JP2001151502A - Fuel reforming device - Google Patents

Fuel reforming device

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JP2001151502A
JP2001151502A JP33556299A JP33556299A JP2001151502A JP 2001151502 A JP2001151502 A JP 2001151502A JP 33556299 A JP33556299 A JP 33556299A JP 33556299 A JP33556299 A JP 33556299A JP 2001151502 A JP2001151502 A JP 2001151502A
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JP
Japan
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catalyst
raw material
fuel
fuel reformer
material gas
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Pending
Application number
JP33556299A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuki Matsui
伸樹 松井
Shuji Ikegami
周司 池上
Yasunari Okamoto
康令 岡本
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.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JP2001151502A publication Critical patent/JP2001151502A/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination 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
    • H01M8/0625—Combination 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
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the durability of a catalyst by preventing the overheating of the catalyst in a fuel reforming device for producing hydrogen from a fuel gas by partial oxidation reaction. SOLUTION: A fuel reformer 5 of the fuel reforming device is structured by filling a catalytic packing 71 and a refractory packing 72 in a vessel like main body vessel 25. The catalytic packing 71 and the refractory packing 72 are formed into a prescribed shape to disturb the flow of the raw material gas. The catalyst showing the activity to the partial oxidation reaction is supported with the catalytic packing 71. The catalytic packing 71 and the refractory packing 72 are filled to be mixed with each other in the main body vessel 25.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系の源燃
料から水素を生成する燃料改質装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel reformer for producing hydrogen from a hydrocarbon-based source fuel.

【０００２】[0002]

【従来の技術】水素は炭化水素又はメタノールを改質す
ることによって生成することができ、このような改質に
よって水素を生成する燃料改質装置は、燃料電池、水素
エンジン等に使用することができる。2. Description of the Related Art Hydrogen can be produced by reforming hydrocarbons or methanol. A fuel reformer that produces hydrogen by such reforming can be used in fuel cells, hydrogen engines, and the like. it can.

【０００３】例えば、特開平１１−６７２５６号公報に
は、燃料改質装置を有する燃料電池システムが開示され
ている。この燃料改質装置は、部分酸化反応に対して活
性を呈する触媒が充填された燃料改質器を備えている。
そして、この燃料改質器に原料ガスを導入し、部分酸化
反応によって水素を発生させるように構成されている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-67256 discloses a fuel cell system having a fuel reformer. This fuel reformer includes a fuel reformer filled with a catalyst exhibiting an activity against a partial oxidation reaction.
Then, a raw material gas is introduced into the fuel reformer, and hydrogen is generated by a partial oxidation reaction.

【０００４】ここで、部分酸化反応は発熱反応である。
原燃料ＣnＨmがメタン（ＣＨ4）である場合、ΔＨ＝−
３６．０７ kJ/mol である。このため、触媒が活性を呈
する温度まで原料ガスを予熱しておけば、その後に反応
を継続させるための加熱が不要であるという利点があ
る。Here, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction.
When the raw fuel C n H m is methane (CH 4 ), ΔH = −
36.07 kJ / mol. For this reason, if the raw material gas is preheated to a temperature at which the catalyst exhibits activity, there is an advantage that heating for continuing the reaction thereafter is unnecessary.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように部分酸化反応は発熱反応であり、その反応速度は
著しく速い。このため、触媒が充填された燃料改質器に
原料ガスを導入すると、その直後に急速に反応が進行
し、温度が急上昇して１０００℃以上にまで達する場合
がある。また、燃料改質器の内部で平均的に反応が進行
するとは限らず、局所的に反応が進行してホットスポッ
トが生じるおそれがあった。そして、このように温度が
過度に上昇すると、触媒の活性金属の凝集、担体の焼
結、活性金属の蒸発、担体と活性金属の化合物の生成等
が進行し、触媒の劣化を招くという問題があった。However, as described above, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, and its reaction rate is extremely high. Therefore, when the raw material gas is introduced into the fuel reformer filled with the catalyst, the reaction proceeds rapidly immediately after that, and the temperature may rise rapidly and reach 1000 ° C. or more. Further, the reaction does not always proceed on average inside the fuel reformer, and there is a risk that the reaction may proceed locally to generate a hot spot. If the temperature rises excessively, the agglomeration of the active metal of the catalyst, the sintering of the support, the evaporation of the active metal, the formation of a compound of the support and the active metal, etc., proceed, leading to the problem of deterioration of the catalyst. there were.

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、触媒の耐久性を向上
させ、燃料改質装置の性能を長期に亘って維持し発揮さ
せることにある。[0006] The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve the durability of a catalyst and maintain and demonstrate the performance of a fuel reformer over a long period of time. is there.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、炭化水素系の原燃料、酸素及び水蒸気を含む
原料ガスから部分酸化反応により水素を生成する燃料改
質装置を対象とする。そして、部分酸化反応のための触
媒を担持する触媒充填物（71）と、耐火物から成り部分
酸化反応のための触媒を担持しない耐火充填物（72）
と、容器状に形成されて上記触媒充填物（71）及び耐火
充填物（72）が混在するように充填され、且つ上記原料
ガスが供給される本体部（25）とを設けるものである。A first solution of the present invention is directed to a fuel reformer for producing hydrogen from a hydrocarbon-based raw fuel, a raw material gas containing oxygen and water vapor by a partial oxidation reaction. And And a catalyst filler (71) supporting a catalyst for the partial oxidation reaction, and a refractory filler (72) comprising a refractory material and not supporting a catalyst for the partial oxidation reaction.
And a main body (25) formed in a container shape, filled with the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) in a mixed state, and supplied with the raw material gas.

【０００８】本発明が講じた第２の解決手段は、上記第
１の解決手段において、本体部（25）には、原料ガスの
流入口（31）と改質されたガスの流出口（32）とが形成
され、上記本体部（25）における耐火充填物（72）の割
合が流出口（32）側よりも流入口（31）側の方が大きく
なるように触媒充填物（71）及び耐火充填物（72）が充
填されるものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the main body (25) has an inlet (31) for a raw material gas and an outlet (32) for a reformed gas. ) And the catalyst filler (71) and the catalyst filler (71) such that the proportion of the refractory filler (72) in the main body (25) is larger on the inflow port (31) side than on the outflow port (32) side. The refractory filling (72) is to be filled.

【０００９】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、触媒充填物（71）と耐
火充填物（72）の何れか一方又は両方は、原料ガスの流
れを乱すような形状とされるものである。According to a third aspect of the present invention, in the first or the second aspect, one or both of the catalyst packing (71) and the refractory packing (72) is a raw material gas. The shape is such that the flow is disturbed.

【００１０】本発明が講じた第４の解決手段は、炭化水
素系の原燃料に酸素及び水蒸気を供給して成る原料ガス
から部分酸化反応により水素を生成する燃料改質装置を
対象とする。そして、供給された上記原料ガスを部分酸
化反応のための触媒と接触させる本体部（25）を備える
一方、上記本体部（25）における原料ガスの流れ方向に
沿って酸素の供給を複数回行うものである。The fourth solution taken by the present invention is directed to a fuel reformer for producing hydrogen from a raw material gas obtained by supplying oxygen and steam to a hydrocarbon-based raw fuel by a partial oxidation reaction. A main body (25) for bringing the supplied raw material gas into contact with a catalyst for a partial oxidation reaction is provided, and oxygen is supplied a plurality of times along the flow direction of the raw material gas in the main body (25). Things.

【００１１】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
１〜第４の何れか１の解決手段において、本体部（25）
の内部には、部分酸化反応により生じた熱を拡散するた
めのフィン部材（75）が設けられるものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the main unit (25) according to any one of the first to fourth aspects.
Is provided with a fin member (75) for diffusing the heat generated by the partial oxidation reaction.

【００１２】−作用− 上記第１の解決手段では、所定の原料ガスを本体部（2
5）に導入すると、この原料ガスが触媒充填物（71）に
担持された触媒と接触する。そして、部分酸化反応によ
り、原料ガスから水素が生成される。上述のように、部
分酸化反応は発熱反応であり、この発熱によって触媒充
填物（71）の温度が上昇する。一方、上記本体部（25）
では、触媒充填物（71）に耐火充填物（72）が混在して
いる。この耐火充填物（72）には触媒が担持されていな
いため、原料ガスが耐火充填物（72）に接触しても部分
酸化反応おこらず、発熱もない。従って、この耐火充填
物（72）を触媒充填物（71）に混在させることにより、
部分酸化反応により生じた熱が耐火充填物（72）に伝導
して拡散され、触媒充填物（71）の過度な温度上昇が回
避される。-Operation- In the first solution, the predetermined raw material gas is supplied to the main body (2).
When introduced in 5), this raw material gas comes into contact with the catalyst carried on the catalyst packing (71). Then, hydrogen is generated from the source gas by the partial oxidation reaction. As described above, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, and the heat generated causes the temperature of the catalyst packing (71) to increase. On the other hand, the main body (25)
In the above, the refractory filler (72) is mixed in the catalyst filler (71). Since the catalyst is not supported on the refractory filler (72), even when the raw material gas comes into contact with the refractory filler (72), no partial oxidation reaction occurs and no heat is generated. Therefore, by mixing this refractory packing (72) with the catalyst packing (71),
The heat generated by the partial oxidation reaction is conducted to the refractory packing (72) and diffused, thereby avoiding an excessive rise in the temperature of the catalyst packing (71).

【００１３】ここで、燃料改質装置においては、例えば
部分酸化反応と水性ガスシフト反応とを逐次的に進行さ
せるように構成してもよい。Here, in the fuel reforming apparatus, for example, a partial oxidation reaction and a water gas shift reaction may be configured to proceed sequentially.

【００１４】すなわち、上記逐次反応を式で表せば次の
ようになる。That is, the above sequential reaction is represented by the following equation.

【００１５】 ＣnＨm＋(n/2)Ｏ2 → nＣＯ＋(m/2)Ｈ2 ……〈１〉 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2 ……〈２〉 〈１〉式が部分酸化反応であり、この反応によって目的
とする水素が得られると共に、同時に生ずるＣＯが
〈２〉式の水性ガスシフト反応によって酸化され、その
際にも水素が発生する。また、このとき原料ガスとして
水蒸気を添加することにより、〈１〉式の部分酸化反応
における燃料転化率には大きな影響を与えないが、その
転化により〈２〉式の水性ガスシフト反応を生じ易くな
るため（平衡が生成側に傾く）、水素の収率が高くな
る。C n H m + (n / 2) O 2 → nCO + (m / 2) H 2 ... <1> CO + H 2 O → CO 2 + H 2. The desired hydrogen is obtained by this reaction, and simultaneously generated CO is oxidized by the water gas shift reaction of the formula (2), and hydrogen is also generated at that time. At this time, the addition of steam as a raw material gas does not greatly affect the fuel conversion rate in the partial oxidation reaction of the formula (1), but the conversion easily causes the water gas shift reaction of the formula (2). For this reason (equilibrium tends to the production side), the yield of hydrogen increases.

【００１６】上記第２の解決手段では、流入口（31）か
ら原料ガスが本体部（25）に流入し、流出口（32）から
反応後のガスが流出する。本体部（25）には触媒充填物
（71）と耐火充填物（72）が混在するように充填されて
いるが、流入口（31）側においては耐火充填物（72）の
割合が大きくなるようにされている。言い換えると、本
体部（25）の流入口（31）側では、触媒充填物（71）の
割合が小さく設定されている。In the second solution, the raw material gas flows into the main body (25) from the inflow port (31), and the reacted gas flows out from the outflow port (32). The main body (25) is filled with the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) in a mixed manner, but the proportion of the refractory filler (72) increases on the inlet (31) side. It has been like that. In other words, on the inflow port (31) side of the main body (25), the ratio of the catalyst filler (71) is set small.

【００１７】ここで、本体部（25）における流入口（3
1）側では、原料ガス中の原燃料の濃度が高いため、部
分酸化反応による発熱量が多くなる傾向にある。これに
対し、本解決手段では、本体部（25）の流入口（31）側
における触媒充填物（71）の割合を小さくしている。こ
のため、本体部（25）の流入口（31）側での部分酸化反
応による発熱量が抑制される。Here, the inlet (3) in the main body (25)
On the 1) side, since the concentration of the raw fuel in the raw material gas is high, the calorific value due to the partial oxidation reaction tends to increase. On the other hand, in the present solution, the ratio of the catalyst filler (71) on the inflow port (31) side of the main body (25) is reduced. For this reason, the amount of heat generated by the partial oxidation reaction on the inlet (31) side of the main body (25) is suppressed.

【００１８】上記第３の解決手段では、触媒充填物（7
1）又は耐火充填物（72）の形状が、原料ガスの流れを
乱すような形状とされる。つまり、本体部（25）におい
ては、充填された触媒充填物（71）及び耐火充填物（7
2）の間を原料ガスが流通する。そして、触媒充填物（7
1）又は耐火充填物（72）を上記のような形状とするこ
とにより、原料ガスの流れが乱され、本体部（25）の内
部において平均的に部分酸化反応が進行する。尚、原料
ガスの流れを乱すような形状としては、吸収塔などの充
填物として用いられるラシヒリング状の形状や、鞍状の
形状が例示される。In the third solution, the catalyst packing (7
1) or the shape of the refractory filler (72) is such that the flow of the raw material gas is disturbed. That is, in the main body (25), the filled catalyst filler (71) and the refractory filler (7
The raw material gas flows between 2). And the catalyst packing (7
By making 1) or the refractory filler (72) into the shape described above, the flow of the raw material gas is disturbed, and the partial oxidation reaction proceeds on average inside the main body (25). The shape that disturbs the flow of the raw material gas is exemplified by a Raschig ring shape and a saddle shape used as a packing material such as an absorption tower.

【００１９】上記第４の解決手段では、所定の原料ガス
を本体部（25）に導入すると、この原料ガスが触媒と接
触し、部分酸化反応によって原料ガスから水素が生成さ
れる。また、本体部（25）には、部分酸化反応に必要な
酸素が、複数回に分けて供給される。このため、本体部
（25）においては、原料ガスの入口付近で部分酸化反応
が急激に進行することはなく、本体部（25）の全体に亘
って平均的に部分酸化反応が進行し、局所的な温度上昇
が回避される。尚、本解決手段では、本体部（25）に酸
素のみを供給する必要はなく、酸素を含んだ気体、例え
ば空気を供給するようにしてもよい。In the fourth solution, when a predetermined raw material gas is introduced into the main body (25), the raw material gas comes into contact with the catalyst, and hydrogen is generated from the raw material gas by a partial oxidation reaction. Further, oxygen required for the partial oxidation reaction is supplied to the main body (25) in a plurality of times. For this reason, in the main body (25), the partial oxidation reaction does not rapidly proceed near the inlet of the raw material gas, and the partial oxidation reaction proceeds on average over the entire main body (25), and Temperature rise is avoided. In this solution, it is not necessary to supply only oxygen to the main body (25), and a gas containing oxygen, for example, air may be supplied.

【００２０】上記第５の解決手段では、本体部（25）に
は、所定のフィン部材（75）が設けられる。部分酸化反
応により生じた熱は、フィン部材（75）に伝わり、この
フィン部材（75）を伝導して拡散してゆく。従って、部
分酸化反応による熱は本体部（25）内の全体に拡散さ
れ、局所的な温度上昇が回避される。In the fifth solution, the main body (25) is provided with a predetermined fin member (75). The heat generated by the partial oxidation reaction is transmitted to the fin member (75), and is conducted and diffused through the fin member (75). Therefore, heat due to the partial oxidation reaction is diffused throughout the main body (25), and a local temperature rise is avoided.

【００２１】尚、上記の各解決手段において、上記炭化
水素系の原燃料としては、上記メタンの他、プロパン、
天然ガス（ＬＮＧを含む）、ナフサ、灯油、液化石油ガ
ス（ＬＰＧ）、都市ガス等を採用することができる。In each of the above solutions, the hydrocarbon-based raw fuel may be propane,
Natural gas (including LNG), naphtha, kerosene, liquefied petroleum gas (LPG), city gas, and the like can be used.

【００２２】また、部分酸化反応のための触媒として
は、ロジウム及びルテニウムが好ましい。これらの触媒
金属は、担体（サポート）に対して金属単体の形で担持
させても合金の形で担持させても、化合物、例えば酸化
物の形で担持させたものであってもよい。また、２種以
上の触媒金属（例えばロジウムとルテニウムの２種）を
同じ担体に担持させたものであっても、それぞれ別個の
担体に担持された２種以上の触媒金属の混合物であって
もよい。As a catalyst for the partial oxidation reaction, rhodium and ruthenium are preferred. These catalyst metals may be supported on a support in the form of a simple metal, an alloy, or a compound, for example, an oxide. Further, the catalyst may be one in which two or more types of catalyst metals (for example, two types of rhodium and ruthenium) are supported on the same carrier, or a mixture of two or more types of catalyst metals each supported on separate carriers. Good.

【００２３】[0023]

【発明の効果】上記の解決手段によれば、部分酸化反応
により生じた熱を速やかに拡散させることができ、触媒
の温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。このた
め、触媒の活性金属の凝集、担体の焼結、活性金属の蒸
発、担体と活性金属の化合物の生成等の進行を防ぎ、触
媒の劣化を抑制して耐久性を向上させることができる。
この結果、燃料改質装置の性能を長期に亘って維持し発
揮させることが可能となり、信頼性の向上を図ることが
できる。According to the above solution, the heat generated by the partial oxidation reaction can be quickly diffused, and the temperature of the catalyst can be prevented from rising excessively. For this reason, it is possible to prevent the agglomeration of the active metal of the catalyst, the sintering of the carrier, the evaporation of the active metal, the generation of the compound of the carrier and the active metal, and the like.
As a result, the performance of the fuel reformer can be maintained and exhibited for a long period of time, and reliability can be improved.

【００２４】特に、上記第２の解決手段では、本体部
（25）の流入口（31）側における触媒充填物（71）の割
合を小さく設定している。このため、原料ガス中の原燃
料の濃度が高く、部分酸化反応による発熱量が多くなり
がちな本体部（25）の流入口（31）側において、触媒の
過度な温度上昇を回避でき、触媒の劣化を確実に防止す
ることができる。In particular, in the second solution, the ratio of the catalyst filler (71) on the inflow port (31) side of the main body (25) is set small. For this reason, an excessive rise in temperature of the catalyst can be avoided on the inlet (31) side of the main body (25), where the concentration of the raw fuel in the raw material gas is high and the amount of heat generated by the partial oxidation reaction tends to increase. Degradation can be reliably prevented.

【００２５】また、上記第３の解決手段では、触媒充填
物（71）又は耐火充填物（72）自体を原料ガスの乱れを
促進するような形状としている。従って、何ら新たな部
材を付加することなく原料ガスの混合を促進でき、部分
酸化反応を平均的に進行させて触媒の過度な温度上昇を
確実に回避できる。In the third solution, the catalyst filler (71) or the refractory filler (72) itself is shaped to promote turbulence of the raw material gas. Therefore, the mixing of the raw material gas can be promoted without adding any new member, and the partial oxidation reaction can be advanced on average, so that an excessive temperature rise of the catalyst can be reliably avoided.

【００２６】[0026]

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。本実施形態１は、本発明に
係る燃料改質装置（60）を燃料電池システムに適用した
ものである。Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the fuel reformer (60) according to the present invention is applied to a fuel cell system.

【００２７】図１に示すように、燃料電池システムに
は、触媒電極である酸素極(カソード)（2）と、同じく
触媒電極である水素極(アノード)（3）とを有する固体
高分子電解質型の燃料電池（1）が設けられている。こ
の燃料電池（1）の酸素極（2）には、空気圧縮機（4）
が空気供給管（10）によって接続され、水素極（3）に
は燃料改質器（5）が改質ガス供給管（20）によって接
続されている。改質ガス供給管（20）には、第１熱交換
器（6）、ＣＯ高温変成器（7）、第２熱交換器（8）、
ＣＯ低温変成器（9）、第３熱交換器（11）、ＣＯ選択
酸化反応器（12）及び第４熱交換器（13）が、燃料電池
（1）に向かって順に設けられている。As shown in FIG. 1, a fuel cell system includes a solid polymer electrolyte having an oxygen electrode (cathode) (2) as a catalyst electrode and a hydrogen electrode (anode) (3) also as a catalyst electrode. Type fuel cell (1) is provided. The oxygen electrode (2) of this fuel cell (1) has an air compressor (4)
Is connected by an air supply pipe (10), and a fuel reformer (5) is connected to the hydrogen electrode (3) by a reformed gas supply pipe (20). The reformed gas supply pipe (20) includes a first heat exchanger (6), a high-temperature CO converter (7), a second heat exchanger (8),
A low-temperature CO converter (9), a third heat exchanger (11), a CO selective oxidation reactor (12), and a fourth heat exchanger (13) are provided in order toward the fuel cell (1).

【００２８】燃料改質器（5）には、原燃料源(都市ガ
ス)（14）が原料ガス供給管（30）によって接続されて
いる。この原料ガス供給管（30）にはガス圧縮機（15）
及び脱硫器（16）が燃料改質器（5）に向かって順に設
けられている。また、燃料改質器（5）には、上記空気
圧縮機（4）から部分酸化反応用の空気を供給すべく上
記空気供給管（10）から分岐した管が接続されると共
に、水性ガスシフト反応用の水蒸気を得るための水を噴
霧供給すべく水タンク（17）が水供給管（40）によって
接続されている。この水供給管（40）には、ポンプ（1
8）が設けられている。A raw fuel source (city gas) (14) is connected to the fuel reformer (5) by a raw gas supply pipe (30). This source gas supply pipe (30) has a gas compressor (15)
And a desulfurizer (16) is provided in order toward the fuel reformer (5). The fuel reformer (5) is connected to a pipe branched from the air supply pipe (10) so as to supply air for the partial oxidation reaction from the air compressor (4). A water tank (17) is connected by a water supply pipe (40) to spray and supply water for obtaining steam for use. This water supply pipe (40) has a pump (1
8) is provided.

【００２９】原燃料源（14）からの原燃料、空気圧縮機
（4）からの空気及び水タンク（17）からの水蒸気より
成る原料ガスは、燃焼器（19）によって加熱されてから
燃料改質器（5）に供給される。改質ガス供給管（20）
における第１熱交換器（6）の上流部位には、水性ガス
シフト反応用の水蒸気を得るための水を噴霧供給すべく
上記水供給管（40）から分岐した管が接続されている。
改質ガス供給管（20）における第３熱交換器（11）の上
流部位には、選択酸化反応器（12）のための空気を供給
すべく上記空気供給管（10）から分岐した管が接続され
ている。A raw material gas comprising raw fuel from a raw fuel source (14), air from an air compressor (4) and water vapor from a water tank (17) is heated by a combustor (19) before being converted into a fuel. It is supplied to the porcelain (5). Reformed gas supply pipe (20)
A pipe branched from the water supply pipe (40) is connected to an upstream portion of the first heat exchanger (6) in order to spray and supply water for obtaining water vapor for the water gas shift reaction.
At a portion of the reformed gas supply pipe (20) upstream of the third heat exchanger (11), a pipe branched from the air supply pipe (10) to supply air for the selective oxidation reactor (12) is provided. It is connected.

【００３０】燃料電池（1）における排ガスは、燃焼用
ガスとして燃焼器（19）に送られる。具体的に、酸素極
（2）の排ガス及び水素極（3）の排ガスが、気水分離器
（21,22）を通った後に合流されて、ガス管（50）によ
り燃焼器（19）に送られるように構成されている。ま
た、酸素極（2）の排ガスは、弁（23）によって大気に
適宜排出できるようになっている。The exhaust gas from the fuel cell (1) is sent to a combustor (19) as combustion gas. Specifically, the exhaust gas of the oxygen electrode (2) and the exhaust gas of the hydrogen electrode (3) are combined after passing through the steam separator (21, 22), and are combined into the combustor (19) by the gas pipe (50). It is configured to be sent. The exhaust gas from the oxygen electrode (2) can be appropriately discharged to the atmosphere by the valve (23).

【００３１】上記ガス管（50）は、上記第４熱交換器
（13）、第３熱交換器（11）及び第２熱交換器（8）を
順に通るように配管されている。燃料電池（1）からの
排ガスは、各熱交換器（11,8）における改質ガスとの熱
交換によって加熱されて燃焼器（19）に供給されるよう
になっている。従って、燃料改質器（5）からの改質ガ
スは、逆に各熱交換器（6,8,11）で冷却されて燃料電池
（1）に送られることになる。ただし、第１熱交換器
（6）には、別の冷却水管（24）が通されていて、改質
ガスはその冷却水との熱交換によって冷却されるように
なっている。The gas pipe (50) is arranged so as to pass through the fourth heat exchanger (13), the third heat exchanger (11) and the second heat exchanger (8) in this order. Exhaust gas from the fuel cell (1) is heated by heat exchange with the reformed gas in each of the heat exchangers (11, 8) and supplied to the combustor (19). Accordingly, the reformed gas from the fuel reformer (5) is conversely cooled in each heat exchanger (6, 8, 11) and sent to the fuel cell (1). However, another cooling water pipe (24) is passed through the first heat exchanger (6), and the reformed gas is cooled by heat exchange with the cooling water.

【００３２】図２に示すように、上記燃料改質装置（6
0）は、燃料改質器（5）と燃焼器（19）とを一体として
構成されている。具体的に、燃料改質装置（60）は、円
筒容器状の本体容器（25）を備えている。この本体容器
（25）は、その上部が燃料改質器（5）に構成され、下
部が燃焼器（19）に構成されている。また、燃料改質器
（5）と燃焼器（19）の間には、電気ヒータ（26）が設
けられている。As shown in FIG. 2, the fuel reformer (6
0) is configured such that the fuel reformer (5) and the combustor (19) are integrated. Specifically, the fuel reforming device (60) includes a main body container (25) having a cylindrical shape. The main body container (25) has an upper part configured as a fuel reformer (5) and a lower part configured as a combustor (19). An electric heater (26) is provided between the fuel reformer (5) and the combustor (19).

【００３３】上記燃焼器（19）は、本体容器（25）を外
管とし、その下端の原料ガス入口（31）から電気ヒータ
（26）の配設部に向かって延びる原料ガス通路（29）を
内管とする二重管状に形成されている。上記本体容器
（25）と原料ガス通路（29）との間には、燃焼触媒（2
8）が充填されている。この燃焼器（19）は、ガス管（5
0）を通じて供給される燃料電池（1）からの排ガスを燃
焼させ、原料ガス通路（29）を流れる原料ガスを予熱す
る。つまり、排ガス(燃焼用ガス)の入口（33）から燃焼
器（19）に入った排ガスは、燃焼後に燃焼排ガスの出口
（34）から排出される。The combustor (19) has a main vessel (25) as an outer tube, and a raw material gas passageway (29) extending from a raw material gas inlet (31) at a lower end thereof to a portion where an electric heater (26) is provided. Is formed as a double tube having an inner tube. A combustion catalyst (2) is provided between the main container (25) and the raw material gas passage (29).
8) is filled. This combustor (19) has a gas pipe (5
Exhaust gas from the fuel cell (1) supplied through (0) is burned to preheat the source gas flowing through the source gas passage (29). That is, the exhaust gas entering the combustor (19) from the exhaust gas (combustion gas) inlet (33) is discharged from the combustion exhaust gas outlet (34) after combustion.

【００３４】上記電気ヒータ（26）は、燃料電池システ
ムの起動時に原料ガスを予熱するために設けられてい
る。即ち、起動後しばらくの間は、燃料電池（1）から
の排ガスの量が不充分であるため、燃焼器（19）のみで
は原料ガスの予熱が不充分となる。このため、起動時に
は、電気ヒータ（26）を用いて、原料ガスの予熱量を確
保する。The electric heater (26) is provided for preheating the source gas at the time of starting the fuel cell system. That is, for a while after the start-up, the amount of exhaust gas from the fuel cell (1) is insufficient, so that only the combustor (19) does not sufficiently heat the raw material gas. For this reason, at the time of startup, the amount of preheating of the raw material gas is ensured by using the electric heater (26).

【００３５】図３に示すように、上記燃料改質器（5）
は、本体容器（25）の上部に触媒充填物（71）及び耐火
充填物（72）を充填して構成されている。この本体容器
（25）は、本体部を構成している。燃料改質器（5）で
は、触媒充填物（71）と耐火充填物（72）とが、ほぼ均
等な割合で混在するように充填されている。燃料改質器
（5）の底部は、触媒充填物（71）及び耐火充填物（7
2）を支持し、且つ燃焼器（19）からの原料ガスが流通
し得るように、網目状ないしは格子状に形成されてい
る。燃料改質器（5）では、下方から上方に向かって原
料ガスが流通し、改質ガスとなった後に改質ガスの出口
（32）から流出する。As shown in FIG. 3, the fuel reformer (5)
Is configured by filling a catalyst packing (71) and a refractory packing (72) in an upper part of a main body container (25). The main body container (25) forms a main body. In the fuel reformer (5), the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) are filled so as to be mixed at a substantially equal ratio. The bottom of the fuel reformer (5) contains the catalyst packing (71) and the refractory packing (7
It is formed in a mesh or lattice so as to support 2) and allow the raw material gas from the combustor (19) to flow. In the fuel reformer (5), the raw material gas flows upward from below, becomes a reformed gas, and then flows out from a reformed gas outlet (32).

【００３６】上記触媒充填物（71）及び耐火充填物（7
2）は、原料ガスの流れを乱すような所定の形状とされ
ている。具体的に、触媒充填物（71）及び耐火充填物
（72）は、図４(ａ)に示すようなラシヒリング状に形成
されている。ただし、両充填物の形状としては、ラシヒ
リング状のものに限らず、鞍状の形状や（図４(ｂ)参
照）、円筒の側部に開口を形成した形状（図４(ｃ)参
照）など、種々の形状を採用できる。The catalyst packing (71) and the refractory packing (7)
2) has a predetermined shape that disturbs the flow of the source gas. Specifically, the catalyst packing (71) and the refractory packing (72) are formed in a Raschig ring shape as shown in FIG. However, the shape of the both packing materials is not limited to the Raschig ring shape, but may be a saddle shape (see FIG. 4B) or a shape in which an opening is formed in a side portion of the cylinder (see FIG. 4C). For example, various shapes can be adopted.

【００３７】上記耐火充填物（72）は、耐火物であるア
ルミナ（Al2O3）をラシヒリング状に形成したものであ
る。一方、上記触媒充填物（71）は、アルミナ（Al
2O3）をラシヒリング状に形成した担体の表面に、部分
酸化反応に活性を呈する触媒（Ｒｕ又はＲｈの単体、化
合物、酸化物など）を担持させたものである。尚、上記
図３では、触媒充填物（71）及び耐火充填物（72）を模
式的に球状に示しているが、両充填物の実際の形状は図
４に現れる。The refractory filler (72) is formed by forming alumina (Al 2 O 3 ) as a refractory into a Raschig ring shape. On the other hand, the catalyst packing (71) contains alumina (Al
A catalyst (Ru or Rh simple substance, compound, oxide, or the like) exhibiting activity in a partial oxidation reaction is supported on the surface of a carrier in which 2 O 3 ) is formed in a Raschig ring shape. In FIG. 3, the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) are schematically shown as spheres, but the actual shapes of both fillers appear in FIG. 4.

【００３８】ここで、ＣＯ高温変成器（7）には、高温
（４００℃前後）での水性ガスシフト反応に活性を呈す
る触媒が充填されている。また、ＣＯ低温変成器（9）
には、低温（１８０℃前後）での水性ガスシフト反応に
活性を呈する触媒が充填されている。また、ＣＯ選択酸
化反応器（12）には、ＣＯの選択酸化反応に活性を呈す
る触媒が充填されている。Here, the CO high-temperature shift converter (7) is filled with a catalyst exhibiting an activity in a water gas shift reaction at a high temperature (around 400 ° C.). In addition, CO low temperature transformer (9)
Is filled with a catalyst exhibiting activity in a water gas shift reaction at a low temperature (around 180 ° C.). The CO selective oxidation reactor (12) is filled with a catalyst exhibiting activity in the selective oxidation reaction of CO.

【００３９】−運転動作− 上記燃料電池システムの運転について説明する。-Operation-The operation of the above fuel cell system will be described.

【００４０】上記燃料電池システムにおいては、その起
動時には燃料改質器（5）の温度が低いために電気ヒー
タ（26）が作動されて触媒が活性を呈する温度になるま
で、例えば４６０℃程度まで加熱される。起動後しばら
くすると電気ヒータ（26）は停止され、原料ガス（原燃
料、空気及び水蒸気の混合ガス）が燃焼器（19）で予熱
されるだけになる。In the above fuel cell system, when the fuel reformer (5) is started, the temperature of the fuel reformer (5) is low, so that the electric heater (26) is operated to reach a temperature at which the catalyst becomes active, for example, about 460 ° C. Heated. After a while after the start-up, the electric heater (26) is stopped, and the raw material gas (mixed gas of raw fuel, air and water vapor) is only preheated in the combustor (19).

【００４１】原料ガスは、Ｈ2Ｏ ／Ｃ比が０．５〜３に
なるように、Ｏ2 ／Ｃ比が０．４５〜０．７５になるよ
うに、原燃料、空気及び水蒸気の供給量が調整される。
また、燃料改質器（5）の出口（32）における改質ガス
温度が８００℃以上に上昇しないように、別途調整され
る。最も好ましい操作条件は、上記Ｈ2Ｏ ／Ｃ比が１．
０、Ｏ2 ／Ｃ比が０．５２〜０．６０（好ましくは０．
５６）、燃料改質器（5）の出口ガス温度が７２０℃、
燃料改質器（5）の出口ガスのＣＯ2／ＣＯ比が０．４と
いうものである。The raw material gas is H 2 O The supply amounts of the raw fuel, air and steam are adjusted so that the / C ratio becomes 0.5 to 3 and the O 2 / C ratio becomes 0.45 to 0.75.
In addition, the temperature of the reformed gas at the outlet (32) of the fuel reformer (5) is separately adjusted so as not to rise to 800 ° C. or more. The most preferred operating conditions are the above H 2 O / C ratio is 1.
0, the O 2 / C ratio is 0.52 to 0.60 (preferably 0.
56), the outlet gas temperature of the fuel reformer (5) is 720 ° C.,
The CO 2 / CO ratio of the outlet gas of the fuel reformer (5) is 0.4.

【００４２】原燃料（都市ガス）は、脱硫器（16）で脱
硫された後に、空気及び噴霧水と共に電気ヒータ（26）
又は燃焼器（19）によって加熱される。この加熱によっ
て噴霧水は水蒸気になる。原燃料、空気及び水蒸気から
なる原料ガスは、予熱された後に燃料改質器（5）へ流
入する。The raw fuel (city gas) is desulfurized in a desulfurizer (16), and then is supplied with an electric heater (26) together with air and spray water.
Or it is heated by a combustor (19). This heating turns the spray water into steam. The raw material gas composed of raw fuel, air and steam flows into the fuel reformer (5) after being preheated.

【００４３】燃料改質器（5）では、原料ガスが触媒充
填物（71）及び耐火充填物（72）と接触する。そして、
触媒充填物（71）の触媒上では原燃料の部分酸化反応が
起こり、水素とＣＯとが生成する（〈１〉式参照）。ま
た、燃料改質器（5）内には水蒸気が存在するため、同
時に水性ガスシフト反応が起こって水素と二酸化炭素と
が生成し、ＣＯ濃度が低下する（〈２〉式参照）。In the fuel reformer (5), the raw material gas comes into contact with the catalyst packing (71) and the refractory packing (72). And
On the catalyst of the catalyst filler (71), a partial oxidation reaction of the raw fuel occurs, and hydrogen and CO are generated (see the formula <1>). Further, since water vapor is present in the fuel reformer (5), a water gas shift reaction occurs at the same time to generate hydrogen and carbon dioxide, and the CO concentration is reduced (see equation (2)).

【００４４】ここで、触媒充填物（71）の触媒上での部
分酸化反応により熱が生じる。しかしながら、本実施形
態１の燃料改質器（5）では、触媒充填物（71）と耐火
充填物（72）とが混在している。このため、部分酸化反
応により生じた熱が耐火充填物（72）へ伝導して拡散
し、触媒充填物（71）の触媒の温度が過度に上昇するこ
とはない。また、上述のように、触媒充填物（71）及び
耐火充填物（72）は、ラシヒリング状に形成されてい
る。従って、燃料改質器（5）内を流れる原料ガスの流
れが乱され、原料ガスが撹拌されて燃料改質器（5）内
で平均的に部分酸化反応及び水性ガスシフト反応が進行
する。Here, heat is generated by a partial oxidation reaction of the catalyst filler (71) on the catalyst. However, in the fuel reformer (5) of the first embodiment, the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) are mixed. Therefore, the heat generated by the partial oxidation reaction is conducted to the refractory filler (72) and diffuses, and the temperature of the catalyst in the catalyst filler (71) does not excessively increase. Further, as described above, the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) are formed in a Raschig ring shape. Therefore, the flow of the raw material gas flowing in the fuel reformer (5) is disturbed, and the raw material gas is agitated, so that the partial oxidation reaction and the water gas shift reaction progress on average in the fuel reformer (5).

【００４５】燃料改質器（5）を出た改質ガスは、第１
熱交換器（6）によって４００℃程度まで温度が下がっ
てＣＯ高温変成器（7）へ送られ、そこの触媒上で生ず
る水性ガスシフト反応によってさらにＣＯ濃度が低下す
る。ＣＯ高温変成器（7）を出た改質ガスは第２熱交換
器（8）によって１８０℃程度まで温度が下がってＣＯ
低温変成器（9）へ送られ、そこの触媒上で生ずる水性
ガスシフト反応によってさらにＣＯ濃度が低下する。Ｃ
Ｏ低温変成器（9）を出た改質ガスは第３熱交換器（1
1）によって１４０℃程度まで温度が下がってＣＯ選択
酸化反応器（12）へ送られ、そこの触媒上で生ずるＣＯ
の選択酸化反応によってＣＯ濃度がさらに低下する。Ｃ
Ｏ選択酸化反応器（12）を出た改質ガスは第４熱交換器
（13）によって８０℃程度まで温度が下がって燃料電池
（1）の水素極（3）に入る。The reformed gas leaving the fuel reformer (5) is
The temperature is reduced to about 400 ° C. by the heat exchanger (6) and sent to the CO high-temperature converter (7), where the water gas shift reaction occurring on the catalyst further reduces the CO concentration. The temperature of the reformed gas exiting the high-temperature CO converter (7) is reduced to about 180 ° C. by the second heat exchanger (8),
The CO gas is sent to the low-temperature shift converter (9), and the water gas shift reaction occurring on the catalyst further reduces the CO concentration. C
The reformed gas that has exited the O low-temperature converter (9) is supplied to the third heat exchanger (1
The temperature is reduced to about 140 ° C. by 1) and sent to the CO selective oxidation reactor (12), where CO generated on the catalyst is generated.
The CO concentration is further reduced by the selective oxidation reaction of. C
The temperature of the reformed gas exiting the O selective oxidation reactor (12) is lowered to about 80 ° C. by the fourth heat exchanger (13) and enters the hydrogen electrode (3) of the fuel cell (1).

【００４６】燃料電池（1）では、水素極（3）の電極表
面で２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-、酸素極（2）の電極表面でＯ
2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの電池反応を起こす。従っ
て、酸素極（2）の排ガスには、電池反応に使われなか
った余剰空気と電池反応によって生じた水蒸気とが含ま
れる。一方、水素極（3）の排ガスには、電池反応に使
用されなかった水素、未改質の原燃料、空気及び水蒸気
が含まれる。In the fuel cell (1), 2H 2 → 4H + + 4e − on the electrode surface of the hydrogen electrode (3) and O 2 on the electrode surface of the oxygen electrode (2).
2 + 4H + + 4e - → causing cell reaction 2H 2 O. Therefore, the exhaust gas from the oxygen electrode (2) contains surplus air not used in the battery reaction and water vapor generated by the battery reaction. On the other hand, the exhaust gas from the hydrogen electrode (3) contains hydrogen not used for the battery reaction, unreformed raw fuel, air and water vapor.

【００４７】酸素極（2）及び水素極（3）の各排ガス
は、気水分離器（21,22）を通って合流し、第４熱交換
器（13）、第３熱交換器（11）及び第２熱交換器（8）
によって熱交換により加熱されて燃焼器（19）に送られ
る。この排ガスに含まれている水素及び酸素は、燃焼器
（19）において燃焼触媒の作用によって反応し、その反
応熱が原料ガスの予熱源となる。また、この排ガスに含
まれている未改質の原燃料も同時に燃焼して予熱源とな
る。The exhaust gas from the oxygen electrode (2) and the exhaust gas from the hydrogen electrode (3) are merged through the steam separator (21, 22), and are combined into a fourth heat exchanger (13) and a third heat exchanger (11). ) And the second heat exchanger (8)
Is heated by heat exchange and sent to the combustor (19). Hydrogen and oxygen contained in the exhaust gas react by the action of the combustion catalyst in the combustor (19), and the heat of reaction serves as a preheat source of the raw material gas. The unreformed raw fuel contained in the exhaust gas also burns at the same time and becomes a preheating source.

【００４８】−実施形態１の効果− 本実施形態１によれば、燃料改質器（5）に触媒充填物
（71）及び耐火充填物（72）を混在させることにより、
部分酸化反応により生じた熱を速やかに拡散させて、触
媒の温度が過度に上昇するのを防ぐことができる。この
ため、触媒充填物（71）に担持された触媒の活性金属の
凝集、担体の焼結、活性金属の蒸発、担体と活性金属の
化合物の生成等の進行を防ぎ、触媒の劣化を抑制して耐
久性を向上させることができる。この結果、燃料改質装
置（60）の性能を長期に亘って維持し発揮させることが
可能となり、信頼性の向上を図ることができる。-Effects of Embodiment 1- According to Embodiment 1, by mixing the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) in the fuel reformer (5),
The heat generated by the partial oxidation reaction can be quickly diffused to prevent the temperature of the catalyst from excessively increasing. For this reason, the progress of the aggregation of the active metal of the catalyst supported on the catalyst packing (71), the sintering of the support, the evaporation of the active metal, and the formation of a compound of the support and the active metal are prevented, and the deterioration of the catalyst is suppressed. And the durability can be improved. As a result, the performance of the fuel reformer (60) can be maintained and exhibited over a long period of time, and reliability can be improved.

【００４９】また、本実施形態１では、触媒充填物（7
1）及び耐火充填物（72）をラシヒリング状とし、燃料
改質器（5）における原料ガスの乱れを促進するように
している。従って、燃料改質器（5）に何ら新たな部材
を付加することなく原料ガスの混合を促進でき、構成を
簡素に維持しつつ部分酸化反応を平均的に進行させて触
媒の過度な温度上昇を確実に回避できる。In the first embodiment, the catalyst filler (7
The 1) and the refractory packing (72) are in a Raschig ring shape so as to promote turbulence of the raw material gas in the fuel reformer (5). Therefore, the mixing of the raw material gas can be promoted without adding any new members to the fuel reformer (5), and the partial oxidation reaction proceeds averagely while maintaining a simple structure, so that the temperature of the catalyst rises excessively. Can be reliably avoided.

【００５０】−実施形態１の変形例− 上記実施形態１では、容器状の本体容器（25）の上部に
触媒充填物（71）及び耐火充填物（72）を充填して燃料
改質器（5）を構成しているが、これに加えて、図５に
示すように、燃料改質器（5）を構成する本体容器（2
5）の内部に、放射状に形成されたフィン部材（75）を
設けるようにしてもよい。尚、図５では、触媒充填物
（71）及び耐火充填物（72）の図示を省略している。Modification of First Embodiment In the first embodiment, the upper part of the container body (25) is filled with the catalyst filler (71) and the refractory filler (72), and the fuel reformer ( 5), and in addition, as shown in FIG. 5, the main body container (2) constituting the fuel reformer (5)
A fin member (75) formed radially may be provided inside 5). In FIG. 5, illustration of the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) is omitted.

【００５１】本変形例では、部分酸化反応により生じた
熱は、このフィン部材（75）を伝導することによっても
拡散される。従って、触媒充填物（71）の過昇温が、一
層確実に抑制される。In this modification, the heat generated by the partial oxidation reaction is also diffused by conducting through the fin member (75). Therefore, the excessive temperature rise of the catalyst packing (71) is more reliably suppressed.

【００５２】[0052]

【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、上記実
施形態１において、燃料改質器（5）の構成を変更する
ものである。以下、本実施形態２の燃料改質器（5）に
ついて説明する。Embodiment 2 Embodiment 2 of the present invention is different from Embodiment 1 in that the configuration of the fuel reformer (5) is changed. Hereinafter, the fuel reformer (5) of the second embodiment will be described.

【００５３】図６に示すように、上記燃料改質器（5）
は、本体容器（25）の上部に触媒充填物（71）及び耐火
充填物（72）を充填して構成される点で上記実施形態１
のものと共通するが、触媒充填物（71）と耐火充填物
（72）の充填割合が異なっている。具体的に、上記燃料
改質器（5）における下部では、耐火充填物（72）の割
合が多くなるようにされている。つまり、燃料改質器
（5）における原料ガスの入口（31）側では、他の部分
に比べて触媒充填物（71）の割合が小さくされている。As shown in FIG. 6, the fuel reformer (5)
Embodiment 1 is different from Embodiment 1 in that the upper part of the main body container (25) is filled with a catalyst filler (71) and a refractory filler (72).
However, the filling ratios of the catalyst packing (71) and the refractory packing (72) are different. Specifically, in the lower part of the fuel reformer (5), the proportion of the refractory filler (72) is increased. That is, the ratio of the catalyst filler (71) is smaller on the raw material gas inlet (31) side of the fuel reformer (5) than on the other parts.

【００５４】ここで、燃料改質器（5）に流入した直後
の原料ガスは、これに含まれる原燃料の濃度が高い状態
となっている。従って、燃料改質器（5）における原料
ガスの入口（31）側では、部分酸化反応による発熱量が
過大となるおそれがある。Here, the raw material gas immediately after flowing into the fuel reformer (5) has a high concentration of the raw fuel contained therein. Therefore, on the raw material gas inlet (31) side of the fuel reformer (5), the calorific value due to the partial oxidation reaction may be excessive.

【００５５】これに対し、本実施形態２では、燃料改質
器（5）における原料ガスの入口（31）側で触媒充填物
（71）の割合を少なくしている。このため、燃料改質器
（5）で局所的に発熱量が増大するという事態を回避で
きる。この結果、触媒充填物（71）の触媒の過昇温を防
止して劣化を防ぐという上記実施形態１の効果を、一層
確実に得ることができる。On the other hand, in the second embodiment, the proportion of the catalyst filler (71) is reduced on the side of the raw material gas inlet (31) in the fuel reformer (5). For this reason, it is possible to avoid a situation where the calorific value increases locally in the fuel reformer (5). As a result, the effect of the first embodiment of preventing excessive deterioration of the temperature of the catalyst in the catalyst filler (71) and preventing deterioration thereof can be more reliably obtained.

【００５６】[0056]

【発明の実施の形態３】本発明の実施形態３は、上記実
施形態１において、燃料改質器（5）への空気の供給を
複数回に分けて行うものである。以下、実施形態１と異
なる構成について説明する。Embodiment 3 Embodiment 3 of the present invention is different from Embodiment 1 in that the supply of air to the fuel reformer (5) is performed a plurality of times. Hereinafter, a configuration different from the first embodiment will be described.

【００５７】図７に示すように、本実施形態３の燃料改
質装置（60）では、燃料改質器（5）への空気の導入
を、複数回、例えば３回に分けて行うようにしている。
つまり、燃料改質器（5）における部分酸化反応に必要
な量の空気の全てを原料ガスとして供給するのではな
く、この必要な量の空気を分割して供給する。As shown in FIG. 7, in the fuel reformer (60) of the third embodiment, the introduction of air into the fuel reformer (5) is performed a plurality of times, for example, three times. ing.
That is, instead of supplying all of the air required for the partial oxidation reaction in the fuel reformer (5) as the raw material gas, the necessary amount of air is divided and supplied.

【００５８】具体的に、部分酸化反応に必要な空気量の
１／３を原料ガスに混入し、この原料ガスを燃焼器（1
9）で予熱して燃料改質器（5）へ導入する。燃料改質器
（5）内では原料ガスが流れ、部分酸化反応により酸素
が消費される。その後、燃料改質器（5）の長手方向に
１／３ほど進んだ箇所で、必要な空気量の１／３を追加
する。これによって部分酸化反応に必要な酸素が補充さ
れ、更に反応が進行する。その後、燃料改質器（5）の
長手方向に２／３ほど進んだ箇所で、必要な空気量の１
／３を再び追加する。これによって部分酸化反応に必要
な酸素が更に補充されて反応が進行し、原料ガスは改質
ガスとなって出口（32）から流出する。Specifically, one-third of the amount of air required for the partial oxidation reaction is mixed with the raw material gas, and this raw material gas is supplied to the combustor (1).
Preheat in 9) and introduce into the fuel reformer (5). The raw material gas flows in the fuel reformer (5), and oxygen is consumed by the partial oxidation reaction. After that, at a point advanced by about 1/3 in the longitudinal direction of the fuel reformer (5), 1/3 of the required air amount is added. Thereby, oxygen necessary for the partial oxidation reaction is replenished, and the reaction further proceeds. Then, at a point about 2/3 of the way in the longitudinal direction of the fuel reformer (5),
/ 3 is added again. As a result, oxygen required for the partial oxidation reaction is further replenished and the reaction proceeds, and the source gas flows out of the outlet (32) as a reformed gas.

【００５９】尚、燃料改質器（5）の途中に導入される
空気は、原料ガスと同様に予熱された後に送り込まれ
る。また、必要な空気量を等分して供給する場合に限ら
れず、空気量の分配割合は適宜設定すればよい。The air introduced in the middle of the fuel reformer (5) is sent after being preheated similarly to the raw material gas. In addition, the present invention is not limited to the case where the required amount of air is equally supplied, and the distribution ratio of the amount of air may be set as appropriate.

【００６０】ここで、燃料改質器（5）に流入した直後
の原料ガスは、これに含まれる原燃料の濃度が高い状態
となっている。従って、燃料改質器（5）における原料
ガスの入口（31）側では、部分酸化反応による発熱量が
過大となるおそれがある。Here, the raw material gas immediately after flowing into the fuel reformer (5) has a high concentration of the raw fuel contained therein. Therefore, on the raw material gas inlet (31) side of the fuel reformer (5), the calorific value due to the partial oxidation reaction may be excessive.

【００６１】これに対し、本実施形態３では、必要量の
１／３の空気が混入された原料ガスを燃料改質器（5）
へ導入している。従って、酸素が不足することによって
部分酸化反応の急激な進行が抑制され、反応による発熱
量が過大となる事態が回避される。そして、その後に部
分酸化反応に要する空気を段階的に供給し、燃料改質器
（5）における原料ガスの改質を完了するようにしてい
る。このため、本実施形態３によれば、上記実施形態１
と同様に、触媒充填物（71）の触媒の過昇温を防止して
劣化を防ぐことが可能となる。On the other hand, in the third embodiment, the raw material gas mixed with 1/3 of the required amount of air is supplied to the fuel reformer (5).
Has been introduced. Therefore, the rapid progress of the partial oxidation reaction due to lack of oxygen is suppressed, and a situation in which the amount of heat generated by the reaction becomes excessive is avoided. Then, the air required for the partial oxidation reaction is supplied stepwise to complete the reforming of the raw material gas in the fuel reformer (5). Therefore, according to the third embodiment, the first embodiment
Similarly to the above, it is possible to prevent the temperature of the catalyst in the catalyst filler (71) from rising excessively, thereby preventing deterioration.

【００６２】−実施形態３の変形例− 上記実施形態３では、本体容器（25）に所定形状の触媒
充填物（71）を充填して燃料改質器（5）を構成してい
るが、これに代えて、ハニカム状のモノリス担体に触媒
を担持させたものを本体容器（25）内に設置して燃料改
質器（5）を構成するようにしてもよい。-Modification of Embodiment 3- In Embodiment 3 described above, the fuel reformer (5) is formed by filling the main body container (25) with the catalyst filler (71) having a predetermined shape. Alternatively, a fuel reformer (5) may be configured by installing a catalyst supporting a catalyst on a honeycomb-shaped monolithic carrier in the main container (25).

【００６３】[0063]

【発明のその他の実施の形態】−第１変形例− 上記の各実施形態では、触媒充填物（71）と耐火充填物
（72）の両方を、ラシヒリング状の原料ガスの流れを乱
す形状としている。これに対し、触媒充填物（71）と耐
火充填物（72）の何れか一方だけを原料ガスの流れを乱
す形状とし、他方は球状などの形状としてもよい。Other Embodiments of the Invention-First Modification-In each of the above embodiments, both the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) are shaped to disturb the flow of the Raschig-shaped raw material gas. I have. On the other hand, only one of the catalyst packing (71) and the refractory packing (72) may have a shape that disturbs the flow of the raw material gas, and the other may have a shape such as a spherical shape.

【００６４】−第２変形例− 上記の各実施形態では、燃料電池システムを以下のよう
に構成してもよい。Second Modification In each of the above embodiments, the fuel cell system may be configured as follows.

【００６５】図８に示すように、本変形例に係るシステ
ムと先のシステムと、以下の点で相違する。先ず、燃料
改質器（5）に対して空気圧縮機（4）の空気及び水タン
ク（17）の水を導入することに代えて、本変形例では酸
素極（2）の排ガスを供給管（35）によって供給する。
また、本変形例では、電気負荷（36）に対して燃料電池
（1）と別の電源（37）とを並列に接続し、燃料電池
（1）の出力電流値を調節する電力調節器（38）が設け
られている。また、本変形例では、空気供給管（10）か
ら原料ガス供給管（30）に向かって延設した分岐管に流
量調節弁（39）を設けて、空気補給手段が構成されてい
る。As shown in FIG. 8, the system according to the present modification is different from the previous system in the following points. First, instead of introducing the air of the air compressor (4) and the water of the water tank (17) to the fuel reformer (5), in this modification, the exhaust gas of the oxygen electrode (2) is supplied to the supply pipe. Powered by (35).
Further, in this modification, a fuel cell (1) and another power supply (37) are connected in parallel to the electric load (36), and a power controller (A) for adjusting the output current value of the fuel cell (1). 38) is provided. Further, in this modification, a flow control valve (39) is provided on a branch pipe extending from the air supply pipe (10) toward the raw material gas supply pipe (30) to constitute an air supply means.

【００６６】即ち、上述の如く酸素極（2）の排ガスに
は、水蒸気及び未使用の空気が含まれている。そして、
本変形例は、この排ガスを燃料改質器（5）に原燃料改
質用のガスとして用い、この排ガスの組成を燃料改質に
適するものにするために電力調節器（38）を設けたもの
である。電力調節器（38）によって燃料電池（1）の出
力電流値を調節すると、この燃料電池（1）の水素及び
空気の利用率が変わり、酸素極（2）の排ガスの酸素濃
度及び水蒸気濃度が変化することになる。この調節によ
って不足する電力は、別の電源（37）によって補われる
ことになる。That is, as described above, the exhaust gas from the oxygen electrode (2) contains steam and unused air. And
In this modification, the exhaust gas is used as a raw fuel reforming gas in a fuel reformer (5), and a power controller (38) is provided to make the composition of the exhaust gas suitable for fuel reforming. Things. When the output current value of the fuel cell (1) is adjusted by the power controller (38), the utilization rates of hydrogen and air of the fuel cell (1) change, and the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas at the oxygen electrode (2) change. Will change. The power shortage due to this adjustment will be supplemented by another power supply (37).

【００６７】燃料電池（1）における水素の使用量が１
Ｌ／min.（０℃，１気圧）のときにその利用率が１００
％であるとすると、そのときの出力電流値Ａは理論的に
は次のようになる。The amount of hydrogen used in the fuel cell (1) is 1
L / min. (0 ° C, 1 atm), the utilization rate is 100
%, The output current value A at that time is theoretically as follows.

【００６８】 Ａ＝２ｎＦ ＝１４３（アンペア） （Ａ：Ｃ（クーロン）／sec，ｎ：モル／sec，Ｆ：ファ
ラデー定数） 従って、出力電流値を上記理論値よりも下げると、水素
利用率（燃料利用率）及び空気利用率が低下することに
なる。この場合、空気利用率は例えば０．４〜０．７５
の範囲で調節することになる。A = 2 nF = 143 (ampere) (A: C (coulomb) / sec, n: mol / sec, F: Faraday constant) Therefore, when the output current value is lowered below the theoretical value, the hydrogen utilization rate ( Fuel utilization) and air utilization. In this case, the air utilization rate is, for example, 0.4 to 0.75.
Will be adjusted in the range.

【００６９】また、空気利用率を高めた場合に不足する
空気は空気圧縮機（4）からの空気を流量調節弁（39）
によって導入して補うことになる。When the air utilization rate is increased, the insufficient air is supplied from the air compressor (4) to the flow control valve (39).
Will be introduced and supplemented by.

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

【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成
図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment.

【図２】実施形態１に係る燃料改質装置の概略構成図で
ある。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel reforming apparatus according to the first embodiment.

【図３】実施形態１に係る燃料改質器の断面を示す概略
斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a cross section of the fuel reformer according to the first embodiment.

【図４】実施形態１に係る触媒充填物及び耐火充填物を
示す概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a catalyst filler and a refractory filler according to the first embodiment.

【図５】実施形態１の変形例に係る燃料改質器の概略斜
視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of a fuel reformer according to a modification of the first embodiment.

【図６】実施形態２に係る燃料改質器の断面を示す概略
斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a cross section of a fuel reformer according to a second embodiment.

【図７】実施形態３に係る燃料改質装置の概略構成図で
ある。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a fuel reforming apparatus according to a third embodiment.

【図８】その他の実施形態（第２変形例）に係る燃料電
池システムの概略構成図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to another embodiment (second modification).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

（25） 本体容器（本体部） （31） 原料ガス入口（流入口） （32） 改質ガス出口（流出口） （71） 触媒充填物 （72） 耐火充填物 （75） フィン部材 (25) Main container (main unit) (31) Source gas inlet (inlet) (32) Reformed gas outlet (outlet) (71) Catalyst packing (72) Refractory packing (75) Fin member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 康令 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EA07 EB03 EB14 EB23 EC07 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BA17  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yasunori Okamoto 1304 Kanaokacho, Sakai City, Osaka Prefecture Daikin Industries, Ltd. Sakai Seisakusho Kanaoka Plant F-term (reference) 4G040 EA03 EA06 EA07 EB03 EB14 EB23 EC07 5H027 AA06 BA01 BA09 BA10 BA16 BA17

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 炭化水素系の原燃料、酸素及び水蒸気を
含む原料ガスから部分酸化反応により水素を生成する燃
料改質装置であって、 部分酸化反応のための触媒を担持する触媒充填物（71）
と、 耐火物から成り部分酸化反応のための触媒を担持しない
耐火充填物（72）と、容器状に形成されて上記触媒充填
物（71）及び耐火充填物（72）が混在するように充填さ
れ、且つ上記原料ガスが供給される本体部（25）とを備
えている燃料改質装置。1. A fuel reformer for producing hydrogen by a partial oxidation reaction from a hydrocarbon-based raw fuel, a raw material gas containing oxygen and water vapor, and comprising a catalyst packing supporting a catalyst for the partial oxidation reaction. 71)
And a refractory filler (72) made of a refractory material and not carrying a catalyst for a partial oxidation reaction, and a rechargeable filler (71) and a refractory filler (72) formed in a container shape and mixed together. And a main body (25) to which the raw material gas is supplied. 【請求項２】 請求項１記載の燃料改質装置において、 本体部（25）には、原料ガスの流入口（31）と改質され
たガスの流出口（32）とが形成され、上記本体部（25）
における耐火充填物（72）の割合が流出口（32）側より
も流入口（31）側の方が大きくなるように触媒充填物
（71）及び耐火充填物（72）が充填されている燃料改質
装置。2. The fuel reformer according to claim 1, wherein the main body (25) has an inlet (31) for a raw material gas and an outlet (32) for a reformed gas. Main unit (25)
The fuel filled with the catalyst filler (71) and the refractory filler (72) such that the proportion of the refractory filler (72) in the inflow port (31) is larger than that in the outflow port (32) Reformer. 【請求項３】 請求項１又は２記載の燃料改質装置にお
いて、 触媒充填物（71）と耐火充填物（72）の何れか一方又は
両方は、原料ガスの流れを乱すような形状とされている
燃料改質装置。3. The fuel reformer according to claim 1, wherein one or both of the catalyst packing (71) and the refractory packing (72) is shaped so as to disturb the flow of the raw material gas. Fuel reformer. 【請求項４】 炭化水素系の原燃料に酸素及び水蒸気を
供給して成る原料ガスから部分酸化反応により水素を生
成する燃料改質装置であって、 供給された上記原料ガスを部分酸化反応のための触媒と
接触させる本体部（25）を備える一方、 上記本体部（25）における原料ガスの流れ方向に沿って
酸素の供給を複数回行う燃料改質装置。4. A fuel reformer for producing hydrogen by a partial oxidation reaction from a raw material gas obtained by supplying oxygen and water vapor to a hydrocarbon raw fuel, wherein the supplied raw material gas is subjected to a partial oxidation reaction. A fuel reformer that includes a main body (25) that is brought into contact with a catalyst for performing the supply of oxygen multiple times along the flow direction of the raw material gas in the main body (25). 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１記載の燃料改
質装置において、 本体部（25）の内部には、部分酸化反応により生じた熱
を拡散するためのフィン部材（75）が設けられている燃
料改質装置。5. The fuel reformer according to claim 1, wherein a fin member (75) for diffusing heat generated by the partial oxidation reaction is provided inside the main body (25). Fuel reformer provided.
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