream of the HC reforming section 21. Here, the HC reforming unit 21 has a catalyst for reforming hydrocarbons (not shown). The reformed gas combustion unit 23 has a catalyst for burning the reformed gas (not shown). Examples of the unburned gas include hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) such as methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 4 ). In addition, the catalyst of the HC reforming unit 21 having a catalyst for reforming hydrocarbons has higher reactivity for hydrocarbon reforming than the catalyst of the reformed gas combustion unit 23 having a catalyst for burning reformed gas. . Further, the reformed gas combusting unit 23 includes hydrogen (H 2 ) contained in unburned gas in addition to hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) generated by the reforming reaction in the HC reforming unit 21. The reactivity of carbon monoxide (CO) combustion is high. Although not shown, a fuel cell using a hydrocarbon-based fuel may have a fuel reformer that advances a steam reforming reaction in the previous stage. In this case, unreformed gas that has not been completely reformed by the fuel reformer may be included in the unburned gas, but this can also be processed.

さらに、HC改質部21と改質ガス燃焼部23とは、同一一体構造型担体211(231)上に配置されている。なお、一体構造型担体211(231)としては、例えば、コーディエライトなどのセラミックやフェライト系ステンレスなどの金属等の耐熱性材料からなるハニカム担体などを適用することができる。   Furthermore, the HC reforming unit 21 and the reformed gas combustion unit 23 are disposed on the same monolithic structure type carrier 211 (231). As the monolithic structure type carrier 211 (231), for example, a honeycomb carrier made of a heat resistant material such as a ceramic such as cordierite or a metal such as ferritic stainless steel can be applied.

また、改質ガス燃焼部23は、図中矢印Xで示す排出ガス流れ方向に沿ってHC改質部21の直下に配置されている。   Further, the reformed gas combustion unit 23 is disposed directly below the HC reforming unit 21 along the exhaust gas flow direction indicated by the arrow X in the drawing.

さらに、図3に示すように、一体構造体担体211の排出ガス流路211Aには触媒層211Bが形成されている。   Further, as shown in FIG. 3, a catalyst layer 211 </ b> B is formed in the exhaust gas passage 211 </ b> A of the integral structure carrier 211.

また、図4に示すように、図2に示したHC改質部21の触媒層211Bは、少なくとも炭化水素を改質する触媒213を有する。触媒213は、例えば、ロジウムを含む触媒金属215と、触媒金属215を担持する基材217とを含む。   As shown in FIG. 4, the catalyst layer 211B of the HC reforming unit 21 shown in FIG. 2 has a catalyst 213 for reforming at least hydrocarbons. The catalyst 213 includes, for example, a catalyst metal 215 containing rhodium and a base material 217 that supports the catalyst metal 215.

さらに、図5に示すように、図2に示した改質ガス燃焼部23の触媒層231Bは、少なくとも改質ガスを燃焼する触媒233を有する。触媒233は、例えば、白金及びパラジウムの少なくとも一方を含む触媒金属235と、触媒金属235を担持する基材237とを含む。   Further, as shown in FIG. 5, the catalyst layer 231B of the reformed gas combustion unit 23 shown in FIG. 2 has at least a catalyst 233 for burning the reformed gas. The catalyst 233 includes, for example, a catalyst metal 235 containing at least one of platinum and palladium, and a base material 237 carrying the catalyst metal 235.

上述のように、排気処理部において、排出ガス流れ方向に沿って上流側に炭化水素を改質する触媒を有するHC改質部を配置し、HC改質部より下流側に改質ガスを燃焼する触媒を有する改質ガス燃焼部を配置することにより、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料、好適にはアルコール含有燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化することができる。また、これにより、排気処理部のサイズを小型化することができるという副次的な利点がある。さらに、これにより、触媒金属の使用量を低減することができるという副次的な利点がある。また、これにより、特に触媒金属の使用によるコストを低減することができるという副次的な利点がある。   As described above, in the exhaust treatment section, an HC reforming section having a catalyst for reforming hydrocarbons is arranged upstream in the exhaust gas flow direction, and the reformed gas is burned downstream from the HC reforming section. By arranging a reformed gas combustion section having a catalyst to perform, even when a hydrocarbon fuel, preferably an alcohol-containing fuel, is used as fuel for the fuel cell, unburned gas can be purified efficiently. it can. This also has a secondary advantage that the size of the exhaust processing section can be reduced. Furthermore, this has a secondary advantage that the amount of catalyst metal used can be reduced. This also has the secondary advantage that the cost due to the use of the catalyst metal can be reduced.

現時点においては、以下のようなメカニズムにより、未燃焼ガスを効率良く浄化できると考えている。   At present, we believe that unburned gas can be efficiently purified by the following mechanism.

例えば、エタノールのようなアルコールを含有する燃料の未燃焼ガスにおいては、水素(H)や一酸化炭素(CO)と比較して、メタン(CH)やエタン(C)などの炭素水素(HC)の反応性が低い。そのため、燃料電池に近く、相対的に温度が高い排出ガス流れ方向に沿って上流側にHC改質部を配置することにより、HC改質部において、吸熱反応であるメタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)の水蒸気改質反応(例えばCH+HO→CO+3H)を促進させることができ、メタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)の浄化性能を向上させることができる。なお、水蒸気改質反応における水蒸気は、例えば、燃料電池において生成するものや燃料由来のものを利用することができる。 For example, in an unburned gas of a fuel containing an alcohol such as ethanol, methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 4 ), and the like are compared with hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). The reactivity of carbon hydrogen (HC) is low. Therefore, by disposing the HC reforming unit on the upstream side in the exhaust gas flow direction that is close to the fuel cell and relatively high in temperature, in the HC reforming unit, methane (CH 4 ) or ethane, which is an endothermic reaction, is disposed. Steam reforming reaction of hydrocarbon (HC) such as (C 2 H 4 ) (for example, CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ) can be promoted, and methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 4 ), etc. It is possible to improve the purification performance of hydrocarbons (HC). In addition, the water vapor | steam in a steam reforming reaction can utilize what is produced | generated in a fuel cell, or a fuel origin, for example.

また、HC改質部に比べメタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)に対する反応性は低いものの改質ガス燃焼部においてもメタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)を改質することができるため、反応性が低いメタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)の反応領域が増え、メタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)の浄化性能を向上させることができる。 Although the reactivity to hydrocarbons (HC) such as methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 4 ) is lower than that of the HC reforming section, methane (CH 4 ) and ethane (C Since hydrocarbons (HC) such as 2 H 4 ) can be reformed, the reaction area of hydrocarbons (HC) such as methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 4 ) with low reactivity is increased, The purification performance of hydrocarbons (HC) such as methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 4 ) can be improved.

さらに、アルコール含有燃料の未燃焼ガスにおいては、メタン(CH)やエタン(C)などの炭化水素(HC)と比較して、水素(H)や一酸化炭素(CO)の反応性が高い。そのため、HC改質部の下流側に配置された改質ガス燃焼部においても、これらを浄化することができる。 Furthermore, in the unburned gas of the alcohol-containing fuel, hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) are compared with hydrocarbons (HC) such as methane (CH 4 ) and ethane (C 2 H 4 ). High reactivity. Therefore, these can be purified also in the reformed gas combustion section arranged on the downstream side of the HC reforming section.

但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。   However, the above mechanism is based on estimation. Therefore, it goes without saying that even if the above-described effect is obtained by a mechanism other than the above-described mechanism, it is included in the scope of the present invention.

また、上述のように、HC改質部と改質ガス燃焼部とが、同一一体構造型担体上に配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、HC改質部からの改質ガスを改質ガス燃焼部において効率良く浄化することができる。   Further, as described above, it is preferable that the HC reforming section and the reformed gas combustion section are disposed on the same monolithic structure type carrier. With such a configuration, the reformed gas from the HC reforming unit can be efficiently purified in the reformed gas combustion unit.

現時点においては、以下のようなメカニズムにより、改質ガスを効率良く浄化できると考えている。   At present, the reformed gas can be efficiently purified by the following mechanism.

例えば、改質ガス燃焼部における発熱を一体構造型担体を介して上流側のHC改質部における反応に利用することができるため、効率良くHC改質部において改質ガスを生成することができる。   For example, since the heat generated in the reformed gas combustion section can be used for the reaction in the upstream HC reforming section via the monolithic structure type carrier, the reformed gas can be efficiently generated in the HC reforming section. .

但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。   However, the above mechanism is based on estimation. Therefore, it goes without saying that even if the above-described effect is obtained by a mechanism other than the above-described mechanism, it is included in the scope of the present invention.

なお、HC改質部と改質ガス燃焼部とが、別個の一体構造型担体上に配置されている場合が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。   Needless to say, the scope of the present invention includes a case where the HC reforming section and the reformed gas combustion section are disposed on separate integral structure type carriers.

さらに、上述のように、改質ガス燃焼部が、排出ガス流れ方向に沿ってHC改質部の直下に配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、HC改質部からの改質ガスを改質ガス燃焼部において効率良く浄化することができる。   Furthermore, as described above, it is preferable that the reformed gas combustion section is disposed directly below the HC reforming section along the exhaust gas flow direction. With such a configuration, the reformed gas from the HC reforming unit can be efficiently purified in the reformed gas combustion unit.

現時点においては、以下のようなメカニズムにより、改質ガスを効率良く浄化できると考えている。   At present, the reformed gas can be efficiently purified by the following mechanism.

例えば、改質ガス燃焼部における発熱を一体構造型担体を介して上流側のHC改質部における反応に利用することができるため、効率良くHC改質部において改質ガスを生成することができる。   For example, since the heat generated in the reformed gas combustion section can be used for the reaction in the upstream HC reforming section via the monolithic structure type carrier, the reformed gas can be efficiently generated in the HC reforming section. .

但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。   However, the above mechanism is based on estimation. Therefore, it goes without saying that even if the above-described effect is obtained by a mechanism other than the above-described mechanism, it is included in the scope of the present invention.

なお、改質ガス燃焼部が、排出ガス流れ方向に沿ってHC改質部の直下に配置されていない場合が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。改質ガス燃焼部が排出ガス流れ方向に沿ってHC改質部の直下に配置されていない場合とは、例えば、HC改質部と改質ガス燃焼部との間に、その他の反応が進行する他の反応部や、空気などの酸化剤ガスを添加する酸化剤ガス添加部、加熱部などを有する場合である。   Needless to say, the scope of the present invention includes a case where the reformed gas combustion section is not disposed directly below the HC reforming section along the exhaust gas flow direction. When the reformed gas combustion section is not disposed immediately below the HC reforming section along the exhaust gas flow direction, for example, other reactions proceed between the HC reforming section and the reformed gas combustion section. This is a case of having another reaction part, an oxidant gas addition part for adding an oxidant gas such as air, and a heating part.

また、上述のように、HC改質部の炭化水素を改質する触媒が、少なくともロジウム(Rh)を含む触媒金属と、触媒金属を担持する基材とを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、上述した水蒸気改質反応が進行し易くなる。これにより、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料、好適にはアルコール含有燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化することができる。   Further, as described above, it is preferable that the catalyst for reforming the hydrocarbon in the HC reforming portion includes a catalyst metal containing at least rhodium (Rh) and a base material supporting the catalyst metal. By setting it as such a structure, it becomes easy to advance the steam reforming reaction mentioned above. As a result, even when a hydrocarbon fuel, preferably an alcohol-containing fuel, is used as the fuel for the fuel cell, the unburned gas can be purified efficiently.

なお、HC改質部の炭化水素を改質する触媒における触媒金属としては、これに限定されるものではなく、ロジウム(Rh)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)若しくはオスミウム(Os)又はこれらを任意に組み合わせたものを適用することができるが、少なくともロジウム(Rh)を含むものを適用することが好ましい。   The catalyst metal in the catalyst for reforming the hydrocarbon in the HC reforming portion is not limited to this, but rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), ruthenium (Ru), iridium (Ir), osmium (Os), or any combination thereof can be applied, but those containing at least rhodium (Rh) are applied. It is preferable.

また、HC改質部の炭化水素を改質する触媒における基材としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリアなどを用いることができる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、高比表面積を確保し得るアルミナを適用することが好ましい。   In addition, as the base material in the catalyst for reforming the hydrocarbon in the HC reforming section, for example, alumina, zirconia, silica, titania, ceria, or the like can be used. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. In particular, it is preferable to apply alumina that can ensure a high specific surface area.

さらに、上述のように、改質ガス燃焼部の改質ガスを燃焼する触媒が、白金(Pt)及びパラジウム(Pd)の少なくとも一方を含む触媒金属と、触媒金属を担持する基材とを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、上述した水素(H)や一酸化炭素(CO)、エタン(C)などの炭化水素(HC)の燃焼が進行し易くなる。これにより、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料、好適にはアルコール含有燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化することができる。 Further, as described above, the catalyst for burning the reformed gas in the reformed gas combustion section includes a catalyst metal containing at least one of platinum (Pt) and palladium (Pd), and a base material supporting the catalyst metal. It is preferable. With such a configuration, combustion of hydrocarbons (HC) such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and ethane (C 2 H 4 ) described above easily proceeds. As a result, even when a hydrocarbon fuel, preferably an alcohol-containing fuel, is used as the fuel for the fuel cell, the unburned gas can be purified efficiently.

なお、改質ガス燃焼部における触媒金属としては、これに限定されるものではなく、パラジウム(Pd)、白金(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)若しくはオスミウム(Os)又はこれらを任意に組み合わせたものを適用することができるが、白金(Pt)及びパラジウム(Pd)の少なくとも一方を適用することが好ましい。   The catalyst metal in the reformed gas combustion section is not limited to this, but palladium (Pd), platinum (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir) or osmium (Os) ) Or an arbitrary combination thereof, but it is preferable to apply at least one of platinum (Pt) and palladium (Pd).

また、白金(Pt)及びパラジウム(Pd)の双方を適用する場合には、特に、水素(H)、一酸化炭素(CO)の燃焼に効果的な白金(Pt)を排出ガス流れ方向に沿って上流側に配置し、特に、一酸化炭素(CO)、水素(H)に加え、メタン(CH)の燃焼に効果的なパラジウム(Pd)を排出ガス流れ方向に沿って下流側に配置することが好ましい。HC改質部での水蒸気改質反応が吸熱反応であることから、改質ガス燃焼部入口の排出ガスの温度が低下するが、白金(Pt)で水素(H)、一酸化炭素(CO)を燃焼させることで、その燃焼熱により、パラジウム(Pd)の温度が上昇し、より効果的に一酸化炭素(CO)、水素(H)に加え、メタン(CH)の燃焼を行うことができ、未燃焼ガスを効率良く浄化することができる。しかしながら、本発明は、このような配置に限定されるものではない。 In addition, when both platinum (Pt) and palladium (Pd) are applied, platinum (Pt) effective for burning hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas flow direction in particular. In particular, in addition to carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), palladium (Pd), which is effective for combustion of methane (CH 4 ), is downstream along the exhaust gas flow direction. It is preferable to arrange in. Since the steam reforming reaction in the HC reforming part is an endothermic reaction, the temperature of the exhaust gas at the inlet of the reformed gas combustion part is lowered, but hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO ), The temperature of palladium (Pd) rises due to the heat of combustion, and more effectively burns methane (CH 4 ) in addition to carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ). And unburned gas can be purified efficiently. However, the present invention is not limited to such an arrangement.

また、改質ガス燃焼部における基材としても、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、チタニア、セリアなどを用いることができる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、高比表面積を確保し得るアルミナを適用することが好ましい。   Further, for example, alumina, zirconia, silica, titania, ceria and the like can be used as the base material in the reformed gas combustion section. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. In particular, it is preferable to apply alumina that can ensure a high specific surface area.

なお、HC改質部と改質ガス燃焼部における基材は、同一であっても異なってもよい。   The base materials in the HC reforming section and the reformed gas combustion section may be the same or different.

<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池用システムについて説明する。図6は、第2の実施形態に係る燃料電池用システムの概略を示す説明図である。また、図7は、図6に示した排気処理部の概略を示す斜視図である。また、上記の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an outline of a fuel cell system according to the second embodiment. FIG. 7 is a perspective view showing an outline of the exhaust processing section shown in FIG. Moreover, about the thing equivalent to what was demonstrated in said embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図6及び図7に示すように、本実施形態の燃料電池用システム2は、HC改質部21と改質ガス燃焼部23とが、別個の一体構造型担体(211,231)上に配置されている構成が、上述した第1の実施形態と相違する。   As shown in FIGS. 6 and 7, in the fuel cell system 2 of the present embodiment, the HC reforming unit 21 and the reformed gas combustion unit 23 are arranged on separate integrated structure carriers (211, 231). The configuration is different from that of the first embodiment described above.

上述のように、排気処理部において、排出ガス流れ方向に沿って上流側の一体構造型担体に炭化水素を改質する触媒を有するHC改質部を配置し、HC改質部より下流側の一体構造型担体に改質ガスを燃焼する触媒を有する改質ガス燃焼部を配置することにより、燃料電池の燃料として炭化水素系燃料、好適にはアルコール含有燃料を使用する場合であっても、未燃焼ガスを効率良く浄化することができる。   As described above, in the exhaust treatment unit, the HC reforming unit having a catalyst for reforming hydrocarbons is disposed on the upstream monolithic support along the exhaust gas flow direction, and the downstream side of the HC reforming unit is disposed. Even if a hydrocarbon-based fuel, preferably an alcohol-containing fuel is used as the fuel for the fuel cell by disposing a reformed gas combustion section having a catalyst for burning the reformed gas on the monolithic structure type carrier, Unburned gas can be purified efficiently.

現時点においては、以下のようなメカニズムにより、改質ガスを効率良く浄化できると考えている。   At present, the reformed gas can be efficiently purified by the following mechanism.

例えば、上述のように、HC改質部と改質ガス燃焼部とが別個の一体構造型担体上に配置されていても、改質ガス燃焼部が、排出ガス流れ方向に沿ってHC改質部の直下に配置されていることにより、HC改質部において生成した改質ガスの熱エネルギがロスしてしまう前や改質ガスの副反応が起きる前に、改質ガスを改質ガス燃焼部において燃焼させることができる。そのため、効率良く改質ガスを浄化することができる。   For example, as described above, even if the HC reforming section and the reformed gas combustion section are arranged on separate integrated structure type carriers, the reformed gas combustion section will be HC reformed along the exhaust gas flow direction. Because the thermal energy of the reformed gas generated in the HC reforming unit is lost or before the side reaction of the reformed gas occurs, the reformed gas is burned by the reformed gas. It can be burned in the part. Therefore, the reformed gas can be efficiently purified.

但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。   However, the above mechanism is based on estimation. Therefore, it goes without saying that even if the above-described effect is obtained by a mechanism other than the above-described mechanism, it is included in the scope of the present invention.

以上、本発明を若干の実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by some embodiment, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.

1,2 燃料電池用システム
10 燃料電池
11 排気管
20 排気処理部
21 HC改質部
211 一体構造型担体
211A 排出ガス流路
211B 触媒層
213 触媒
215 触媒金属
217 基材
23 改質ガス燃焼部
231 一体構造型担体
231B 触媒層
233 触媒
235 触媒金属
237 基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Fuel cell system 10 Fuel cell 11 Exhaust pipe 20 Exhaust treatment part 21 HC reforming part 211 Monolithic structure type support 211A Exhaust gas flow path 211B Catalyst layer 213 Catalyst 215 Catalyst metal 217 Base material 23 Reformed gas combustion part 231 Monolithic structure type carrier 231B Catalyst layer 233 Catalyst 235 Catalyst metal 237 Base material

Claims (6)

炭化水素系燃料を使用する燃料電池と、前記燃料電池から排出される未燃焼ガスを処理する排気処理部と、を備え、
前記排気処理部は、排出ガス流れ方向に沿って上流側に配置され炭化水素を改質する触媒を有するHC改質部と、前記HC改質部より下流側に配置され改質ガスを燃焼する触媒を有する改質ガス燃焼部と、を有する
ことを特徴とする燃料電池用システム。
A fuel cell using a hydrocarbon-based fuel, and an exhaust treatment unit for treating unburned gas discharged from the fuel cell,
The exhaust treatment unit is disposed on the upstream side in the exhaust gas flow direction and has an HC reforming unit having a catalyst for reforming hydrocarbons, and is disposed on the downstream side of the HC reforming unit and combusts the reformed gas. And a reformed gas combustion section having a catalyst.
前記HC改質部と前記改質ガス燃焼部とが、同一一体構造体型担体上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the HC reforming unit and the reformed gas combustion unit are disposed on the same monolithic structure type carrier. 3. 前記改質ガス燃焼部が、排出ガス流れ方向に沿って前記HC改質部の直下に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the reformed gas combustion unit is disposed immediately below the HC reforming unit along an exhaust gas flow direction. 4. 前記HC改質部が、少なくともロジウムを含む触媒金属と、前記触媒金属を担持する基材とを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の燃料電池用システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the HC reforming section includes a catalyst metal containing at least rhodium and a base material supporting the catalyst metal. 前記改質ガス燃焼部が、白金及びパラジウムの少なくとも一方を含む触媒金属と、前記触媒金属を担持する基材とを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の燃料電池用システム。   The said reformed gas combustion part contains the catalyst metal containing at least one of platinum and palladium, and the base material which carry | supports the said catalyst metal, The statement of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Fuel cell system. 前記炭化水素系燃料が、アルコール含有燃料であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の燃料電池用システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the hydrocarbon fuel is an alcohol-containing fuel.
JP2016128748A 2016-06-29 2016-06-29 System for fuel cell Pending JP2018006066A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016128748A JP2018006066A (en) 2016-06-29 2016-06-29 System for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016128748A JP2018006066A (en) 2016-06-29 2016-06-29 System for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018006066A true JP2018006066A (en) 2018-01-11

Family

ID=60949610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016128748A Pending JP2018006066A (en) 2016-06-29 2016-06-29 System for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018006066A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019147105A (en) * 2018-02-27 2019-09-05 日産自動車株式会社 Combustion catalyst

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55130739U (en) * 1979-03-07 1980-09-16
JPS62254366A (en) * 1986-04-28 1987-11-06 Fuji Electric Co Ltd Off-gas purification and combustion device for fuel cell generation system
JP2003190742A (en) * 2001-12-27 2003-07-08 Nissan Motor Co Ltd Exhaust gas purification system for fuel cell vehicle and exhaust gas purification method for fuel cell vehicle
JP2007038072A (en) * 2005-08-01 2007-02-15 Cataler Corp Catalyst for cleaning exhaust gas
JP2007254238A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Toshiba Corp Method for producing hydrogen
JP2007265732A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Tokyo Gas Co Ltd Electricity and hydrogen supply system
JP2013217509A (en) * 2012-04-04 2013-10-24 Dainichi Co Ltd Cogeneration system
US20130312384A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 Herng Shinn Hwang Flex-Fuel Hydrogen Generator for IC Engines and Gas Turbines
JP2014229438A (en) * 2013-05-21 2014-12-08 株式会社デンソー Fuel cell device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55130739U (en) * 1979-03-07 1980-09-16
JPS62254366A (en) * 1986-04-28 1987-11-06 Fuji Electric Co Ltd Off-gas purification and combustion device for fuel cell generation system
JP2003190742A (en) * 2001-12-27 2003-07-08 Nissan Motor Co Ltd Exhaust gas purification system for fuel cell vehicle and exhaust gas purification method for fuel cell vehicle
JP2007038072A (en) * 2005-08-01 2007-02-15 Cataler Corp Catalyst for cleaning exhaust gas
JP2007254238A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Toshiba Corp Method for producing hydrogen
JP2007265732A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Tokyo Gas Co Ltd Electricity and hydrogen supply system
JP2013217509A (en) * 2012-04-04 2013-10-24 Dainichi Co Ltd Cogeneration system
US20130312384A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-28 Herng Shinn Hwang Flex-Fuel Hydrogen Generator for IC Engines and Gas Turbines
JP2014229438A (en) * 2013-05-21 2014-12-08 株式会社デンソー Fuel cell device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019147105A (en) * 2018-02-27 2019-09-05 日産自動車株式会社 Combustion catalyst
JP6997948B2 (en) 2018-02-27 2022-02-04 日産自動車株式会社 Combustion catalyst

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2539561C2 (en) Gas-generator for fuel conversion to oxygen-depleted gas and/or to hydrogen-enriched gas, its application and method of fuel conversion to oxygen-depleted gas and/or to hydrogen-enriched gas (versions)
US8617269B2 (en) Catalytic combustor and fuel reformer having the same
US20020150532A1 (en) Reformer system process
JP6477889B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP5152811B2 (en) Reformer
JP2002012406A (en) Fuel reformer
US8690976B2 (en) Fuel reformer
JP2018006066A (en) System for fuel cell
US20120114537A1 (en) Reformer
EP1231664B1 (en) Temperature/reaction management system for fuel reformer systems
JP6997948B2 (en) Combustion catalyst
JP4759656B2 (en) Hydrogen generator and its startup method
JP5448985B2 (en) Auxiliary device for solid oxide fuel cell, solid oxide fuel cell, and solid oxide fuel cell system
JP5436746B2 (en) Starting method of solid oxide fuel cell module
JP2002356306A (en) Reformer
JP2002042851A (en) Fuel cell system
JP5658897B2 (en) Reforming apparatus and fuel cell system
JP2003303610A (en) Fuel cell system, operating method thereof, and automatic thermal reforming apparatus
JP2014196208A (en) Fuel reforming apparatus and fuel cell system
JP2007200702A (en) Solid oxide fuel cell and method of operating the same
JP6194480B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system
JP2002060206A (en) Hydrogen generator
JP5266122B2 (en) Oxidation autothermal reformer and fuel cell system
JP2005206398A (en) Reformer and operation method thereof
JP2008290912A (en) Fuel cell reformer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190328

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200214

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200331

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200616

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200805

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210219