JP2000272902A - Hydrogen generator - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒体の飛散による影響を無くし、長期間に
わたり安定に動作する水素発生装置を提供すること。
【解決手段】 燃料供給部、燃料改質用水供給部、CO
浄化用空気供給部、改質触媒体ならびにCO変成触媒体
および/またはCO浄化触媒体を備え、かつ前記燃料供
給部から下流側に向けて改質触媒体、CO変成触媒体、
CO浄化触媒体の順に配置してなる水素発生装置であっ
て、さらに前記改質触媒体の下流側に触媒飛散防止手段
が設けられている水素発生装置。
(57) [Problem] To provide a hydrogen generator that eliminates the influence of scattering of a catalyst body and operates stably for a long period of time. SOLUTION: Fuel supply unit, fuel reforming water supply unit, CO
A purification air supply unit, a reforming catalyst, and a CO conversion catalyst and / or a CO purification catalyst, and a reforming catalyst, a CO conversion catalyst toward the downstream side from the fuel supply unit,
A hydrogen generator comprising a CO purifying catalyst arranged in order, and further comprising catalyst scattering prevention means provided downstream of the reforming catalyst.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池などの燃
料に用いられる水素を発生させる水素発生装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen generator for generating hydrogen used for fuel such as a fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、車載用、家庭用燃料電池に用
いる水素は、メタン、プロパン、ガソリン、灯油などの
炭化水素系燃料、メタノールなどのアルコール系燃料、
またはジメチルエーテルなどのエーテル系燃料を、水蒸
気を加えて加熱した改質触媒に接触させて発生させてい
る。通常、炭化水素系燃料は500〜800℃程度、ア
ルコールやエーテル系燃料は200〜400℃程度の温
度で改質される。このとき、高温で反応させるほど発生
する一酸化炭素(CO)の濃度が高くなるため、CO変
成触媒を用いてCOと水蒸気を反応させ、CO濃度を
0.1〜1%程度にまで低減させている。しかし、この
ような機構により水素を発生させる従来の水素発生装置
は、これらの改質触媒体、CO変成触媒体およびCO触
媒体の間には、飛散を防止するような手段は設置されて
いなかった。2. Description of the Related Art Conventionally, hydrogen used for vehicle-mounted and household fuel cells has been developed from hydrocarbon fuels such as methane, propane, gasoline, and kerosene; alcohol fuels such as methanol;
Alternatively, ether fuels such as dimethyl ether are generated by contact with a reforming catalyst heated by adding steam. Usually, hydrocarbon-based fuel is reformed at a temperature of about 500 to 800 ° C, and alcohol and ether-based fuels are reformed at a temperature of about 200 to 400 ° C. At this time, since the concentration of carbon monoxide (CO) generated increases as the reaction proceeds at a high temperature, CO and steam are reacted using a CO shift catalyst to reduce the CO concentration to about 0.1 to 1%. ing. However, in the conventional hydrogen generator that generates hydrogen by such a mechanism, means for preventing scattering is not provided between the reforming catalyst, the CO shift catalyst, and the CO catalyst. Was.
【0003】触媒の飛散を防止する手段が設置されてい
ない場合、水素発生装置を起動させる際に熱衝撃が触媒
体に加わり、車載した場合には振動によって触媒体が破
壊し、長期間使用すると脱落した触媒成分が触媒体の下
流側に飛散する可能性がある。この場合、飛散した改質
触媒は改質ガスをメタン化し、飛散したCO変成触媒は
COの選択酸化を阻害したり、逆シフト反応によってC
O濃度を増加させるため、装置全体の効率低下を招く一
つの要因となっていた。[0003] When a means for preventing catalyst scattering is not installed, a thermal shock is applied to the catalyst when the hydrogen generator is started, and when the hydrogen generator is mounted on a vehicle, the catalyst is broken by vibration. The dropped catalyst component may be scattered downstream of the catalyst body. In this case, the scattered reforming catalyst methanizes the reformed gas, and the scattered CO shift catalyst inhibits the selective oxidation of CO, or the C shift by the reverse shift reaction.
Increasing the O concentration has been one factor that causes a reduction in the efficiency of the entire apparatus.
【0004】このように従来の方法は、化学プラントな
どで定常運転のみを行い、頻繁な起動操作を必要としな
い用途には大きな問題はないが、車載用や家庭用燃料電
池のように、運転の停止および始動を繰り返したり、激
しい振動がある用途では、多くの問題があった。As described above, the conventional method performs only a steady operation in a chemical plant or the like and does not have a serious problem in applications that do not require frequent start-up operations. There were many problems in applications where the motor was repeatedly stopped and started, or where there was severe vibration.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上のような事実に鑑
み、本発明は、前述のような水素発生装置の問題点を解
消するために、触媒体の飛散による影響を無くし、長期
間にわたり安定に動作する水素発生装置を提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above facts, the present invention eliminates the influence of the scattering of the catalyst and eliminates the problem of the hydrogen generator in order to solve the above-mentioned problems of the hydrogen generator. It is an object of the present invention to provide a hydrogen generator that operates at a high speed.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の目的を
達成するために、燃料供給部、燃料改質用水供給部、C
O浄化用空気供給部、改質触媒体ならびにCO変成触媒
体および/またはCO浄化触媒体を備え、かつ前記燃料
供給部から下流側に向けて改質触媒体、CO変成触媒
体、CO浄化触媒体の順に配置してなる水素発生装置で
あって、さらに前記改質触媒体の下流側に触媒飛散防止
手段が設けられている水素発生装置に関する。この場
合、前記改質触媒体と前記CO変成触媒体、および前記
CO変成触媒体とCO浄化触媒体との間に前記飛散防止
手段を設けるのが好ましい。また、前記飛散防止手段
は、フィルターであるのが好ましい。According to the present invention, there is provided a fuel supply unit, a fuel reforming water supply unit, and a fuel supply unit.
An O-purifying air supply unit, a reforming catalyst, and a CO-converting catalyst and / or a CO-purifying catalyst; and a reforming catalyst, a CO-converting catalyst, and a CO-purifying catalyst that are arranged downstream from the fuel supply unit. The present invention relates to a hydrogen generator arranged in the order of media, further comprising a catalyst scattering prevention means provided downstream of the reforming catalyst body. In this case, it is preferable to provide the scattering prevention means between the reforming catalyst and the CO shift catalyst, and between the CO shift catalyst and the CO purification catalyst. Preferably, the scattering prevention means is a filter.
【0007】このようなフィルターとしては、金属、セ
ラミックスもしくはこれらの複合体からなる繊維で構成
されるフィルター、または金属、セラミックスもしくは
これらの複合体からなるメッシュ形状、ハニカム形状ま
たは発泡体形状のフィルターであるのが好ましい。ま
た、前記フィルターの温度は、改質ガスがメタン化する
温度よりも高いのが好ましい。また、前記フィルターの
圧力損失を検知する圧力検知装置を前記フィルターの上
流側および下流側に設けるのが好ましい。また、前記フ
ィルターに近接する位置に温度検知装置を設けるのが好
ましい。[0007] Examples of such a filter include a filter made of metal, ceramics, or a composite of these, or a mesh, honeycomb, or foamed filter made of metal, ceramics, or a composite of these. Preferably it is. Preferably, the temperature of the filter is higher than the temperature at which the reformed gas methanizes. Further, it is preferable to provide a pressure detecting device for detecting a pressure loss of the filter on an upstream side and a downstream side of the filter. Further, it is preferable to provide a temperature detecting device at a position close to the filter.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の実施の形態1の概
略構成図である。図1に示す水素発生装置において、燃
料は燃料供給部1から導入し、水蒸気を燃料改質用水供
給部2から加える。燃料と水蒸気が混合された原料ガス
は、熱交換フィン3を有する流路を通って加熱される。
そして、加熱用バーナー5で加熱された改質触媒体4に
接触して反応し、改質ガスを生成する。このとき、排気
口6からは、燃焼排ガスを排気する。ついで、この改質
ガス中に含まれるCO量をCO変成触媒体7によって低
減する。さらに、固体高分子型燃料電池で使用するため
にはCOを数ppmレベルまで除去する必要があるた
め、CO浄化用空気供給部8から微量の空気を導入し、
CO浄化触媒体9によってCOを酸化除去する。COを
除去した改質ガスは改質ガス出口10から例えば燃料電
池へ供給する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention. In the hydrogen generator shown in FIG. 1, fuel is introduced from a fuel supply unit 1, and steam is added from a fuel reforming water supply unit 2. The raw material gas in which the fuel and the steam are mixed is heated through a flow path having the heat exchange fins 3.
Then, it contacts and reacts with the reforming catalyst body 4 heated by the heating burner 5 to generate a reformed gas. At this time, the combustion exhaust gas is exhausted from the exhaust port 6. Next, the amount of CO contained in the reformed gas is reduced by the CO conversion catalyst 7. Further, in order to use CO in a polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to remove CO to a level of several ppm, so a small amount of air is introduced from the CO purification air supply unit 8,
The CO purification catalyst 9 oxidizes and removes CO. The reformed gas from which CO has been removed is supplied from the reformed gas outlet 10 to, for example, a fuel cell.
【0009】そして、改質触媒体6とCO変成触媒体7
のの下流側には、それぞれ第一フィルター11および第
二フィルター12を設置する。また、反応器を一定温度
に保つために、装置の各部分は断熱材で覆ってもよい。
触媒体としては従来からのものでよく、改質触媒体には
Ni触媒、CO変成触媒体としてはCu−Zn触媒、C
O浄化触媒体としてはPt触媒をそれぞれ用いるのが好
ましい。The reforming catalyst 6 and the CO shift catalyst 7
A first filter 11 and a second filter 12 are respectively installed on the downstream side of. In order to keep the reactor at a constant temperature, each part of the apparatus may be covered with a heat insulating material.
The catalyst may be a conventional one. The reforming catalyst may be a Ni catalyst, the CO conversion catalyst may be a Cu-Zn catalyst, a C
It is preferable to use a Pt catalyst as the O purification catalyst.
【0010】改質ガスを発生させるための燃料は、都市
ガス(天然ガス)、プロパン、灯油、ガソリン、メタノ
ール、ジメチルエーテルなどがある。このとき、改質方
法も水蒸気を加える水蒸気改質や、空気を加えて行う部
分改質、さらに両方の反応を組み合わせた改質方法など
がある。ここでは、燃料として天然ガスを用い、水蒸気
改質させた場合に代表させて説明する。ただし、他の燃
料を用いたり、部分改質や部分改質と水蒸気改質を組み
合わせた改質方法であっても、生成する改質ガスの組成
が多少変化し、改質時の温度条件が変化するものの、本
手法を適用することができる。[0010] Fuels for generating reformed gas include city gas (natural gas), propane, kerosene, gasoline, methanol, dimethyl ether and the like. At this time, reforming methods include steam reforming by adding steam, partial reforming by adding air, and a reforming method combining both reactions. Here, a description will be given of a case where natural gas is used as fuel and steam reforming is performed. However, even if another fuel is used or the reforming method is a partial reforming or a combination of partial reforming and steam reforming, the composition of the reformed gas to be generated slightly changes, and the temperature condition at the time of the reforming is changed. The method can be applied, although it changes.
【0011】本発明の水素発生装置の動作と特性につい
て説明する。燃料は燃料供給部1から導入し、燃料に対
して3倍程度の水蒸気を水供給部2から加える。混合さ
れた原料ガスは加熱用バーナー4で加熱され、500℃
〜800℃程度に加熱された改質触媒体6に接触して反
応し、改質ガスが生成する。この改質ガス中には水素の
他に10%程度のCOを含むため、CO変成触媒体7に
よって、一酸化炭素を数千ppm〜1%程度まで低減す
る。さらに、固体高分子型燃料電池で使用するためには
COを数ppmレベルまで除去する必要があるため、空
気供給部8から微量の空気を導入しCO浄化触媒体9に
よってCOを酸化除去する。COを除去した改質ガスは
改質ガス出口10から燃料電池へ供給する。The operation and characteristics of the hydrogen generator according to the present invention will be described. Fuel is introduced from the fuel supply unit 1, and about three times as much steam as the fuel is added from the water supply unit 2. The mixed raw material gas is heated by the heating burner 4 and
The reformed catalyst body 6 heated to about 800 ° C. contacts and reacts to generate reformed gas. Since this reformed gas contains about 10% CO in addition to hydrogen, the CO shift catalyst 7 reduces carbon monoxide to several thousands ppm to about 1%. Further, since it is necessary to remove CO to a level of several ppm for use in a polymer electrolyte fuel cell, a small amount of air is introduced from the air supply unit 8 and CO is oxidized and removed by the CO purification catalyst 9. The reformed gas from which CO has been removed is supplied from the reformed gas outlet 10 to the fuel cell.
【0012】前述のように、車載用や家庭用燃料電池シ
ステムの場合、頻繁に起動、停止を繰り返す必要があ
り、このとき各触媒体には激しい熱衝撃が与えられる。
また、特に車載用の場合、走行時に振動が加わることに
なる。このような条件下で長期間装置を作動させると、
触媒体が徐々に割れたり、微粉化が進行する。このと
き、触媒体自体の反応性に対して大きな影響はないが、
触媒体から脱落した触媒粉末が下流側に飛散する。この
ようにして触媒粉末が飛散した場合、粉末は飛散が生じ
た触媒体の下流側にある触媒体で主に捕集される。具体
的には、改質触媒はCO変成部で、CO変成触媒はCO
浄化部で捕集される。As described above, in the case of an in-vehicle or home fuel cell system, it is necessary to repeatedly start and stop the fuel cell system. At this time, a severe thermal shock is applied to each catalyst.
In particular, in the case of a vehicle, vibration is applied during traveling. If the device is operated for a long time under these conditions,
The catalyst body is gradually cracked or pulverized. At this time, there is no significant effect on the reactivity of the catalyst body itself,
The catalyst powder dropped from the catalyst body is scattered downstream. When the catalyst powder is scattered in this manner, the powder is mainly collected by the catalyst located downstream of the scattered catalyst. Specifically, the reforming catalyst is a CO shift section, and the CO shift catalyst is CO
Collected in the purification section.
【0013】通常、炭化水素の改質触媒として適用可能
な触媒は、CO変成触媒が作動する温度条件でメタン化
触媒として働くため、改質触媒体から飛散した触媒粉末
は、結果的にメタン転換率を低下することになる。ま
た、CO変成触媒体からの飛散粉末もCO浄化触媒体に
捕集されると、同様に悪影響を及ぼすことになる。CO
浄化部では、空気を加えてCOを選択的に酸化するが、
CO浄化触媒体上に捕集されたCO変成触媒は、CO酸
化の選択性を低下させるとともに、CO浄化触媒の下流
部付近まで達したCO変成触媒は、逆シフト反応によっ
て二酸化炭素と水素を反応させ、CO濃度を上昇させ
る。Usually, a catalyst applicable as a hydrocarbon reforming catalyst functions as a methanation catalyst under a temperature condition at which a CO shift catalyst operates, and thus the catalyst powder scattered from the reforming catalyst body results in methane conversion. Rate will be reduced. Further, if the scattered powder from the CO conversion catalyst is also collected by the CO purification catalyst, the powder also has a bad effect. CO
In the purification section, air is added to selectively oxidize CO,
The CO conversion catalyst trapped on the CO purification catalyst reduces the selectivity of CO oxidation, and the CO conversion catalyst that has reached near the downstream of the CO purification catalyst reacts carbon dioxide and hydrogen by a reverse shift reaction. To increase the CO concentration.
【0014】一方、本実施の形態のように改質触媒体と
CO変成触媒体の下流側にそれぞれ第1フィルター11
と第2フィルター12を設置した場合には、上記のよう
に飛散した触媒粉末がCO変成触媒体やCO浄化触媒体
へ捕集されることがなく長期間安定に装置を作動させる
ことができる。On the other hand, as in the present embodiment, the first filter 11 is provided downstream of the reforming catalyst and the CO conversion catalyst, respectively.
When the second filter 12 and the second filter 12 are provided, the device can be operated stably for a long period of time without the catalyst powder scattered as described above being collected by the CO conversion catalyst or the CO purification catalyst.
【0015】このとき、改質触媒体6下流部の第一フィ
ルター11は、実質的にメタン化反応が進行しない温度
となるようにするのが好ましい。メタン改質反応は温度
に依存する平衡反応であるため、300〜400℃程度
の温度領域では、メタン化反応が進行する。このため、
メタン転換率は低下することになる。本実施の形態では
第一フィルター11を改質触媒体6の下流部に近接させ
ることによって改質触媒体6に近い温度にするのが好ま
しい。なお、実質的にメタン化反応が進行しない温度と
いうのは、目標とする装置のメタン転換率によるが、通
常はメタン濃度が1〜5%を越えない温度領域のことを
いう。At this time, it is preferable that the temperature of the first filter 11 downstream of the reforming catalyst body 6 is set to a temperature at which the methanation reaction does not substantially proceed. Since the methane reforming reaction is a temperature-dependent equilibrium reaction, the methanation reaction proceeds in a temperature range of about 300 to 400 ° C. For this reason,
The methane conversion will decrease. In the present embodiment, it is preferable to bring the first filter 11 close to the downstream portion of the reforming catalyst body 6 to make the temperature close to the reforming catalyst body 6. The temperature at which the methanation reaction does not substantially proceed depends on the methane conversion rate of the target apparatus, but usually refers to a temperature range in which the methane concentration does not exceed 1 to 5%.
【0016】第1フィルター11および第2フィルター
12としては、金属、セラミックスもしくはこれらの複
合体からなる繊維で構成されるフィルター、または金
属、セラミックスもしくはこれらの複合体からなるメッ
シュ形状、ハニカム形状または発泡体形状のフィルター
を用いるのが好ましい。フィルターの製造方法として
は、ステンレス鋼、ガラス、石英などの耐熱性材料から
なるウールを数センチメートルの厚さになるように管内
部に設置してもよいし、あらかじめ数ミリメートルの厚
さに圧縮成型してもよい。これらは、飛散してくる触媒
粉末を捕集できる構造で、使用条件下で充分に安定な材
質である。そして、表面が多孔性で、通過するまでに飛
散した触媒の半分以上が捕集されるという効果がある。As the first filter 11 and the second filter 12, a filter made of metal, ceramics, or a fiber made of a composite thereof, or a mesh, honeycomb, or foam made of metal, ceramics, or a composite thereof is used. It is preferable to use a body-shaped filter. As a method of manufacturing the filter, wool made of a heat-resistant material such as stainless steel, glass, quartz, etc. may be installed inside the tube so as to have a thickness of several centimeters, or compressed in advance to a thickness of several millimeters. It may be molded. These materials have a structure capable of collecting the scattered catalyst powder and are sufficiently stable under use conditions. Then, the surface is porous, and there is an effect that more than half of the catalyst scattered before passing is collected.
【0017】また、本実施の形態では、第1フィルター
11と第2フィルター12を通常の細い経路中に設置し
たが、フィルター面積が大きくなるように、フィルター
部の経路を太くしたり、フィルターの形状を湾曲させる
ことによって、目詰まりによるフィルターの圧力損失増
加を抑制することができる。また、フィルターの目詰ま
りによって、圧力損失が大きくなるため、第1フィルタ
ー11、第2フィルター12の上流側と下流側に圧力検
知器を設けることが好ましい。フィルターの圧力損失が
大きくなると、燃料などを送るためのポンプなどに負荷
がかかり、効率が低下する。そこで、フィルター前後の
圧力を検知することによって、第1フィルター11と第
2フィルター12による圧力損失を求め、あらかじめ決
めておいた基準値に達したときに、フィルターを交換す
ると、長期間安定に水素発生装置を作動させることがで
きる。Further, in the present embodiment, the first filter 11 and the second filter 12 are provided in a normal narrow path, but the path of the filter section is made thicker or the size of the filter is increased so as to increase the filter area. By bending the shape, an increase in pressure loss of the filter due to clogging can be suppressed. Further, since pressure loss increases due to clogging of the filters, it is preferable to provide pressure detectors on the upstream and downstream sides of the first filter 11 and the second filter 12. When the pressure loss of the filter increases, a load is applied to a pump for sending fuel or the like, and the efficiency is reduced. Therefore, by detecting the pressure before and after the filter, the pressure loss due to the first filter 11 and the second filter 12 is obtained. The generator can be activated.
【0018】本実施の形態では、燃料電池として固体高
分子型のものを用い、CO濃度をppmレベルまで除去
する必要があるため、改質触媒体、CO変成触媒体、C
O浄化触媒体をすべて設置した場合について述べたが、
燃料電池部がCOを数百〜数千ppm程度含んだ改質ガ
スで作動するものであれば、CO浄化触媒体は無くても
よい。In this embodiment, a solid polymer fuel cell is used as the fuel cell, and it is necessary to remove the CO concentration to the ppm level.
Although the case where all the O purification catalysts are installed has been described,
If the fuel cell unit operates with a reformed gas containing several hundred to several thousand ppm of CO, the CO purification catalyst may not be necessary.
【0019】また、メタノールやジメチルエーテルのよ
うな燃料を用いた場合には、300℃前後の低い温度で
改質が可能であり、改質後のCO濃度が比較的低くなる
ため、CO変成触媒体を設置しなくてもCO浄化触媒体
のみで動作可能の場合もある。この場合は、改質触媒に
CO変成触媒と類似の触媒、例えば銅−亜鉛系触媒を用
いるため、飛散する触媒粉末は本実施例のCO変成触媒
が飛散したものと同じ影響があり、改質触媒体の下流部
にフィルターを設置することが好ましい。When a fuel such as methanol or dimethyl ether is used, reforming can be performed at a low temperature of about 300 ° C., and the CO concentration after reforming is relatively low. In some cases, it is possible to operate with only the CO purification catalyst without installing the CO. In this case, since a catalyst similar to the CO shift catalyst, for example, a copper-zinc catalyst, is used as the reforming catalyst, the scattered catalyst powder has the same effect as the scattered CO shift catalyst of the present embodiment. Preferably, a filter is provided downstream of the catalyst body.
【0020】また、本実施の形態では、燃料を水蒸気改
質した例について述べたが、水蒸気の代わりに空気を加
えて部分改質をおこなった場合には、改質ガスに含まれ
る水素の割合が減少するが、触媒体上で改質と同時に燃
焼反応が起こり、触媒体の加熱が容易になる。また、空
気と水蒸気を同時に加えた場合には、水蒸気改質と部分
改質の中間の特性が得られる。また、改質触媒体にはN
i系、CO変成触媒体としてはCuーZn系、CO浄化
触媒体としてはPt系の触媒成分をそれぞれ用いるのが
好ましいが、本発明においては、改質反応、CO変成反
応、CO浄化反応それぞれに活性を有する触媒成分であ
れば、特にこれに限定されることはない。In this embodiment, an example in which fuel is steam reformed has been described. However, when partial reforming is performed by adding air instead of steam, the proportion of hydrogen contained in the reformed gas is reduced. However, the combustion reaction occurs simultaneously with the reforming on the catalyst body, and the heating of the catalyst body becomes easy. When air and steam are added at the same time, an intermediate property between steam reforming and partial reforming is obtained. The reforming catalyst body contains N
It is preferable to use a Cu-Zn-based catalyst component as the i-based and CO-converting catalyst and a Pt-based catalyst component as the CO-purifying catalyst, but in the present invention, the reforming reaction, the CO-converting reaction, and the CO-purifying reaction The catalyst component is not particularly limited as long as it is a catalyst component having a high activity.
【0021】触媒体の形状として、ペレット形状のもの
を用いたが、ハニカムに担持した触媒体など、他の形状
のものも用いられる。また、本実施例では飛散防止手段
としてフィルターを用いたが、触媒粉末の飛散を防止す
る手段であれば、触媒体下流側経路の途中に改質ガスの
流れを利用した吹き溜まりを作って捕集したり、経路の
管内部に表面処理を加えて粉末を吸着させるなども可能
である。Although the shape of the catalyst body is a pellet shape, other shapes such as a catalyst body supported on a honeycomb may be used. In this embodiment, a filter is used as the scattering prevention means. However, if it is a means for preventing the scattering of the catalyst powder, a trap is formed in the middle of the downstream side of the catalyst body by using a flow of the reformed gas and collected. It is also possible to apply a surface treatment to the inside of the tube of the passage to adsorb the powder.
【0022】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態について説明する。本実施の形態は図2に示すよ
うに、改質触媒体下流側の第一フィルター31を実質的
にメタン化反応が進行する温度とし、第一フィルター3
1に近接して熱電対33とこれに接続する計測器34を
設置してあり、作用効果の大部分は実施の形態1と類似
である。したがって、異なる点を中心に本実施の形態を
説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the first filter 31 on the downstream side of the reforming catalyst is set to a temperature at which the methanation reaction substantially proceeds, and the first filter 3
A thermocouple 33 and a measuring device 34 connected to the thermocouple 33 are installed close to the first embodiment, and most of the operation and effects are similar to those of the first embodiment. Therefore, the present embodiment will be described focusing on the different points.
【0023】図2は本実施の形態の概略構成図である。
第1フィルター31は改質触媒体26とCO変成触媒体
27の中間付近に設置しており、温度も両者の中間であ
る400〜500℃となっている。第1フィルター31
に改質触媒体26からの飛散触媒が捕集されると、メタ
ン化反応が進行する温度であるため発熱する。この発熱
量は第1フィルター31に捕集された飛散触媒量に比例
し、近接して設置してある熱電対33によって温度を検
知することによって、第1フィルターに捕集された飛散
触媒量を見積もることができる。第1フィルター31の
温度があらかじめ決めておいた基準値に達したときに、
フィルターを交換すると、長期間安定に水素発生装置を
作動させることができる。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the present embodiment.
The first filter 31 is installed near the middle between the reforming catalyst body 26 and the CO conversion catalyst body 27, and has a temperature of 400 to 500 ° C., which is halfway between the two. First filter 31
When the scattered catalyst from the reforming catalyst body 26 is collected, heat is generated at a temperature at which the methanation reaction proceeds. This calorific value is proportional to the amount of the scattered catalyst collected by the first filter 31, and the amount of the scattered catalyst collected by the first filter is detected by detecting the temperature with the thermocouple 33 installed in close proximity. Can be estimated. When the temperature of the first filter 31 reaches a predetermined reference value,
By replacing the filter, the hydrogen generator can be operated stably for a long period of time.
【0024】なお、本実施の形態では、図2に示すよう
にフィルターの下流側から熱電対を近接させたが、装置
の構成によっては上流側、側面、または管の外部に近接
させることもできる。また、温度検知装置は、サーミス
タやバイメタルなど、温度を検知して信号が得られる検
知手段を用いることもできる。以下に実施例を用いて本
発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらのみに
限定されるものではない。In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the thermocouple is made to approach from the downstream side of the filter. However, depending on the configuration of the device, it may be made to approach to the upstream side, the side surface, or the outside of the tube. . Further, the temperature detecting device can use a detecting means such as a thermistor or a bimetal which can detect a temperature and obtain a signal. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【0025】[0025]
【実施例】《実施例1》Ni系の改質触媒体6、Cu−
Zn系のCO変成触媒7、およびPt系のCO選択酸化
触媒体9をそれぞれ、図1に示す水素発生装置に充填し
た。ステンレス製で線径0.1μmの金属繊維からなる
第1フィルター11と第2フィルター12を改質触媒体
6とCO変成触媒体7の下流側にそれぞれ設置した。脱
硫した都市ガスを燃料供給部1より毎分50リットル、
水蒸気を水供給部2より毎分150リットル導入し、加
熱用バーナー4によって改質触媒体6の温度が約800
℃となるように加熱して反応させた。Example 1 Example 1 Ni-based reforming catalyst 6, Cu-
The Zn-based CO shift catalyst 7 and the Pt-based CO selective oxidation catalyst 9 were each filled in the hydrogen generator shown in FIG. A first filter 11 and a second filter 12 made of stainless steel and made of a metal fiber having a wire diameter of 0.1 μm were installed on the downstream side of the reforming catalyst 6 and the CO shift catalyst 7, respectively. 50 liters of desulfurized city gas from the fuel supply unit 1 per minute,
Steam is introduced at a rate of 150 liters per minute from the water supply unit 2, and the temperature of the reforming
The reaction was carried out by heating to ℃.
【0026】改質触媒体6通過後の改質ガス組成をガス
クロマトグラフィで測定したところ、水蒸気を除いて、
水素約80%、CO約11%、二酸化炭素約9%、メタ
ン濃度0.05%であった。また、CO変成触媒体7通
過後の改質ガス組成は、メタンとCOがそれぞれ0.0
5%、および0.3%であった。さらに、CO浄化触媒
体9通過後で、CO濃度は8ppmであった。また、第
1フィルター11と第2フィルター12の温度を測定す
ると、それぞれ700℃、150℃であった。The composition of the reformed gas after passing through the reforming catalyst body 6 was measured by gas chromatography.
Hydrogen was about 80%, CO was about 11%, carbon dioxide was about 9%, and the methane concentration was 0.05%. Further, the composition of the reformed gas after passing through the CO conversion catalyst 7 is such that methane and CO are each 0.0%.
5% and 0.3%. Further, after passing through the CO purification catalyst 9, the CO concentration was 8 ppm. When the temperatures of the first filter 11 and the second filter 12 were measured, they were 700 ° C. and 150 ° C., respectively.
【0027】水素発生装置を一度停止、続いて始動させ
た。さらに停止、始動動作を1500回繰り返して、同
様に改質ガス組成を測定したところ、メタン濃度は、第
1フィルター11通過前後、及びCO変成触媒体7通過
後で、どれも0.06%であった。CO濃度はCO浄化
触媒体9通過後で9ppmであった。第1フィルター1
1、及び第2フィルター12前後の圧力を測定し、初期
との圧力損失の差を調べると、それぞれ20mAq、及
び40mAqであった。装置からフィルターを取り出
し、付着した触媒粉末の重量を測定したところ、第1フ
ィルター11は12g、第2フィルター12は38gの
重量増加が見られた。The hydrogen generator was once stopped and subsequently started. Further, the stop and start operations were repeated 1500 times, and the reformed gas composition was measured in the same manner. The methane concentration was 0.06% before and after passing through the first filter 11 and after passing through the CO conversion catalyst 7. there were. The CO concentration after passing through the CO purifying catalyst 9 was 9 ppm. First filter 1
The pressures before and after the first and second filters 12 were measured, and the difference in pressure loss from the initial pressure was 20 mAq and 40 mAq, respectively. The filter was taken out of the apparatus and the weight of the attached catalyst powder was measured. As a result, a weight increase of 12 g for the first filter 11 and a weight increase of 38 g for the second filter 12 were observed.
【0028】《実施例2》実施例1の水素発生装置と燃
料電池、及び駆動用モーターを連結させて乗用車に搭載
し、2万km走行試験を行った。走行後、実施例1と同
じく改質ガス組成をガスクロマトグラフィで測定したと
ころ、メタン濃度は、第1フィルター11通過前後、及
びCO変成触媒体7通過後で、どれも0.08%であっ
た。CO濃度はCO浄化触媒体9通過後で10ppmで
あった。Example 2 The hydrogen generator of Example 1, a fuel cell, and a driving motor were connected and mounted on a passenger car, and a 20,000 km running test was performed. After traveling, the reformed gas composition was measured by gas chromatography in the same manner as in Example 1. As a result, the methane concentration was 0.08% before and after passing through the first filter 11 and after passing through the CO conversion catalyst 7. . The CO concentration was 10 ppm after passing through the CO purification catalyst 9.
【0029】《実施例3》実施例1で第1フィルター3
1を図2のに示すように、改質触媒体26とCO変成触
媒体27の中間の位置に設置した。第1フィルター31
に接触するように熱電対33を設置し、熱電対33の信
号は計測器34で読みとった。脱硫した都市ガスを燃料
供給部21より毎分50リットル、水蒸気を水供給部2
2より毎分150リットル導入して反応させたところ、
水素約80%、CO約11%、二酸化炭素約9%、メタ
ン濃度0.05%であった。また、CO変成触媒体27
通過後の改質ガス組成は、メタンとCOがそれぞれ0.
05%、および0.3%であった。さらに、CO浄化触
媒体29通過後で、CO濃度は8ppmであった。<< Embodiment 3 >> The first filter 3 in the embodiment 1
As shown in FIG. 2, No. 1 was placed at an intermediate position between the reforming catalyst body 26 and the CO conversion catalyst body 27. First filter 31
The thermocouple 33 was set so as to be in contact with, and the signal of the thermocouple 33 was read by the measuring instrument 34. The desulfurized city gas is supplied from the fuel supply unit 21 at a rate of 50 liters per minute, and the steam is supplied to the water supply unit 2.
After reacting by introducing 150 liters per minute from 2,
Hydrogen was about 80%, CO was about 11%, carbon dioxide was about 9%, and the methane concentration was 0.05%. Further, the CO conversion catalyst 27
The composition of the reformed gas after passing was 0.1% for methane and 0.1% for CO, respectively.
05% and 0.3%. Further, after passing through the CO purification catalyst 29, the CO concentration was 8 ppm.
【0030】実施例1と同様に、水素発生装置を一度停
止、続いて起動させた。さらに停止、起動動作を150
0回繰り返して、改質ガス組成を測定したところ、メタ
ン濃度は、改質触媒体26通過後で0.06%、CO変
成触媒体27通過後で、5.5%であった。CO濃度は
CO変成触媒体27通過後で0.3%、CO浄化触媒体
29通過後で10ppmであった。また、第1フィルタ
ー31の温度を初期値と比較すると15℃上昇してい
た。装置から第1フィルター31を取り出し、付着した
触媒粉末の重量を測定したところ、第1フィルター31
は12gの触媒粉末が付着していた。第1フィルター3
1を新しいものに取り替え、再び水素発生装置を起動さ
せたところ、メタン濃度は、第1フィルター31通過前
後、及びCO変成触媒体27通過後で、それぞれ0.0
6%であった。また、CO濃度はCO浄化触媒体29通
過後で9ppmであった。As in Example 1, the hydrogen generator was once stopped and subsequently started. Further stop and start operation by 150
When the composition of the reformed gas was measured 0 times, the methane concentration was 0.06% after passing through the reforming catalyst 26 and 5.5% after passing through the CO shift catalyst 27. The CO concentration was 0.3% after passing through the CO conversion catalyst 27 and 10 ppm after passing through the CO purification catalyst 29. In addition, when the temperature of the first filter 31 was compared with the initial value, the temperature increased by 15 ° C. The first filter 31 was taken out of the apparatus, and the weight of the attached catalyst powder was measured.
Showed that 12 g of catalyst powder had adhered. First filter 3
1 was replaced with a new one, and the hydrogen generator was started again. The methane concentration was 0.0% before and after passing through the first filter 31 and after passing through the CO conversion catalyst 27, respectively.
6%. The CO concentration after passing through the CO purification catalyst 29 was 9 ppm.
【0031】《比較例1》実施例1で第1フィルター1
1と第2フィルター12を取り除き、都市ガスと水を反
応させた。脱硫した都市ガスを燃料供給部1より毎分5
0リットル、水蒸気を水供給部2より毎分150リット
ル導入して反応させたところ、水素約80%、CO約1
1%、二酸化炭素約9%、メタン濃度0.05%であっ
た。また、CO変成触媒体7通過後の改質ガス組成は、
メタンとCOがそれぞれ0.05%、および0.3%で
あった。さらに、CO浄化触媒体9通過後で、CO濃度
は8ppmであった。実施例1と同様に、水素発生装置
を一度停止、続いて起動させた。さらに停止、起動動作
を1500回繰り返して、改質ガス組成を測定したとこ
ろ、メタン濃度は、改質触媒体6通過後で0.06%、
CO変成触媒体7通過後で、5.5%であった。CO濃
度はCO変成触媒7通過後で0.3%、CO浄化触媒9
通過後で350ppmであった。Comparative Example 1 First filter 1 in Example 1
The first and second filters 12 were removed, and city gas and water were reacted. Desulfurized city gas is supplied from fuel supply unit 1 at 5
When 0 liter and water vapor were introduced at 150 liters per minute from the water supply unit 2 and reacted, about 80% of hydrogen and about 1% of CO were obtained.
1%, carbon dioxide about 9%, methane concentration 0.05%. The composition of the reformed gas after passing through the CO conversion catalyst 7 is as follows:
Methane and CO were 0.05% and 0.3%, respectively. Further, after passing through the CO purification catalyst 9, the CO concentration was 8 ppm. As in Example 1, the hydrogen generator was once stopped and subsequently started. Further, the stop and start operations were repeated 1500 times and the reformed gas composition was measured. The methane concentration was 0.06% after passing through the reforming catalyst body 6,
After passing through the CO conversion catalyst 7, the content was 5.5%. The CO concentration is 0.3% after passing through the CO conversion catalyst 7 and the CO purification catalyst 9
It was 350 ppm after passing.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上の実施例と比較例の装置の評価結果
を比較すると明らかなように、本発明によると、装置の
運転停止、作動の繰り返しや、激しい振動による触媒の
飛散による影響を防止し、長期間にわたって安定に動作
する水素発生装置を提供することができる。As is clear from the comparison of the evaluation results of the apparatus of the above embodiment and the comparative example, according to the present invention, it is possible to prevent the operation of the apparatus from being stopped and repeated, and the effect of scattering of the catalyst due to severe vibration. In addition, it is possible to provide a hydrogen generator that operates stably for a long period of time.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る水素発生装置
の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen generator according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る水素発生装置
の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hydrogen generator according to a second embodiment of the present invention.
1、21 燃料供給部 2、22 水供給部 3、23 熱交換フィン 4、24 加熱用バーナー 5、25 排気口 6、26 改質触媒体 7、27 CO変成触媒体 8、28 空気供給部 9、29 CO浄化触媒体 10、30 改質ガス出口 11、31 第一フィルター 12、32 第二フィルター 33 熱電対 34 計測器 1,21 Fuel supply unit 2,22 Water supply unit 3,23 Heat exchange fins 4,24 Heating burner 5,25 Exhaust port 6,26 Reforming catalyst 7,27 CO shift catalyst 8,28 Air supply 9 , 29 CO purification catalyst 10, 30 reformed gas outlet 11, 31 first filter 12, 32 second filter 33 thermocouple 34 measuring instrument
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鵜飼 邦弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 庄野 敏之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北河 浩一郎 大阪府大阪市城東区今福西6丁目2番61号 松下精工株式会社内 Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EB18 EB23 EB33 EB43 EC08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kunihiro Ukai, Inventor 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Toshiyuki Shono 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Koichiro Kitagawa 6-2-61, Imafukunishi, Joto-ku, Osaka City, Osaka Prefecture F-term (reference) in Matsushita Seiko Co., Ltd. 4G040 EA03 EA06 EB18 EB23 EB33 EB43 EC08
Claims (7)
浄化用空気供給部、改質触媒体ならびにCO変成触媒体
および/またはCO浄化触媒体を備え、かつ前記燃料供
給部から下流側に向けて改質触媒体、CO変成触媒体、
CO浄化触媒体の順に配置してなる水素発生装置であっ
て、さらに前記改質触媒体の下流側に触媒飛散防止手段
が設けられている水素発生装置。1. A fuel supply section, a fuel reforming water supply section, and a CO
A purification air supply unit, a reforming catalyst, and a CO conversion catalyst and / or a CO purification catalyst, and a reforming catalyst, a CO conversion catalyst toward the downstream side from the fuel supply unit,
A hydrogen generator comprising a CO purifying catalyst arranged in order, and further comprising catalyst scattering prevention means provided downstream of the reforming catalyst.
の間、および前記CO変成触媒体とCO浄化触媒体との
間に、前記飛散防止手段が設けられてなる請求項1記載
の水素発生装置。2. The scatter prevention means is provided between the reforming catalyst and the CO shift catalyst and between the CO shift catalyst and the CO purification catalyst. Hydrogen generator.
請求項1または2記載の水素発生装置。3. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the scattering prevention means is a filter.
もしくはこれらの複合体からなる繊維で構成されるフィ
ルター、または金属、セラミックスもしくはこれらの複
合体からなるメッシュ形状、ハニカム形状または発泡体
形状のフィルターである請求項3記載の水素発生装置。4. The filter according to claim 1, wherein the filter is a filter made of metal, ceramics, or a composite of these, or a mesh, honeycomb, or foamed filter made of metal, ceramics, or a composite of these. The hydrogen generator according to claim 3.
タン化する温度よりも高い請求項3または4記載の水素
発生装置。5. The hydrogen generator according to claim 3, wherein a temperature of the filter is higher than a temperature at which the reformed gas is methanated.
力検知装置を前記フィルターの上流側および下流側に設
けてなる請求項3〜5のいずれかに記載の水素発生装
置。6. The hydrogen generator according to claim 3, wherein a pressure detector for detecting a pressure loss of the filter is provided on an upstream side and a downstream side of the filter.
知装置を設けてなる請求項3〜6のいずれかに記載の水
素発生装置。7. The hydrogen generator according to claim 3, wherein a temperature detector is provided at a position close to the filter.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8107699A JP2000272902A (en) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | Hydrogen generator |
DE60010555T DE60010555T2 (en) | 1999-03-15 | 2000-03-13 | Hydrogen generator |
US09/524,160 US6733552B1 (en) | 1999-03-15 | 2000-03-13 | Hydrogen generating apparatus |
EP00302007A EP1036757B1 (en) | 1999-03-15 | 2000-03-13 | Hydrogen generating apparatus |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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JP (1) | JP2000272902A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005340099A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Toyota Motor Corp | Fuel cell control device |
JP2006096581A (en) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Dust removing filter and hydrogen generator |
JP2007055820A (en) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Hydrocarbon reformer |
-
1999
- 1999-03-25 JP JP8107699A patent/JP2000272902A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005340099A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Toyota Motor Corp | Fuel cell control device |
JP2006096581A (en) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Dust removing filter and hydrogen generator |
JP2007055820A (en) * | 2005-08-22 | 2007-03-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Hydrocarbon reformer |
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