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JPH03208803A - Raw hydrogen material reformer - Google Patents

Raw hydrogen material reformer

Info

Publication number
JPH03208803A
JPH03208803A JP2003555A JP355590A JPH03208803A JP H03208803 A JPH03208803 A JP H03208803A JP 2003555 A JP2003555 A JP 2003555A JP 355590 A JP355590 A JP 355590A JP H03208803 A JPH03208803 A JP H03208803A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
combustion
methanol
reforming
pipe
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
JP2003555A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ko Wada
和田 香
Takafumi Shimada
嶋田 隆文
Tetsuya Imai
哲也 今井
Masaaki Yanagi
正明 柳
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries 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 Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2003555A priority Critical patent/JPH03208803A/en
Publication of JPH03208803A publication Critical patent/JPH03208803A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent a local temp. rise, to enhance heat supply efficiency and to improve reforming efficiency in the raw hydrogen material reformer in which a fuel is burned and the heat of combustion is utilized by distributing a fuel injection pipe for introducing a fuel in the combustion chamber in plural stages. CONSTITUTION:A combustion catalyst 16 is packed in the combustion chamber 15 of the combustion cylinder 12 of a methanol reformer 11, and a fuel injection port 19 for introducing the fuel into the chamber 15 is distributed in the chamber 15 in plural stages. The fuel is sent to the fuel injection pipe 17 and air to an air injection pipe 25, and the fuel is burned in the chamber 15. The heat generated by the combustion is then supplied to a reformed gas generating tube 43 packed with a reforming catalyst 46 to reform the raw hydrogen material (e.g. methanol and water) flowing in the tube 43. The obtained reformed gas is supplied to a fuel cell from a feed pipe 50 to generate power.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、水素原料を含む混合ガスの加熱に伴う改質反
応により水素ガスを含む改質ガスを効率良く生成させる
水素原料改質装置に関し、特に燃料電池用のメタノール
の改質に好適なものである。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application> The present invention provides a hydrogen raw material reforming device that efficiently generates a reformed gas containing hydrogen gas through a reforming reaction accompanying heating of a mixed gas containing hydrogen raw material. In particular, it is suitable for reforming methanol for fuel cells.

〈従来の技術〉 金属等の還元ガスとして有効な水素ガスは、燃料電池用
の反応ガスとしても利用できることは周知の通りである
。この燃料電池は、資源の枯渇間層を有する化石燃料を
使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、エネルギ
の回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に高くでき
る等の優れた特徴を持っているため、例えばビルディン
グ単位や工場単位の比較的小型の発電プラントとして利
用されている。
<Prior Art> It is well known that hydrogen gas, which is effective as a reducing gas for metals, etc., can also be used as a reaction gas for fuel cells. This fuel cell has excellent features such as not requiring the use of fossil fuels, which have depleted resources, generating almost no noise, and achieving extremely high energy recovery efficiency compared to other energy engines. Because of this, it is used as a relatively small power generation plant for each building or factory, for example.

近年、この燃料電池を車載用の内燃機関に代えて作動す
るモータの電源として利用し、とのモータにより車両等
を駆動することが考えられている。この場合に重要なこ
とは、反応によって生成する物質をできるだけ再利用す
ることは当然のこととして、車載用であることからも明
らかなように、余り大きな出力は必要でないものの、全
ての付帯設備と共に可能な限り小型であることが望まし
い。
In recent years, it has been considered to use this fuel cell as a power source for a motor that operates in place of an internal combustion engine in a vehicle, and to drive a vehicle or the like with the motor. What is important in this case is that it is natural to reuse the substances produced by the reaction as much as possible, and as it is clear from the fact that it is for automotive use, although a large output is not required, It is desirable to be as small as possible.

ところで、燃料電池の水素原料として一般的なメタノー
ルから水素ガスを得る場合、通常は多管形式の固定床反
応器を改質装置として使用し、熱媒ボイラ等で得られる
高温の熱媒を介して吸熱反応によりメタノールを水蒸気
改質している。
By the way, when hydrogen gas is obtained from methanol, which is commonly used as a hydrogen raw material for fuel cells, a multi-tubular fixed bed reactor is usually used as a reformer, and hydrogen gas is produced through a high temperature heat medium obtained from a heat medium boiler etc. methanol is reformed with steam through an endothermic reaction.

〈発明が解決しようとする課題〉 従来の多管形式の固定床反応器は吸熱反応を利用してい
るため、この固定床反応器に対していかに効率良く熱を
供給するかが、メタノールの改質効率を左右することと
なる。このため、熱媒ボイラ等の熱源に大きな設備投資
をしなければならず、車載用として採用することは実質
的に不可能であると共にコストの点で不利である。
<Problem to be solved by the invention> Since conventional multi-tubular fixed bed reactors utilize endothermic reactions, it is important to efficiently supply heat to this fixed bed reactor in order to improve methanol. This will affect quality efficiency. For this reason, a large capital investment must be made in a heat source such as a heat medium boiler, which makes it virtually impossible to use it for vehicle use and is disadvantageous in terms of cost.

そこで、熱媒加熱方式に代り燃焼触媒を利用した直接加
熱方式を採用した水素原料改質装置が提案されている。
Therefore, a hydrogen raw material reforming apparatus has been proposed that employs a direct heating method using a combustion catalyst instead of a heating medium heating method.

しかし、かかる直接加熱方式では局部的な温度上昇が発
生して場合によっては断熱火炎温度(1200℃以上)
近くまで上昇することがある。したがって、燃焼触媒を
保持する燃焼室の壁材を高耐熱性のものにする必要があ
ると共に、熱の供給効率も十分ではない。
However, with such direct heating methods, local temperature increases occur, and in some cases, the adiabatic flame temperature (1200°C or higher) may occur.
It can rise up close. Therefore, it is necessary to make the wall material of the combustion chamber that holds the combustion catalyst highly heat resistant, and the heat supply efficiency is also not sufficient.

本発明はこのような事情に鑑み、局所的な1度上昇を防
止し、熱の供給効率が高(、改質効率の向上した水素原
料改質装置を提供することを目的とする。
In view of these circumstances, it is an object of the present invention to provide a hydrogen raw material reforming device that prevents a local 1 degree rise and has high heat supply efficiency (and improved reforming efficiency).

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る水素原料改質装置は、
燃焼触媒が充填された燃焼室内で燃料を燃焼させ、この
燃焼による熱を改質触媒が充填された改質ガス生成管に
与えることにより該改質ガス生成管内に流れる水素原料
を改質する水素原料改質装置であって、上記燃焼室へ燃
料を導入する燃料噴出口が該燃焼室内に多段に分布され
ていることを特徴とする。
Means for Solving the Problems〉 The hydrogen raw material reforming device according to the present invention that achieves the above objects has the following features:
Hydrogen is produced by burning fuel in a combustion chamber filled with a combustion catalyst, and giving the heat from this combustion to a reformed gas generation tube filled with a reforming catalyst to reform the hydrogen raw material flowing into the reformed gas generation tube. The raw material reforming device is characterized in that fuel injection ports for introducing fuel into the combustion chamber are distributed in multiple stages within the combustion chamber.

く作   用〉 燃焼触媒が充填された燃焼室に、多段に分布した燃料噴
出口を介して燃料を導入すると、燃焼触媒による燃料の
燃焼がその噴出口近傍から開始されるが、燃焼室内の複
数箇所を中心として燃焼が起こるので、局所的な温度上
昇が防止され、燃焼室内はほぼ均一な温度分布となる。
Effect〉 When fuel is introduced into a combustion chamber filled with a combustion catalyst through fuel injection ports distributed in multiple stages, combustion of the fuel by the combustion catalyst starts near the injection ports, but Since combustion occurs mainly at certain locations, local temperature increases are prevented and a substantially uniform temperature distribution is achieved within the combustion chamber.

く実 施 例〉 本発明による水素原料改質装置を燃料電池用のメタノー
ル改質装置に応用した一実施例の概念を第2図に、又そ
のメタノール改質装置の部分の断面構造を第1図に示す
。両図に示すように、メタノール改質装置11の筒状を
なす燃焼筒12の一端側には、後述する空気とメタノー
ル13とからなる燃焼ガス或いは空気と燃料電池本体1
4からの未反応ガスとからなる燃焼ガスを燃焼させるた
めの燃焼室15が形成されており、400℃〜1200
℃程度の温度に設定されるこの燃焼室15内には、燃焼
ガスの燃焼を促進させるための燃焼触媒16が保持され
ている。ここで、この燃焼触媒16としては、例えばプ
ラチナ(Pt)及びパラジウム(Pd)の内の少なくと
も一つの元素を含むもの、或いは鉄(Fs)及びコバル
ト(Go)及びニッケル(Ni)及びマンガン(Mn)
及び銅(Cu)の内の少なくとも一つの元素を含むもの
を挙げることができろ。
Embodiment Example The concept of an embodiment in which the hydrogen raw material reformer according to the present invention is applied to a methanol reformer for fuel cells is shown in FIG. 2, and the cross-sectional structure of the methanol reformer part is shown in FIG. As shown in the figure. As shown in both figures, at one end side of the cylindrical combustion tube 12 of the methanol reformer 11, there is a combustion gas consisting of air and methanol 13, which will be described later, or air and a fuel cell main body 1.
A combustion chamber 15 is formed to combust the combustion gas consisting of the unreacted gas from 4.
A combustion catalyst 16 for promoting combustion of combustion gas is held in this combustion chamber 15, which is set at a temperature of approximately .degree. Here, the combustion catalyst 16 includes, for example, one containing at least one element of platinum (Pt) and palladium (Pd), or one containing iron (Fs), cobalt (Go), nickel (Ni), and manganese (Mn). )
and copper (Cu).

燃焼室15の中央部を貫通するように延びる燃料噴出管
17は、燃焼筒12の一端に接合されている端板18に
貫通状態で固定されている。この燃料噴出管17の外周
面には長手方向に亘って多数の燃料噴出口19が形成さ
れており、これら燃料噴出口19から、上述した燃料電
池本体14からの未反応ガス若しくはメタノールが燃焼
触媒16中に供給されるようになっている。すなわち、
燃料噴出管17には、燃料電池本体14の水素極20側
に連通する未反応ガス供給管21及び、この未反応ガス
供給管21から分岐してメタノールタンク22に連通ず
るメタノール供給宮23が接続されている。そして、メ
タノール供給管23の途中には始動装置24が設けられ
ている。この始動装置24はメタノールタンク22内の
メタノール13を燃焼室15内の燃料噴出’117側へ
圧送するための図示しない始動用燃料供給ポンプと、こ
の始動用燃料供給ポンプから供給されるメタノール13
を蒸発気化させて燃料噴出管17へ送り込むための図示
しないメタノール気化器とを具えている。すなわち、こ
の始動装置24により燃料電池の始動時のみ前記メタノ
ールタンク22内のメタノール13を図示しない蒸発器
へ圧送し、メタノール蒸気を燃料噴出管17へ供給する
ようになっている。
A fuel injection pipe 17 extending through the center of the combustion chamber 15 is fixed to an end plate 18 joined to one end of the combustion cylinder 12 in a penetrating state. A large number of fuel injection ports 19 are formed in the outer peripheral surface of the fuel injection pipe 17 in the longitudinal direction, and from these fuel injection ports 19, unreacted gas or methanol from the fuel cell main body 14 is transferred to the combustion catalyst. It is scheduled to be supplied during the 16th. That is,
An unreacted gas supply pipe 21 that communicates with the hydrogen electrode 20 side of the fuel cell main body 14 and a methanol supply pipe 23 that branches off from this unreacted gas supply pipe 21 and communicates with a methanol tank 22 are connected to the fuel injection pipe 17. has been done. A starter device 24 is provided in the middle of the methanol supply pipe 23. This starting device 24 includes a starting fuel supply pump (not shown) for pressure-feeding methanol 13 in the methanol tank 22 to the fuel injection '117 side in the combustion chamber 15, and methanol 13 supplied from this starting fuel supply pump.
It is equipped with a methanol vaporizer (not shown) for evaporating and vaporizing the fuel and sending it to the fuel injection pipe 17. That is, only when starting the fuel cell, the starting device 24 forces the methanol 13 in the methanol tank 22 to an evaporator (not shown) and supplies methanol vapor to the fuel injection pipe 17.

一方、燃焼に必要な空気は、燃焼室17内の端板18に
沿って設けられた環状の空気噴出管25を介して燃焼触
媒16内に供給される。この空気噴出管25は、燃料噴
出管17と同様に端板18に貫通状態で固定されており
、その環状部分には多数の空気噴出口26が形成されて
いる。また、この空気噴出管25の端部は、一端がブロ
ワ27に連通ずる空気供給管28の他端に接続されてい
る。
On the other hand, air necessary for combustion is supplied into the combustion catalyst 16 via an annular air jet pipe 25 provided along the end plate 18 within the combustion chamber 17 . The air jet pipe 25, like the fuel jet pipe 17, is fixed to the end plate 18 in a penetrating state, and has a large number of air jet ports 26 formed in its annular portion. Further, one end of the air jet pipe 25 is connected to the other end of an air supply pipe 28 which communicates with the blower 27 .

なお、前記燃料噴出口19及び前記空気噴出口26には
、逆火防止機能を有する図示しない分散器が具えられて
いる。
Note that the fuel jet port 19 and the air jet port 26 are provided with a distributor (not shown) having a flashback prevention function.

前記燃焼筒12の周囲には、熱交換筒29がこの燃焼筒
12の外周面と隙間を隔てて同心状に配置されている。
A heat exchange tube 29 is disposed concentrically around the combustion tube 12 with a gap spaced from the outer peripheral surface of the combustion tube 12 .

これら燃焼筒12と熱交換筒29との隙間の他端側は、
燃焼筒1zの他端部に刻設した切欠通路30を介して燃
焼室15内に連通し、この隙間の一端側には燃焼室15
内で燃焼した燃焼排ガスを外部に導く排気管31が接続
している。
The other end of the gap between the combustion tube 12 and the heat exchange tube 29 is
It communicates with the combustion chamber 15 through a notch passage 30 carved at the other end of the combustion tube 1z, and the combustion chamber 15 is connected to one end of this gap.
An exhaust pipe 31 is connected to guide the combustion exhaust gas burned inside to the outside.

前記燃焼筒12と熱交換筒29との隙間には、改質原料
予熱管32が螺旋状に配管されている。そして、この改
質原料予熱管32の一端側が熱交換筒29を貫通し、改
質用メタノール供給管33を介して前記メタノールタン
ク22に接続する一方、当該改質原料予熱管32の他端
側が燃焼室15の内周面に沿って螺旋状に配管された改
質原料加熱管34の一端側に連結されている。前記メタ
ノール改質装置11とメタノールタンク22との間の改
質用メタノール供給%F33の途中には、水素原料であ
るメタノールタンク22内のメタノール13をメタノー
ル&質装[1161へ圧送するモータ35駆動のポンプ
36が取り付けられている。更に、この改質用メタノー
ル供給管33の途中には、一端側が水タンク37に連通
する水供給管38の他端側が接続しており、この水供給
管38の途中にはメタノール13と共に改質原料となる
水タンク37内の水39を改質用メタノール供給管33
内に圧送するためのモータ40駆動のポンプ41が取外
付けられている。
In the gap between the combustion tube 12 and the heat exchange tube 29, a reforming material preheating tube 32 is spirally arranged. One end of this reforming material preheating tube 32 passes through the heat exchange cylinder 29 and is connected to the methanol tank 22 via the reforming methanol supply pipe 33, while the other end of the reforming material preheating tube 32 It is connected to one end side of a reforming material heating pipe 34 that is spirally piped along the inner circumferential surface of the combustion chamber 15 . In the middle of the methanol supply %F33 for reforming between the methanol reformer 11 and the methanol tank 22, a motor 35 drives a motor 35 that pumps the methanol 13 in the methanol tank 22, which is a hydrogen raw material, to the methanol & reformer [1161]. A pump 36 is attached. Further, in the middle of this methanol supply pipe 33 for reforming, the other end side of a water supply pipe 38 whose one end side communicates with a water tank 37 is connected, and in the middle of this water supply pipe 38, methanol 13 and reforming A methanol supply pipe 33 for reforming water 39 in a water tank 37 serving as a raw material
A pump 41 driven by a motor 40 is attached separately for pumping the inside.

従って、メタノール13と水39とからなる改質原料が
改質原料予熱管32を通って改質原料加熱管34へと移
動する間に、燃焼室15から燃焼W!i12と熱交換筒
29との隙間を通って排気管31へ向けて流れる高温の
燃焼排ガスとの間で熱交換が行われ、改質原料は200
℃〜500℃程度にまで予熱されるようになっている。
Therefore, while the reformed raw material consisting of methanol 13 and water 39 moves through the reformed raw material preheating pipe 32 to the reformed raw material heating pipe 34, the combustion W! Heat exchange is performed between the high-temperature combustion exhaust gas flowing toward the exhaust pipe 31 through the gap between the i12 and the heat exchange cylinder 29, and the reformed raw material is
It is designed to be preheated to about 500°C to 500°C.

この場合、メタノール13と水39との混合比は、1モ
ルのメタノールに対して水を0.05モルから5モル程
度に設定することが望ましく、更に燃焼排ガスを完全燃
焼させるために燃焼筒12と熱交換筒29との隙間に前
述した燃焼触媒16を充填することも有効である。
In this case, it is desirable to set the mixing ratio of methanol 13 and water 39 to approximately 0.05 to 5 moles of water per 1 mole of methanol, and further, in order to completely burn the combustion exhaust gas, It is also effective to fill the gap between the heat exchange cylinder 29 and the combustion catalyst 16 described above.

前記燃焼筒12の中央部には、改質原料加熱管34の他
端側に接続する改質用ヘッダ42が設けられており、こ
の改質用ヘッダ42には燃焼筒12の他端側に延びる相
互に平行な複数本の改質ガス生成管43の一端側が整流
用オリフィス44を介してそれぞれ連結されている。こ
れら改質ガス生成管43の他端側には、多数の連通口4
5を有するパンチングメタルで形成した一枚の封板46
が接合されており、当該改質ガス生成管43の内部には
改質原料加熱w34で加熱された原料ガスの改質反応を
促進するための改質用触媒47がそれぞれ充填されてい
る。メタノール13と水39との混合ガスはこの改質ガ
ス生成管43内で CH30H+nH2O−(1−n)CO+nCO□+(
2+n)H2イ旦し、0 < n < 1 なる改質反応を起こし、上記化学式の右辺に示されろ改
質ガスを生成する。この場合、原料ガスの改質反応を効
率良(行わせるためには、改質ガス生成管43内の圧力
を一平方センチメートル当たりOkg重〜20kg重程
度に設定し、又、この改質ガス生成w43内の温度を2
00℃〜600℃程度に設定することが望ましい。なお
、この改質用触媒47としては、例えばプラチナ(Pt
)及びパラジウム(Pd )及びロジウム(Rh)及び
ニッケル(N1)の内の少なくとも一つの元素を含むも
の、或いは銅(Cu)及び亜鉛(Zn)及びクロム(C
r)の内の少なくとも一つの元素を含むものを挙げるこ
とができる。
A reforming header 42 connected to the other end of the reforming material heating pipe 34 is provided at the center of the combustion tube 12. One end sides of a plurality of mutually extending reformed gas generation pipes 43 are connected to each other via a rectifying orifice 44 . On the other end side of these reformed gas generation pipes 43, a large number of communication ports 4 are provided.
A single sealing plate 46 made of punched metal with 5
The reformed gas generation pipes 43 are each filled with a reforming catalyst 47 for promoting the reforming reaction of the raw material gas heated by the reformed raw material heating w34. The mixed gas of methanol 13 and water 39 is CH30H+nH2O-(1-n)CO+nCO□+(
2+n)H2 is heated, a reforming reaction occurs where 0<n<1, and the reformed gas shown on the right side of the above chemical formula is produced. In this case, in order to efficiently carry out the reforming reaction of the raw material gas, the pressure inside the reformed gas generation pipe 43 is set to about 0 kg to 20 kg per square centimeter. Temperature inside 2
It is desirable to set the temperature to about 00°C to 600°C. Note that this reforming catalyst 47 is made of, for example, platinum (Pt
) and at least one element among palladium (Pd), rhodium (Rh), and nickel (N1), or copper (Cu), zinc (Zn), and chromium (C
Examples include those containing at least one element of r).

ナオ、nE燃焼rR12rx、5US301S材等のス
テンレス鋼で形成されており、また、その外周面には耐
熱れんが等で構成した断熱層が形成され、燃焼室15内
を保温して燃焼室15内の温度低下を防止している。
It is made of stainless steel such as Nao, nE combustion rR12rx, 5US301S material, and a heat insulating layer made of heat-resistant brick or the like is formed on its outer peripheral surface to keep the inside of the combustion chamber 15 warm. Prevents temperature drop.

このようなメタノール改質装置11の他端側には、第1
のCO低減装置48が封板46に隣接状態で取り付けら
れており、改質ガス生成管43とこの第1のCO低減装
置48とは、封板46の連通口45を介して連通してい
る。そして、第1のCO低減装置48には改質ガス生成
管43内での原料ガスの改質反応により生成する改質ガ
ス中の一酸化炭素(CO)を水と反応させてることによ
り低減させるGoシフト触媒49が充填されているが、
この改質ガスから一酸化炭素を除去するのは、周知のよ
うに燃料電池本体14の水素極20が一酸化炭素によっ
て被毒してしまい、電池としての能力が極端に低下する
のを防止するためである。なお、前記COシフト触媒4
9としては、例えば胴(Cu)及び亜鉛(Zn)の内の
少なくとも一つの元素を含むものを挙げることができる
On the other end side of such methanol reformer 11, a first
A CO reduction device 48 is attached adjacent to the sealing plate 46, and the reformed gas generation pipe 43 and this first CO reduction device 48 communicate through the communication port 45 of the sealing plate 46. . The first CO reduction device 48 reduces carbon monoxide (CO) in the reformed gas generated by the reforming reaction of the raw material gas in the reformed gas generation pipe 43 by reacting it with water. Although the Go shift catalyst 49 is filled,
The purpose of removing carbon monoxide from this reformed gas is to prevent the hydrogen electrode 20 of the fuel cell body 14 from being poisoned by carbon monoxide, which would lead to an extreme drop in battery performance. It's for a reason. Note that the CO shift catalyst 4
Examples of 9 include those containing at least one of the following elements: copper (Cu) and zinc (Zn).

更に、前記第1のCO低減装置48に連通する改質ガス
供給管50には、燃料電池本体14の水素導入口51が
加湿装置52を介して接続している。そして、第1のC
O低減装置48とこの加湿装置52との間の改質ガス供
給管50の途中には、排気タービン53と、改質ガス中
の一酸化炭素を酸素と反応させることによゆ除去する(
セレクトオキソ)第2のCO低減装置54とが、メタノ
ール改質装置11側から順に設けられ、この第2のCO
低減装置54によって精製された改質ガスが加湿されて
燃料電池本体14の水素導入口51側へ送り込まれるよ
うになっている。そして、この水素導入口51から燃料
電池本体14の水素極20に送ゆ込まれた改質ガスのう
ち、余剰の未反応ガスは上述したように燃料電池本体1
4と前記燃料噴出管17とを連通ずる未反応ガス供給管
21を介して燃料噴出W17に供給される。
Further, a hydrogen inlet 51 of the fuel cell main body 14 is connected to a reformed gas supply pipe 50 communicating with the first CO reduction device 48 via a humidifier 52 . And the first C
In the middle of the reformed gas supply pipe 50 between the O reduction device 48 and this humidifying device 52, there is an exhaust turbine 53, which removes carbon monoxide in the reformed gas by reacting it with oxygen.
A second CO reduction device 54 (select oxo) is provided in order from the methanol reformer 11 side, and this second CO reduction device 54 is
The reformed gas purified by the reduction device 54 is humidified and sent to the hydrogen inlet 51 side of the fuel cell main body 14. Of the reformed gas sent from this hydrogen inlet 51 to the hydrogen electrode 20 of the fuel cell main body 14, surplus unreacted gas is removed from the fuel cell main body 14 as described above.
The unreacted gas is supplied to the fuel jet W17 via an unreacted gas supply pipe 21 that communicates the unreacted gas W17 with the fuel jet pipe 17.

なお、ここで前記排気タービン53には発電機55が連
結され、発電機55により発電された電気がMTt池5
6に蓄えられるようになっている。そして、この蓄電池
56から電気が供給されるブロワ駆動モータ57により
前記ブロワ27が駆動されるようになっている。さらに
、前記モータ35,40もブロワ駆動モータ57とv1
1様に蓄電池56から供給される電気によって運転され
るようになっている。
Note that a generator 55 is connected to the exhaust turbine 53, and the electricity generated by the generator 55 is transferred to the MTt pond 5.
6 can be stored. The blower 27 is driven by a blower drive motor 57 to which electricity is supplied from the storage battery 56. Further, the motors 35 and 40 are also the blower drive motor 57 and v1.
It is designed to be operated by electricity supplied from a storage battery 56.

また、前記ブロワ27と燃料電池本体14に形成された
空気導入口58とは、空気供給管59を介して連結され
、前記蓄電池56からの電気によって駆動されるブロワ
27からの加圧空気が、この燃料電池本体14の空気導
入口58に接続する酸素極57へ圧送されるようになっ
ている。そして、この空気導入口58から燃料電池本体
14に送り込まれた空気(よ、この燃料電池本体14内
での反応生成水を含んだ状態となって、燃料電池本体1
4のm業種60に接続する気水力@M61に供給され、
この内の水分が水回収営62を介して水タンク36に回
収され、気体力が排気管63から外部に排出される。
Further, the blower 27 and an air inlet 58 formed in the fuel cell main body 14 are connected via an air supply pipe 59, and the pressurized air from the blower 27 driven by electricity from the storage battery 56 is The fuel is fed under pressure to an oxygen electrode 57 connected to an air inlet 58 of the fuel cell main body 14. The air fed into the fuel cell main body 14 from this air inlet 58 (contains reaction product water in the fuel cell main body 14), and the fuel cell main body 14
Supplied to air and water power @M61 connected to m industry 60 of 4,
The moisture in this water is collected into the water tank 36 via the water recovery pipe 62, and the gas force is discharged to the outside from the exhaust pipe 63.

一方、前記水タンク37と燃料電池本体14と加湿装置
52とは、冷却水循環配管64を介して連結されており
、これら水タンク37と燃料電池本体14との間の冷部
水循環配管64の途中には、水タンク37内の水39を
燃料電池本体14に供給してこの燃料電池本体14を冷
却し、更に加湿族W152にて改質ガス供給w50内を
流れる改質ガスを冷却するためのモータ65駆動のポン
プ66が設けられている。なお、加湿装置52内では改
質ガス供給管31内を流れる改質ガスと加熱された冷却
水とがガス拡散膜を介して接触しており、加熱された冷
却水の1度に対応する水蒸気分圧で改質ガスに水蒸気が
添加されろようになっている。また、モータ65は前記
蓄電池56の電気によって運転されろようになっている
On the other hand, the water tank 37, the fuel cell main body 14, and the humidifier 52 are connected via a cooling water circulation pipe 64. In this step, water 39 in the water tank 37 is supplied to the fuel cell main body 14 to cool the fuel cell main body 14, and a humidifying group W152 is used to cool the reformed gas flowing through the reformed gas supply w50. A pump 66 driven by a motor 65 is provided. In addition, in the humidifier 52, the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 31 and the heated cooling water are in contact with each other via a gas diffusion membrane, and water vapor corresponding to one degree of the heated cooling water is Steam is added to the reformed gas at partial pressure. Further, the motor 65 is designed to be driven by electricity from the storage battery 56.

このような装置では、起動時には、始動装置24により
メタノールタンク22内のメタノール13を圧送して図
示しない蒸発器により得たメタノール蒸気を燃料噴出管
17を送ると共にブロワ27からの空気を空気供給管2
8を介して空気噴出管25に送る。これにより燃焼室1
5に充填された燃焼触媒16内ニメタノール蒸気及び空
気が噴出されて燃焼が開始される。これと共に、改質用
メタノール供給1!I33を介してメタノール13及び
水28を供給すると、該メタノール13は改質ガス生成
管43内で改質されろ。また、この改質ガスを燃料電池
本体14の水素極20に供給すると共に、空気を酸素極
57へ供給すると発電が開始されろ。ここで、燃料電池
本体14の水素極20から未反応ガスが排出されろと共
に、燃焼室15内の1度が十分に上昇した後に:よ、始
動装置124を停止し、メタノールの代りにこの未反応
ガスを燃料噴出管17へ供給すると共にブロワ27から
の空気を空気供給・W2Bを介して空気噴出管25へ送
ることにより改質反応が維持される。
In such an apparatus, at the time of startup, the methanol 13 in the methanol tank 22 is pumped by the starter 24, the methanol vapor obtained by the evaporator (not shown) is sent to the fuel injection pipe 17, and the air from the blower 27 is sent to the air supply pipe. 2
8 to the air jet pipe 25. As a result, combustion chamber 1
The nimethanol vapor and air in the combustion catalyst 16 filled in the combustion catalyst 16 are ejected, and combustion is started. Along with this, methanol for reforming is supplied 1! When methanol 13 and water 28 are supplied through I33, the methanol 13 is reformed in the reformed gas generation pipe 43. Further, when this reformed gas is supplied to the hydrogen electrode 20 of the fuel cell main body 14 and air is supplied to the oxygen electrode 57, power generation is started. After the unreacted gas is discharged from the hydrogen electrode 20 of the fuel cell main body 14 and the temperature inside the combustion chamber 15 has risen sufficiently, the starter 124 is stopped and the unreacted gas is replaced with methanol. The reforming reaction is maintained by supplying the reaction gas to the fuel jet pipe 17 and sending air from the blower 27 to the air jet pipe 25 via the air supply W2B.

このような装置で、燃料噴出管17から水素含有ガスを
毎時4Nm’、空気噴出jW25がら空気を毎時28 
Nmの割合でそれぞれ供給する一方、改質用メタノール
供給[33からメタノールと水とのモル比が1:1.5
となるようにメタノール13を毎時6・5kg5水35
を毎時5.4kgの割合で供給したところ、供給したメ
タノール13の99.8%が改質ガスに転化した。又、
乾燥状態で第1のCO低減装置48の出口における改質
ガス中の一酸化炭素濃度は1.0%であった。
With such a device, hydrogen-containing gas is supplied from the fuel injection pipe 17 at a rate of 4Nm' per hour, and air is supplied from the air jet jW25 at a rate of 28Nm' per hour.
While supplying methanol for reforming [33, the molar ratio of methanol and water is 1:1.5].
methanol 13 per hour 6.5 kg 5 water 35
When the methanol 13 was supplied at a rate of 5.4 kg/hour, 99.8% of the supplied methanol 13 was converted to reformed gas. or,
The carbon monoxide concentration in the reformed gas at the outlet of the first CO reduction device 48 in a dry state was 1.0%.

なお、本試験装置では燃焼触媒16として10/のPb
含有触媒を燃焼室15内に充填し、メタノール改質触媒
46として31のZnO含有触媒を改質ガス生成W43
内に充填し、更にCOシフト触謀47として0.51の
ZnO含有触媒を第1のCO低減装置48内に充填した
ものである。
In addition, in this test device, 10/Pb was used as the combustion catalyst 16.
The containing catalyst is filled into the combustion chamber 15, and 31 ZnO-containing catalysts are used as the methanol reforming catalyst 46 to generate reformed gas W43.
Furthermore, a 0.51 ZnO-containing catalyst was filled into the first CO reduction device 48 as a CO shift catalyst 47.

また、このときの燃焼IE15内の温度分布を第1図中
人から已に亘って測定したところ、第3図に示すように
なった。すなわち、燃焼室15全体において温度がほぼ
均一に分布しており、局所的な温度上昇はみられなかっ
た。
Further, when the temperature distribution inside the combustion IE 15 at this time was measured from the center to the end in FIG. 1, it was as shown in FIG. 3. That is, the temperature was distributed almost uniformly throughout the combustion chamber 15, and no local temperature increase was observed.

ここで、比較のため、第4図に示すように、前記実施例
の燃料噴出管17及び空気噴出管25の代りに燃料・空
気噴出管100を燃焼室15の端部に設けた以外は実施
例と同様のメタノール改質装置を用意した。そして、燃
料・空気噴出管100から水素含有ガスと空気との混合
ガスを噴射した以外は同条件下で燃焼室15内の温度分
布を第4図中A′からB′に亘って測定したところ、第
5図に示す結果となった。すなわち、燃料・空気噴出管
100の出口近房のみが局所的に高温になるという結果
となった。
Here, for comparison, as shown in FIG. 4, the embodiment was carried out except that a fuel/air injection pipe 100 was provided at the end of the combustion chamber 15 in place of the fuel injection pipe 17 and the air injection pipe 25 of the previous embodiment. A methanol reformer similar to that in the example was prepared. The temperature distribution in the combustion chamber 15 was measured from A' to B' in Fig. 4 under the same conditions except that a mixed gas of hydrogen-containing gas and air was injected from the fuel/air injection pipe 100. , the results are shown in FIG. That is, the result was that only the area near the outlet of the fuel/air ejection pipe 100 became locally high temperature.

なお、以上説明した実施例では、空気噴出管25を燃料
噴出管17と別に設けたが、空気を燃料噴出管17から
一緒に噴出するようにしてもよい。但し、上述したよう
に空気を別に導入するようにすることにより、燃料噴出
口19近傍での局部的ai度上昇を防止することができ
る。
In the embodiment described above, the air jet pipe 25 is provided separately from the fuel jet pipe 17, but the air may be jetted out from the fuel jet pipe 17 together. However, by separately introducing air as described above, it is possible to prevent a local increase in the ai degree near the fuel injection port 19.

また、燃料噴出管17は必ずしも燃焼室15内の中央部
に設ける必要はなく、内壁近傍に例えば螺旋状に設けて
、燃料噴出口を内方に向って形成するようにしてもよい
Further, the fuel injection pipe 17 does not necessarily have to be provided in the center of the combustion chamber 15, but may be provided in the vicinity of the inner wall in a spiral shape, for example, so that the fuel injection port is formed inward.

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る水素原料改質装置で
は、燃焼触媒が充填されている燃焼室内に、多段に分布
した燃料噴出口から燃料を導入するようにしたので、局
所的な温度上昇が防止され、しかも熱の供給効率が高く
なり改質効率が向上するという効果を奏する。
<Effects of the Invention> As explained above, in the hydrogen raw material reforming device according to the present invention, fuel is introduced into the combustion chamber filled with the combustion catalyst from the fuel injection ports distributed in multiple stages. This has the effect of preventing local temperature rises, increasing heat supply efficiency, and improving reforming efficiency.

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

第1図は本発明の一′Jj!施例に係る水素原料改質装
置の断面図、第2図はそれを適用した燃料電池を示す概
念図、第3FI!Jはその燃焼室の温度分布を示すグラ
フ、第4図は比較例の改質装置を示す断面図、第5図は
その燃焼室の濃度分布を示すグラフである。 図面中、 11はメタノール改質装置、 12は燃焼筒、 13はメタノール、 14ば燃料電池本体、 15は燃焼室、 16は燃焼触媒、 17は燃料噴出管、 18は端板、 19は燃料噴出口、 22ばメタノールタンク1 25は空気噴出管、 26は空気噴出口、 2は改質原料予熱管、 3は改質用メタノール供給管、 4は改質原料加熱管、 7は水タンク、 8は水供給管、 9は水、 2は改質用ヘッダ、 3は改質ガス生成管、 6は改質用触媒、 8は第1のCO低減装置、 0は改質ガス供給管である。7
FIG. 1 shows one example of the present invention. A cross-sectional view of the hydrogen raw material reformer according to the example, FIG. 2 is a conceptual diagram showing a fuel cell to which it is applied, and 3rd FI! J is a graph showing the temperature distribution in the combustion chamber, FIG. 4 is a sectional view showing the reformer of the comparative example, and FIG. 5 is a graph showing the concentration distribution in the combustion chamber. In the drawing, 11 is a methanol reformer, 12 is a combustion tube, 13 is methanol, 14 is a fuel cell main body, 15 is a combustion chamber, 16 is a combustion catalyst, 17 is a fuel injection pipe, 18 is an end plate, and 19 is a fuel injection Outlet, 22, methanol tank 1, 25, air jet pipe, 26, air jet port, 2, reforming material preheating pipe, 3, methanol supply pipe for reforming, 4, reforming material heating pipe, 7, water tank, 8 9 is a water supply pipe, 2 is a reforming header, 3 is a reformed gas generation pipe, 6 is a reforming catalyst, 8 is a first CO reduction device, and 0 is a reformed gas supply pipe. 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 燃焼触媒が充填された燃焼室内で燃料を燃焼させ、この
燃焼による熱を改質触媒が充填された改質ガス生成管に
与えることにより該改質ガス生成管内に流れる水素原料
を改質する水素原料改質装置であって、上記燃焼室へ燃
料を導入する燃料噴出口が該燃焼室内に多段に分布され
ていることを特徴とする水素原料改質装置。
Hydrogen is produced by burning fuel in a combustion chamber filled with a combustion catalyst, and giving the heat from this combustion to a reformed gas generation tube filled with a reforming catalyst to reform the hydrogen raw material flowing into the reformed gas generation tube. A hydrogen raw material reforming device characterized in that fuel injection ports for introducing fuel into the combustion chamber are distributed in multiple stages within the combustion chamber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012165077A1 (en) * 2011-06-01 2012-12-06 日産自動車株式会社 Reformer

Cited By (4)

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