JP4374124B2 - Fuel reformer - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素を含む改質用燃料を改質することにより、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池セルを、セパレータによって挟持して複数積層することにより構成された燃料電池スタックが開発され、種々の用途に実用化されつつある。
【０００３】
この種の燃料電池スタックは、炭化水素、例えば、メタノール水溶液の水蒸気改質により生成された水素ガスを含む改質ガス（燃料ガス）をアノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（酸素ガスまたは空気）をカソード側電極に供給して前記水素ガスを水素イオン化し、この水素ガスが固体高分子電解質膜内を流れることにより、燃料電池の外部に電気エネルギが得られるように構成されている。
【０００４】
この場合、メタノール水溶液から水素ガスを含む改質ガスを生成して燃料電池スタックに供給するために、燃料改質装置が用いられている。この燃料改質装置は、例えば、メタノール水溶液等の改質用燃料を水蒸気化させるための蒸発器と、この蒸発器を通って水蒸気化された改質用燃料ガスに改質反応を施して水素ガスを含む改質ガスを生成するための改質器と、系全体の暖機を行うための暖機用燃焼器と、前記改質器により生成された改質ガス中の一酸化炭素を除去するための一酸化炭素除去器と、前記改質ガスを燃料電池スタックの運転温度に調整するための熱交換機等の各種のコンポーネントを備えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の燃料改質装置では、改質触媒としてペレットが一般的に使用されており、このペレットがガスの流れ方向に長尺に形成されている。このため、改質触媒のガスの流れ方向の温度差が大きくなって、触媒部全域で所望の改質反応を実現することが困難になるとともに、コンパクト性に劣るという問題が指摘されている。
【０００６】
そこで、改質触媒部をガスの流れ方向に直交するドーナツ形状に設定することにより、改質触媒部全体の薄肉化を図ることが考えられる。ところが、ドーナツ形状の改質触媒部の中央側から改質用燃料が導入されるため、この改質用燃料を前記改質触媒部の全面にわたって均一に供給することが困難になるおそれがある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、改質用燃料を触媒部の面方向に均一かつ確実に供給するとともに、簡単な構成で金網状部材を強固に溶着することが可能な燃料改質装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料改質装置では、面方向が改質用燃料の流れ方向に直交して設定される改質触媒層の外周面および内周面が流路部材に保持されるとともに、前記改質触媒層のガス導入面側に整流用金網状部材が配置されている。このため、改質器に供給された改質用燃料は、流路部材の案内作用下に改質触媒層側に供給された後、整流用金網状部材の作用下に前記改質用燃料が前記改質触媒層のガス導入面全面にわたって均一に供給される。これにより、改質触媒層を、例えば、ドーナツ形状に容易に設定することができ、改質器全体の小型化が図られる。
【０００９】
さらに、整流用金網状部材は、流路部材に溶着される部位が加圧され、他の部位よりも高密度に構成されている。通常、気孔を有する整流用金網状部材を溶接する際には、溶接時の急熱によって内部気孔が膨張し、溶接部に貫通気孔やブローホール等の欠陥が発生してしまう。これにより、溶接部での強度低下や改質器として使用する際の圧損分布の損失等が惹起されるおそれがある。
【００１０】
そこで、整流用金網状部材の溶着部位を他の部位よりも高密度に構成することにより、気孔が極めて小さくなり、溶接部に欠陥が発生することを有効に阻止することができる。しかも、整流用金網状部材の溶着部位を高密度に構成するだけでよく、製造費の高騰や重量の増加を抑えることが可能になり、経済的であるとともに、取り扱い性が向上する。
【００１１】
また、整流用金網状部材は、改質触媒層の上流側に突出するフランジ部を設け、このフランジ部の一部に高密度な部位が設けられている。従って、整流用金網状部材と流路部材との溶接作業が容易かつ確実に遂行される。
【００１２】
その際、整流用金網状部材は、フランジ部の端部側に向かって一層高密度になるように設定されている。このため、フランジ部の端部から内側に向かって溶接条件が徐々に変化し、熱応力が集中する等の不具合を有効に回避することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料改質装置１０が組み込まれる燃料電池システム１２の概略構成図である。
【００１４】
燃料電池システム１２は、炭化水素を含む改質用燃料を改質することにより水素ガスを生成する本実施形態に係る燃料改質装置１０と、この燃料改質装置１０から改質ガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとして、例えば、空気（または酸素ガス）が供給され、前記改質ガス中の水素ガスと前記空気中の酸素ガスとの反応により発電を行う燃料電池スタック１４とを備える。炭化水素としては、メタノール、天然ガスまたはメタン等が使用可能である。
【００１５】
燃料改質装置１０は、炭化水素、例えば、メタノールを貯留するメタノールタンク１６と、燃料電池システム１２から排出される生成水等を貯留する水タンク１８と、前記メタノールタンク１６および前記水タンク１８からそれぞれ所定量のメタノールおよび水が供給されてメタノール水溶液を混合する混合器２０と、前記混合器２０から供給されるメタノール水溶液を蒸発させるための蒸発器２２と、前記蒸発器２２に蒸発熱を供給する触媒燃焼器２４と、前記蒸発器２２から導入される気化状態のメタノール水溶液（以下、改質用燃料という）を改質して水素ガスを含む改質ガスを生成する改質器２６と、この改質器２６から導出される改質ガス中の一酸化炭素を除去するＣＯ選択酸化器（一酸化炭素除去器）２８とを備える。
【００１６】
改質器２６とＣＯ選択酸化器２８とには、空気供給器３０からそれぞれ空気が供給されるとともに、前記改質器２６と前記ＣＯ選択酸化器２８との間には、燃料電池システム１２全体の暖機時間を短縮するための中間燃焼器（暖機用燃焼器）３２が配置されており、前記改質器２６の上流側には、始動燃焼器３４が配置されている。ＣＯ選択酸化器２８の下流側には、改質ガスの温度を低下させるための熱交換器３６が配置され、この熱交換器３６には、改質ガスを燃料電池スタック１４に供給する経路３７ａと、暖機完了前の不安定な排出ガスを触媒燃焼器２４に供給するリターン経路３７ｂとに切り換える三方切り換え弁３８が設けられている。
【００１７】
図２乃至図４に示すように、燃料改質装置１０は、改質用燃料の流れ方向（矢印Ａ方向）に沿って蒸発器２２、改質器２６、中間燃焼器３２およびＣＯ選択酸化器２８をこの順に配列し、かつこれらのコンポーネントを一体的に収容するとともに、改質室４０および各コンポーネント間のガス流路４２を構成する内側ケーシング手段４４と、前記内側ケーシング手段４４を囲繞して配設され、該内側ケーシング手段４４の外壁との間に所定の真空度を有する断熱用閉塞空間５２を形成する外側ケーシング手段４５とを備える。
【００１８】
内側ケーシング手段４４は、各コンポーネントである蒸発器２２、改質器２６、中間燃焼器３２およびＣＯ選択酸化器２８を配列支持する支持プレート４６と、前記支持プレート４６により配列支持された前記蒸発器２２、前記改質器２６、前記中間燃焼器３２および前記ＣＯ選択酸化器２８を収容する第１板状内側ケース４８ａ、５０ａおよび第２板状内側ケース４８ｂ、５０ｂとを備える。
【００１９】
図２に示すように、支持プレート４６は、単一の弾性を有する薄板材、例えば、金属板で構成されており、蒸発器２２を収容する第１開口部５６と、改質器２６、中間燃焼器３２およびＣＯ選択酸化器２８を収容する矢印Ａ方向に長尺な第２開口部５８とが設けられている。支持プレート４６には、第１開口部５６側の端部に蒸発器２２の３本の管体６０に対応して３つの半円筒部６２が形成されるとともに、第２開口部５８の端部側には、ＣＯ選択酸化器２８の管体６４に対応して半円筒部６６が設けられる。第１および第２開口部５６、５８の境界部位には、同様に半円筒部６８が設けられる一方、前記第２開口部５８の長尺側両側部には、メタノール蒸気用管路７０ａ、７０ｂ、エア用管路７２および冷却水用管路７６ａ、７６ｂに対応して複数の半円筒部７８ａ、７８ｂが設けられる。
【００２０】
第１および第２板状内側ケース４８ａ、４８ｂは、正面視略楕円形状（偏平形状）に構成され、それぞれの開口側端部には周回するフランジ部８０が形成される。フランジ部８０には、蒸発器２２の各管体６０に対応して半円筒部８４が３箇所に設けられ、前記半円筒部８４の反対側には、単一の半円筒部８４が形成される。第２板状内側ケース４８ｂには、蒸発器２２に設けられている接続部８６ａ、８６ｂに対応して孔部８８ａ、８８ｂが形成される。
【００２１】
第１および第２板状内側ケース５０ａ、５０ｂは、正面視略楕円形状に構成されており、それぞれの開口側端部に設けられているフランジ部９０同士を重ね合わせることによって内部に改質室４０が形成される。フランジ部９０の長手方向両端には、半円筒部８４に対応する半円筒部９２と、ＣＯ選択酸化器２８の管体６４に対応する半円筒部９４が設けられる一方、前記フランジ部９０の両側部には、支持プレート４６の半円筒部７８ａ、７８ｂに対応する半円筒部９６ａ、９６ｂが設けられる。第１および第２板状内側ケース５０ａ、５０ｂの内壁には、改質室４０側に突出する膨出部９８ａ、９８ｂが形成される。
【００２２】
外側ケーシング手段４５は、第１板状内側ケース４８ａ、５０ａおよび第２板状内側ケース４８ｂ、５０ｂの外壁との間に断熱用閉塞空間５２を形成して、前記第１板状内側ケース４８ａ、５０ａおよび前記第２板状内側ケース４８ｂ、５０ｂを囲繞する第１板状外側ケース５４ａおよび第２板状外側ケース５４ｂを備える。
【００２３】
第１および第２板状外側ケース５４ａ、５４ｂは、正面視略楕円形状に構成されるとともに、それぞれの開口側端部には、周回するフランジ部１００が形成される。各フランジ部１００の長手方向両端には、蒸発器２２の管体６０に対応する半円筒部１０２と、ＣＯ選択酸化器２８の管体６４に対応する半円筒部１０４が形成され、前記フランジ部１００の両側部には、第１および第２板状内側ケース５０ａ、５０ｂの半円筒部９６ａ、９６ｂに対応する半円筒部１０６ａ、１０６ｂが設けられる。フランジ部１００の一側部には、リークチェック用の管路７４に対応する半円筒部１０７が設けられる。
【００２４】
第１板状外側ケース５４ａの内部には、第１板状内側ケース４８ａを支持するための円盤状膨出部１０８ａ、１０８ｂが形成される一方、第２板状外側ケース５４ｂの内部には、第２板状内側ケース４８ｂを支持する円盤状膨出部１１０ａ、１１０ｂが形成される。膨出部１１０ｂには、蒸発器２２の接続部８６ａ、８６ｂを挿通するための孔部１１２ａ、１１２ｂが形成されている。
【００２５】
第１板状内側ケース４８ａ、５０ａに支持プレート４６を介して蒸発器２２、改質器２６、中間燃焼器３２およびＣＯ選択酸化器２８が配置された状態で、第２板状内側ケース４８ｂ、５０ｂがそれぞれのフランジ部８０、９０を重ね合わせて配置され、前記フランジ部８０、９０同士がスポット溶接等により固定される。第１板状内側ケース４８ａ、５０ａおよび第２板状内側ケース４８ｂ、５０ｂを覆って第１および第２板状外側ケース５４ａ、５４ｂが配置され、それぞれのフランジ部１００が重ね合わされて、例えば、スポット溶接により固定される。
【００２６】
図３に示すように、改質器２６は、第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅと、前記第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの内周面に固定される筒状の管路部材１１６とを有し、前記第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの外周面に固定される第１乃至第５流路部材１１８ａ〜１１８ｅと、前記第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅのガス導入面側に配置される整流用金網状部材１２０を備える。
【００２７】
第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅは、銅または亜鉛系の触媒で構成されており、それぞれドーナツ形状のハニカム構造（以下、ハニカム触媒という）に設定されている。各ハニカム触媒のそれぞれの面方向は、改質室４０内の改質用燃料の流れ方向（矢印Ａ方向）に直交するとともに、各ハニカム触媒が矢印Ａ方向に並列されている。
【００２８】
金網状部材１２０は、金属材料、例えば、ステンレス鋼製の網状部材を積層して構成されており、所定の空孔率に設定されている。図４に示すように、金網状部材１２０の外周部には、ガスの流れ方向（矢印Ａ方向）とは逆方向に折曲された外側フランジ部１２１が形成されるとともに、内周側には、同様に逆方向に折曲された内側フランジ部１２３が設けられる。
【００２９】
金網状部材１２０の外側フランジ部１２１は、第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅを構成するフレーム１２５に、例えば、ＴＩＧ溶接またはシーム溶接が施されるとともに、内側フランジ部１２３にも同様に、管路部材１１６の外周部にＴＩＧ溶接またはシーム溶接が施される。金網状部材１２０の外側フランジ部１２１および内側フランジ部１２３には、フレーム１２５および管路部材１１６との溶接部位に、他の部位よりも高密度な圧縮部位１２１ａ、１２３ａが設けられている。この圧縮部位１２１ａ、１２３ａは、外側フランジ部１２１および内側フランジ部１２３の端部側に向かって高密度になるように傾斜成形されている。
【００３０】
金網状部材１２０は、適切な圧力損失を有しており、第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅへの改質用燃料の流れを均等化するとともに、各触媒層面内の流れを均等化する機能を有している。
【００３１】
管路部材１１６の外周部には、第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅに対応して複数の孔部１２２が形成されている。図３に示すように、管路部材１１６の矢印Ａ方向下流側には、この管路部材１１６内を改質用燃料が通過することを阻止するためにカバー部材１２４が設けられる。
【００３２】
カバー部材１２４は、第１乃至第５流路部材１１８ａ〜１１８ｅと略同様の形状を有しており、管路部材１１６に挿入される有底円筒部１２６を設ける。有底円筒部１２６から矢印Ａ方向に向かって拡径する略円錐部１２８には、ガスを通過させるための複数の孔部１２９が形成されており、この略円錐部１２８の端部には、第１および第２板状内側ケース５０ａ、５０ｂの膨出部９８ａ、９８ｂに把持されるリング部１３１が一体的に設けられている。
【００３３】
図５は、金網状部材１２０の外側フランジ部１２１と内側フランジ部１２３とに、圧縮部位１２１ａ、１２３ａを成形するための成形機１４０の概略説明図である。この成形機１４０を構成するベース１４２にモータ１４４が装着されており、このモータ１４４を収容する架台１４６が、前記ベース１４２上に固定される。
【００３４】
架台１４６には、ベアリング１４８を介して回転軸１５０が回転自在に支持されるとともに、モータ１４４と前記回転軸１５０とが駆動ベルト１５２を介して連結されている。回転軸１５０の端部に回転プレート１５４が設けられ、この回転プレート１５４の端面に外周拘束治具１５６が固定されている。ベース１４２上には、加圧部１５８が立設されるとともに、この加圧部１５８の上部には、加圧治具１６０が図示しないアクチュエータを介して矢印方向に加圧可能に装着されている。
【００３５】
次に、金網状部材１２０を成形する作業について、図６を参照しながら以下に説明する。
【００３６】
まず、網状部材が積層して構成された多孔質金属板が加工され、所定のドーナツ形状を有するフィルタ素材１７０が得られる一方、ＳＵＳ材によりこのフィルタ素材１７０と略同一寸法の金属板１７２が形成される（図６の（ａ）および（ｂ）参照）。フィルタ素材１７０と金属板１７２とは、潤滑油１７４を介して互いに重ねられた状態で（図６の（ｃ）参照）、図６の（ｄ）に示すように、外形成形機１７６にセットされる。
【００３７】
外形成形機１７６では、フィルタ素材１７０および金属板１７２の外周部にロール絞り成形が施される。このため、図６の（ｅ）に示すように、フィルタ素材１７０および金属板１７２の外周には、それぞれ外側フランジ部１２１、１７２ａが成形される。次いで、フィルタ素材１７０および金属板１７２の内周は、内周成形機１７８により成形されて、内側フランジ部１２３、１７２ｂが成形される。
【００３８】
このようにして成形された金網状部材１２０は、金属板１７２から取り外されて成形機１４０にセットされる。この成形機１４０では、図５に示すように、金網状部材１２０が回転プレート１５４の装着面にスリーブ部材１６２を介して芯出し保持されており、モータ１４４の作用下に駆動ベルト１５２を介して回転軸１５０が回転する。この回転軸１５０は、ベアリング１４８を介して水平方向に支持されており、この回転軸１５０と一体的に回転プレート１５４が回転する。
【００３９】
その際、加圧部１５８に設けられている加圧治具１６０は、図示しないアクチュエータの作用下に金網状部材１２０の外側フランジ部１２１の内面側を矢印方向に押圧しており、前記加圧治具１６０と外周拘束治具１５６とを介して前記外側フランジ部１２１に加圧処理が施される。これにより、金網状部材１２０の外側フランジ部１２１には、先端側に向かって傾斜する高密度部位である圧縮部位１２１ａが成形される（図６の（ｆ）参照）。
【００４０】
さらに、金網状部材１２０の内側フランジ部１２３には、同様に、加圧処理が施される。このため、内側フランジ部１２３には、他の部位よりも高密度な圧縮部位１２３ａが成形される。金網状部材１２０の外側フランジ部１２１および内側フランジ部１２３に成形処理が施された後、この金網状部材１２０は、成形機１４０から取り外されてシーム溶接機１８０にセットされる。このシーム溶接機１８０では、金網状部材１２０の外側フランジ部１２１とフレーム１２５および内側フランジ部１２３と管路部材１１６とがシーム溶接される（図６の（ｇ）参照）。
【００４１】
このように、本実施形態では、金網状部材１２０の外側フランジ部１２１および内側フランジ部１２３に他の部位よりも高密度となる圧縮部位１２１ａ、１２３ａが成形され、この圧縮部位１２１ａ、１２３ａとフレーム１２５および管路部材１１６とがシーム溶接されている。このため、溶着部位となる圧縮部位１２１ａ、１２３ａの空孔率が相当に小さなものとなり、シーム溶接時に内部気孔の膨張による貫通気孔やブローホール等の欠陥が発生することを確実に阻止することができる。
【００４２】
これにより、シーム溶接によるナゲットの溶接品質が向上するとともに、溶接体である金網状部材１２０と第１乃至第５流路部材１１８ａ〜１１８ｅとの接合強度や圧損分布が均一に保持される。しかも、フィラーワイヤー等の溶加材を投入する必要がなく、重量の増加を抑えることができ、特に、車載用として使用される際に要求される軽量化や昇温特性を満たすことが可能になる。
【００４３】
従って、本実施形態では、簡単な工程および構成で、金網状部材１２０と第１乃至第５流路部材１１８ａ〜１１８ｅとを強固にかつ圧損特性を損なうことなく溶着することができるという効果が得られる。
【００４４】
また、圧縮部位１２１ａ、１２３ａは、端部側に向かって高密度になるように傾斜成形されている（図４参照）。このため、外側フランジ部１２１および内側フランジ部１２３をフレーム１２５および管路部材１１６にシーム溶接を施す際に、それぞれの圧縮部位１２１ａ、１２３ａの形状に沿って溶接条件が徐々に変化しても、急激な溶接条件の変化による折れ等を有効に回避することが可能になる。
【００４５】
なお、本実施形態では、外側フランジ部１２１および内側フランジ部１２３をフレーム１２５および管路部材１１６にシーム溶接を施す場合について説明したが、例えば、溶接トーチを用いてＴＩＧ溶接等を行うことも可能である。
【００４６】
次に、上記のように構成される本実施形態に係る燃料改質装置１０の動作について、詳細に説明する。
【００４７】
まず、燃料改質装置１０の始動時には、図１に示すように、始動燃焼器３４にメタノールタンク１６からメタノールが供給され、このメタノールが燃焼して高温の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスに空気が混合されて前記燃焼ガスの温度が調整された状態で、改質室４０に配置されている第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅを昇温させる。
【００４８】
一方、中間燃焼器３２には、始動燃焼器３４の放熱量を利用して管路７０ａ、７０ｂからメタノール蒸気が導入されており、燃料改質装置１０全体の暖機が行われる。その際、三方切り換え弁３８の作用下に、改質ガスの経路が経路３７ａから切り離されてリターン経路３７ｂに連通しており、不安定な改質ガスが燃料電池スタック１４に送られることを阻止している。
【００４９】
次いで、混合器２０を介してメタノールおよび水が所定の混合比に混合されたメタノール水溶液は、蒸発器２２に供給される。この蒸発器２２では、触媒燃焼器２４で発生した高温の燃焼ガスと蒸発ガスとが熱交換することによってメタノール水溶液が蒸気化し、空気供給器３０から送られる空気と混合されて改質器２６内に供給される一方、始動燃焼器３４の駆動が停止される。
【００５０】
改質器２６に供給された改質用燃料は、図３に示すように、管路部材１１６内に導入されて孔部１２２から第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅに向かって導出される。第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅでは、改質用燃料中のメタノール水蒸気および酸素によって発熱反応である酸化反応と吸熱反応である燃料改質反応とが行われる。この第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅを通って生成される改質ガスは、改質室４０内を矢印Ａ方向に流れ、カバー部材１２４の略円錐部１２８に形成された孔部１２９およびガス流路４２を通って中間燃焼器３２側に送られ、さらにガス流路４２を介してＣＯ選択酸化器２８に送られる。
【００５１】
図１に示すように、ＣＯ選択酸化器２８では、改質ガス中のＣＯが選択的に酸化除去された後、熱交換器３６に導入されて所定の燃料電池作動温度（例えば、８０℃）まで温調された後、三方切り換え弁３８の作用下に経路３７ａを通って燃料電池スタック１４に供給される。この燃料電池スタック１４には、酸化剤ガス、例えば、空気が供給されており、改質ガス中の水素ガスとこの空気中の酸素ガスとが反応して発電が開始される。
【００５２】
この場合、本実施形態では、管路部材１１６の孔部１２２から第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅ側に導入される改質用燃料は、金網状部材１２０を通って抵抗が付与されるため、前記第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの全面にわたって前記改質用燃料を均一に供給することが可能になる。これにより、第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの全面を有効利用することができ、改質反応が効率的に遂行されるという効果が得られる。特に、ドーナツ状に設定されている第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの全面にわたって改質用燃料を均一に供給することが可能になり、改質器２６全体のコンパクト化が容易に遂行されるという効果が得られる。
【００５３】
また、金網状部材１２０の周面部に改質用燃料の流れ方向とは反対側に突出して外側フランジ部１２１が形成され、この外側フランジ部１２１は、フレーム１２５にシーム溶接（またはＴＩＧ溶接）が施されている（図４参照）。このため、第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの外周部側に改質用燃料の通過し難い部位が存在することがなく、前記第１乃至第５改質触媒層１１４ａ〜１１４ｅの全面を有効利用することが可能になり、改質反応が効率的に行われるという効果がある。しかも、外側フランジ部１２１がフレーム１２５に対して強固かつ確実に溶接されることにより、溶接不良による圧力損失を防止することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料改質装置では、改質器を構成する改質触媒層のガス導入面側に整流用金網状部材が配置されており、この整流用金網状部材は、流路部材に溶着される部位が他の部位よりも高密度に構成されており、溶着部位の気孔率を小さくすることができる。このため、整流用金網状部材の内部気孔に起因する溶接欠陥を確実に阻止し、強固にかつ圧損特性を損なうことなく溶着することが可能になる。しかも、溶加材等を投入する必要がなく、製造費の高騰や重量の増加を回避することができ、特に、車載構造として好適に対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料改質装置が組み込まれる燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】前記燃料改質装置を構成する内側ケーシング手段、外側ケーシング手段および各コンポーネントの分解斜視説明図である。
【図３】図２に示す内側ケーシング手段および外側ケーシング手段の一部断面説明図である。
【図４】改質器に装着される金網状部材の説明図である。
【図５】前記金網状部材を成形する成形機の概略説明図である。
【図６】前記整流用フィルタ部材の成形工程の説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料改質装置 １２…燃料電池システム
１４…燃料電池スタック ２０…混合器
２２…蒸発器 ２４…触媒燃焼器
２６…改質器 ２８…ＣＯ選択酸化器
３２…中間燃焼器 ４０…改質室
４２…ガス流路 ４４…内側ケーシング手段
４５…外側ケーシング手段 ５２…閉塞空間
１１４ａ〜１１４ｅ…改質触媒層 １１８ａ〜１１８ｅ…流路部材
１２０…金網状部材 １２１…外側フランジ部
１２１ａ、１２３ａ…圧縮部位 １２２…孔部
１２３…内側フランジ部 １２４…カバー部材
１２５…フレーム １４０…成形機
１４４…モータ １５０…回転軸
１５４…回転プレート １５６…外周拘束治具
１５８…加圧部 １６０…加圧治具
１７０…フィルタ素材 １７６…外形成形機
１８０…シーム溶接機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer that generates a reformed gas containing hydrogen by reforming a reforming fuel containing a hydrocarbon.
[0002]
[Prior art]
For example, a fuel cell stack constructed by laminating a plurality of fuel cell units in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode and sandwiched by separators has been developed. Is being put into practical use.
[0003]
This type of fuel cell stack supplies a reformed gas (fuel gas) containing hydrocarbons, for example, hydrogen gas generated by steam reforming of an aqueous methanol solution, to the anode side electrode and an oxidant gas (oxygen gas or Air) is supplied to the cathode side electrode to hydrogen ionize the hydrogen gas, and this hydrogen gas flows through the solid polymer electrolyte membrane, so that electric energy is obtained outside the fuel cell.
[0004]
In this case, a fuel reformer is used to generate a reformed gas containing hydrogen gas from an aqueous methanol solution and supply it to the fuel cell stack. This fuel reformer includes, for example, an evaporator for steaming a reforming fuel such as an aqueous methanol solution, and a reforming reaction is performed on the reforming fuel gas steamed through the evaporator to generate hydrogen. A reformer for generating a reformed gas containing gas, a warm-up combustor for warming up the entire system, and removing carbon monoxide in the reformed gas generated by the reformer A carbon monoxide remover, and a heat exchanger for adjusting the reformed gas to the operating temperature of the fuel cell stack.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above fuel reformer, pellets are generally used as a reforming catalyst, and the pellets are formed long in the gas flow direction. For this reason, the temperature difference in the gas flow direction of the reforming catalyst becomes large, and it is difficult to realize a desired reforming reaction in the entire catalyst portion, and the problem is that the compactness is inferior.
[0006]
Therefore, it is conceivable to reduce the thickness of the entire reforming catalyst portion by setting the reforming catalyst portion in a donut shape orthogonal to the gas flow direction. However, since the reforming fuel is introduced from the center side of the donut-shaped reforming catalyst portion, it may be difficult to uniformly supply the reforming fuel over the entire surface of the reforming catalyst portion.
[0007]
The present invention solves this type of problem, and is capable of supplying reforming fuel uniformly and reliably in the direction of the surface of the catalyst portion and capable of firmly welding a wire mesh member with a simple configuration. An object is to provide a reformer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel reformer according to the present invention, the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the reforming catalyst layer whose surface direction is set orthogonal to the flow direction of the reforming fuel are held by the flow path member, and the modified A rectifying wire mesh member is disposed on the gas introduction surface side of the porous catalyst layer. For this reason, after the reforming fuel supplied to the reformer is supplied to the reforming catalyst layer side under the guide action of the flow path member, the reforming fuel is supplied under the action of the rectifying wire mesh member. It is uniformly supplied over the entire gas introduction surface of the reforming catalyst layer. As a result, the reforming catalyst layer can be easily set in, for example, a donut shape, and the entire reformer can be reduced in size.
[0009]
Furthermore, the rectifying wire mesh member is configured to have a higher density than other portions by pressurizing the portion welded to the flow path member. Usually, when welding a rectifying wire mesh member having pores, internal pores expand due to rapid heating during welding, and defects such as through-holes and blowholes occur in the welded portion. This may cause a decrease in strength at the welded portion or a loss in pressure loss distribution when used as a reformer.
[0010]
Therefore, by forming the welded portion of the rectifying wire mesh member at a higher density than the other portions, it is possible to effectively prevent the pores from becoming extremely small and causing defects in the welded portion. In addition, it is only necessary to form the welded portion of the rectifying wire mesh member at a high density, which makes it possible to suppress an increase in manufacturing cost and an increase in weight, which is economical and improves the handleability.
[0011]
Further, the rectifying wire mesh member is provided with a flange portion protruding upstream of the reforming catalyst layer, and a high-density portion is provided in a part of the flange portion. Therefore, the welding operation between the rectifying wire mesh member and the flow path member is easily and reliably performed.
[0012]
At that time, the rectifying wire mesh member is set to have a higher density toward the end side of the flange portion. For this reason, it becomes possible to effectively avoid problems such as the welding conditions gradually changing from the end of the flange portion toward the inside, and thermal stress being concentrated.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 12 in which a fuel reformer 10 according to an embodiment of the present invention is incorporated.
[0014]
The fuel cell system 12 includes a fuel reformer 10 according to the present embodiment that generates hydrogen gas by reforming a reforming fuel containing hydrocarbons, and the reformed gas is supplied from the fuel reformer 10. In addition, for example, air (or oxygen gas) is supplied as an oxidant gas, and a fuel cell stack 14 is provided that generates power by a reaction between the hydrogen gas in the reformed gas and the oxygen gas in the air. As the hydrocarbon, methanol, natural gas, methane, or the like can be used.
[0015]
The fuel reformer 10 includes a methanol tank 16 that stores hydrocarbons, for example, methanol, a water tank 18 that stores generated water discharged from the fuel cell system 12, and the methanol tank 16 and the water tank 18. A mixer 20 for supplying a predetermined amount of methanol and water to mix the aqueous methanol solution, an evaporator 22 for evaporating the aqueous methanol solution supplied from the mixer 20, and supplying evaporation heat to the evaporator 22 A catalytic combustor 24 for reforming, a reformer 26 for reforming a vaporized methanol aqueous solution (hereinafter referred to as reforming fuel) introduced from the evaporator 22 to generate a reformed gas containing hydrogen gas, A CO selective oxidizer (carbon monoxide remover) 28 for removing carbon monoxide in the reformed gas derived from the reformer 26 is provided.
[0016]
Air is supplied from an air supply unit 30 to the reformer 26 and the CO selective oxidizer 28, and the entire fuel cell system 12 is interposed between the reformer 26 and the CO selective oxidizer 28. An intermediate combustor (warm-up combustor) 32 for shortening the warm-up time is disposed, and a start combustor 34 is disposed upstream of the reformer 26. A heat exchanger 36 for lowering the temperature of the reformed gas is disposed on the downstream side of the CO selective oxidizer 28, and a path 37a for supplying the reformed gas to the fuel cell stack 14 is disposed in the heat exchanger 36. And a three-way switching valve 38 for switching to the return path 37b for supplying the unstable exhaust gas before completion of warm-up to the catalytic combustor 24.
[0017]
As shown in FIGS. 2 to 4, the fuel reformer 10 includes an evaporator 22, a reformer 26, an intermediate combustor 32, and a CO selective oxidizer along the flow direction (arrow A direction) of the reforming fuel. 28 are arranged in this order, and these components are accommodated integrally, and the inner casing means 44 constituting the reforming chamber 40 and the gas flow path 42 between the components, and the inner casing means 44 are surrounded. And an outer casing means 45 that forms a heat insulating closed space 52 having a predetermined degree of vacuum between the outer casing and the outer wall of the inner casing means 44.
[0018]
The inner casing means 44 includes a support plate 46 that supports and supports the evaporator 22, the reformer 26, the intermediate combustor 32, and the CO selective oxidizer 28 that are components, and the evaporator that is supported by the support plate 46. 22, first plate-like inner cases 48a and 50a and second plate-like inner cases 48b and 50b for accommodating the reformer 26, the intermediate combustor 32, and the CO selective oxidizer 28.
[0019]
As shown in FIG. 2, the support plate 46 is made of a thin plate material having a single elasticity, for example, a metal plate, and includes a first opening 56 that accommodates the evaporator 22, the reformer 26, and the intermediate plate. A second opening 58 that is long in the direction of arrow A for accommodating the combustor 32 and the CO selective oxidizer 28 is provided. The support plate 46 is formed with three semi-cylindrical portions 62 corresponding to the three tubes 60 of the evaporator 22 at the end on the first opening 56 side, and the end of the second opening 58. On the side, a semi-cylindrical portion 66 is provided corresponding to the tube body 64 of the CO selective oxidizer 28. Similarly, a semi-cylindrical portion 68 is provided at the boundary between the first and second openings 56 and 58, while methanol vapor conduits 70 a and 70 b are provided on both long sides of the second opening 58. A plurality of semi-cylindrical portions 78a and 78b are provided corresponding to the air pipeline 72 and the cooling water pipelines 76a and 76b.
[0020]
The first and second plate-like inner cases 48a, 48b are configured to have a substantially elliptical shape (flat shape) when viewed from the front, and a flange portion 80 is formed at each opening side end. The flange portion 80 is provided with three semi-cylindrical portions 84 corresponding to the pipes 60 of the evaporator 22, and a single semi-cylindrical portion 84 is formed on the opposite side of the semi-cylindrical portion 84. The In the second plate-like inner case 48b, holes 88a and 88b are formed corresponding to the connecting portions 86a and 86b provided in the evaporator 22.
[0021]
The first and second plate-like inner cases 50a, 50b are configured to have a substantially elliptical shape when viewed from the front, and the inside of the reforming chamber is formed by overlapping flange portions 90 provided at the respective opening side ends. 40 is formed. At both ends in the longitudinal direction of the flange portion 90, a semi-cylindrical portion 92 corresponding to the semi-cylindrical portion 84 and a semi-cylindrical portion 94 corresponding to the pipe body 64 of the CO selective oxidizer 28 are provided. The part is provided with semi-cylindrical parts 96 a and 96 b corresponding to the semi-cylindrical parts 78 a and 78 b of the support plate 46. On the inner walls of the first and second plate-like inner cases 50a, 50b, bulges 98a, 98b projecting toward the reforming chamber 40 are formed.
[0022]
The outer casing means 45 forms a heat insulating closed space 52 between the first plate-like inner cases 48a, 50a and the outer walls of the second plate-like inner cases 48b, 50b, and the first plate-like inner case 48a, 50a and a second plate-like outer case 54b and a second plate-like outer case 54b surrounding the second plate-like inner cases 48b and 50b.
[0023]
The first and second plate-like outer cases 54a and 54b are configured to have a substantially elliptical shape when viewed from the front, and a rotating flange portion 100 is formed at each opening side end. A semi-cylindrical portion 102 corresponding to the tubular body 60 of the evaporator 22 and a semi-cylindrical portion 104 corresponding to the tubular body 64 of the CO selective oxidizer 28 are formed at both ends of each flange portion 100 in the longitudinal direction. On both sides of 100, semi-cylindrical portions 106a, 106b corresponding to the semi-cylindrical portions 96a, 96b of the first and second plate-like inner cases 50a, 50b are provided. A semi-cylindrical portion 107 corresponding to the leak check pipe 74 is provided on one side of the flange portion 100.
[0024]
Disk-shaped bulging portions 108a and 108b for supporting the first plate-like inner case 48a are formed in the first plate-like outer case 54a, while the second plate-like outer case 54b has Disk-shaped bulging portions 110a and 110b that support the second plate-like inner case 48b are formed. Holes 112a and 112b for inserting the connection portions 86a and 86b of the evaporator 22 are formed in the bulging portion 110b.
[0025]
In a state where the evaporator 22, the reformer 26, the intermediate combustor 32, and the CO selective oxidizer 28 are disposed in the first plate-like inner cases 48a and 50a via the support plate 46, the second plate-like inner case 48b, 50b is disposed by overlapping the flange portions 80 and 90, and the flange portions 80 and 90 are fixed to each other by spot welding or the like. The first and second plate-like outer cases 54a and 54b are arranged so as to cover the first plate-like inner cases 48a and 50a and the second plate-like inner cases 48b and 50b, and the respective flange portions 100 are overlapped. Fixed by spot welding.
[0026]
As shown in FIG. 3, the reformer 26 has a cylindrical shape fixed to the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e and the inner peripheral surfaces of the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e. First to fifth flow path members 118a to 118e fixed to the outer peripheral surfaces of the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e, and the first to fifth reformers. The rectifying wire mesh member 120 is provided on the gas introduction surface side of the porous catalyst layers 114a to 114e.
[0027]
The first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e are made of a copper or zinc-based catalyst, and each has a donut-shaped honeycomb structure (hereinafter referred to as a honeycomb catalyst). The surface direction of each honeycomb catalyst is orthogonal to the flow direction of the reforming fuel in the reforming chamber 40 (arrow A direction), and the honeycomb catalysts are arranged in parallel in the arrow A direction.
[0028]
The metal mesh member 120 is configured by laminating a metal material, for example, a stainless steel mesh member, and is set to a predetermined porosity. As shown in FIG. 4, an outer flange 121 that is bent in a direction opposite to the gas flow direction (arrow A direction) is formed on the outer peripheral portion of the wire mesh member 120, and on the inner peripheral side, Similarly, an inner flange portion 123 that is bent in the opposite direction is provided.
[0029]
The outer flange 121 of the wire mesh member 120 is subjected to, for example, TIG welding or seam welding on the frame 125 constituting the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e, and similarly to the inner flange 123. In addition, TIG welding or seam welding is performed on the outer periphery of the pipe line member 116. The outer flange portion 121 and the inner flange portion 123 of the metal mesh member 120 are provided with compressed portions 121a and 123a at higher density than other portions at the welded portion between the frame 125 and the pipe line member 116. The compression portions 121a and 123a are formed so as to increase in density toward the end side of the outer flange portion 121 and the inner flange portion 123.
[0030]
The metal mesh member 120 has an appropriate pressure loss, equalizes the flow of the reforming fuel to the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e, and equalizes the flow in each catalyst layer surface. It has a function to convert.
[0031]
A plurality of hole portions 122 are formed on the outer periphery of the pipe member 116 so as to correspond to the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e. As shown in FIG. 3, a cover member 124 is provided on the downstream side of the pipe member 116 in the direction of arrow A to prevent the reforming fuel from passing through the pipe member 116.
[0032]
The cover member 124 has substantially the same shape as the first to fifth flow path members 118a to 118e, and is provided with a bottomed cylindrical portion 126 to be inserted into the pipe line member 116. A plurality of hole portions 129 for allowing gas to pass through are formed in the substantially conical portion 128 whose diameter increases from the bottomed cylindrical portion 126 in the direction of the arrow A, and at the end of the substantially conical portion 128, Ring portions 131 that are gripped by the bulging portions 98a and 98b of the first and second plate-like inner cases 50a and 50b are integrally provided.
[0033]
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of a molding machine 140 for molding the compression portions 121a and 123a in the outer flange portion 121 and the inner flange portion 123 of the wire mesh member 120. A motor 144 is mounted on a base 142 constituting the molding machine 140, and a gantry 146 that accommodates the motor 144 is fixed on the base 142.
[0034]
A rotating shaft 150 is rotatably supported on the gantry 146 via a bearing 148, and the motor 144 and the rotating shaft 150 are connected to each other via a driving belt 152. A rotating plate 154 is provided at the end of the rotating shaft 150, and an outer peripheral restraining jig 156 is fixed to the end surface of the rotating plate 154. A pressurizing unit 158 is erected on the base 142, and a pressurizing jig 160 is mounted on the upper part of the pressurizing unit 158 so as to be pressable in the direction of an arrow via an actuator (not shown). .
[0035]
Next, the operation | work which shape | molds the metal-mesh-like member 120 is demonstrated below, referring FIG.
[0036]
First, a porous metal plate formed by laminating mesh members is processed to obtain a filter material 170 having a predetermined donut shape, while a SUS material forms a metal plate 172 having substantially the same dimensions as the filter material 170. (See (a) and (b) of FIG. 6). The filter material 170 and the metal plate 172 are set on the outer shape forming machine 176 as shown in FIG. 6D in a state where they are overlapped with each other via the lubricating oil 174 (see FIG. 6C). The
[0037]
In the outer shape forming machine 176, roll drawing is performed on the outer periphery of the filter material 170 and the metal plate 172. Therefore, as shown in FIG. 6E, outer flange portions 121 and 172a are formed on the outer periphery of the filter material 170 and the metal plate 172, respectively. Next, the inner periphery of the filter material 170 and the metal plate 172 is formed by the inner periphery forming machine 178, and the inner flange portions 123 and 172b are formed.
[0038]
The metal mesh member 120 thus molded is removed from the metal plate 172 and set in the molding machine 140. In this molding machine 140, as shown in FIG. 5, the wire mesh member 120 is centered and held on the mounting surface of the rotating plate 154 via the sleeve member 162, and is driven via the drive belt 152 under the action of the motor 144. The rotating shaft 150 rotates. The rotating shaft 150 is supported in the horizontal direction via a bearing 148, and the rotating plate 154 rotates integrally with the rotating shaft 150.
[0039]
At that time, the pressing jig 160 provided in the pressing portion 158 presses the inner surface side of the outer flange portion 121 of the wire mesh member 120 in the direction of the arrow under the action of an actuator (not shown). The outer flange 121 is subjected to pressure treatment via the jig 160 and the outer periphery restraining jig 156. Thereby, the compression part 121a which is a high-density part which inclines toward the front end side is shape | molded by the outer side flange part 121 of the metal-mesh-like member 120 (refer (f) of FIG. 6).
[0040]
Further, the inner flange portion 123 of the wire mesh member 120 is similarly subjected to pressure treatment. For this reason, the inner flange portion 123 is formed with a compressed portion 123a having a higher density than other portions. After the outer flange portion 121 and the inner flange portion 123 of the metal mesh member 120 are molded, the metal mesh member 120 is removed from the molding machine 140 and set in the seam welder 180. In the seam welder 180, the outer flange portion 121 and the frame 125, the inner flange portion 123, and the pipe line member 116 of the wire mesh member 120 are seam welded (see FIG. 6G).
[0041]
Thus, in this embodiment, compression parts 121a and 123a having a higher density than other parts are formed on the outer flange part 121 and the inner flange part 123 of the wire mesh member 120, and the compression parts 121a and 123a and the frame are formed. 125 and the pipe member 116 are seam welded. For this reason, the porosity of the compression parts 121a and 123a, which are the welding parts, becomes considerably small, and it is possible to reliably prevent the occurrence of defects such as through-holes and blowholes due to expansion of internal pores during seam welding. it can.
[0042]
Thereby, the welding quality of the nugget by seam welding is improved, and the bonding strength and pressure loss distribution between the wire mesh member 120 which is a welded body and the first to fifth flow path members 118a to 118e are uniformly maintained. In addition, it is not necessary to use filler material such as filler wire, and it is possible to suppress an increase in weight, and in particular, it is possible to satisfy the weight reduction and temperature rise characteristics required when used for in-vehicle use. Become.
[0043]
Therefore, in this embodiment, it is possible to weld the wire mesh member 120 and the first to fifth flow path members 118a to 118e firmly and without impairing the pressure loss characteristic with a simple process and configuration. It is done.
[0044]
Moreover, the compression parts 121a and 123a are inclined and molded so as to increase in density toward the end side (see FIG. 4). For this reason, when performing seam welding of the outer flange portion 121 and the inner flange portion 123 to the frame 125 and the pipe line member 116, even if the welding conditions gradually change along the shape of the respective compression portions 121a, 123a, It is possible to effectively avoid breakage due to a sudden change in welding conditions.
[0045]
In the present embodiment, the case where the outer flange portion 121 and the inner flange portion 123 are seam welded to the frame 125 and the pipe member 116 has been described. However, for example, TIG welding or the like can be performed using a welding torch. It is.
[0046]
Next, the operation of the fuel reformer 10 according to this embodiment configured as described above will be described in detail.
[0047]
First, when the fuel reformer 10 is started, as shown in FIG. 1, methanol is supplied from the methanol tank 16 to the start combustor 34, and this methanol is burned to generate high-temperature combustion gas. With the combustion gas mixed with air and the temperature of the combustion gas adjusted, the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e disposed in the reforming chamber 40 are heated.
[0048]
On the other hand, methanol vapor is introduced into the intermediate combustor 32 from the pipelines 70a and 70b using the heat release amount of the start combustor 34, and the entire fuel reformer 10 is warmed up. At this time, under the action of the three-way switching valve 38, the reformed gas path is disconnected from the path 37a and communicates with the return path 37b, thereby preventing unstable reformed gas from being sent to the fuel cell stack 14. is doing.
[0049]
Next, the methanol aqueous solution in which methanol and water are mixed at a predetermined mixing ratio is supplied to the evaporator 22 via the mixer 20. In the evaporator 22, the high-temperature combustion gas generated in the catalytic combustor 24 exchanges heat with the evaporation gas, whereby the methanol aqueous solution is vaporized and mixed with the air sent from the air supply device 30. While the start-up combustor 34 is stopped.
[0050]
The reforming fuel supplied to the reformer 26 is introduced into the pipe member 116 and led out from the hole 122 toward the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e as shown in FIG. Is done. In the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e, an oxidation reaction that is an exothermic reaction and a fuel reforming reaction that is an endothermic reaction are performed by methanol water vapor and oxygen in the reforming fuel. The reformed gas generated through the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e flows in the reforming chamber 40 in the direction of arrow A, and is a hole formed in the substantially conical portion 128 of the cover member 124. 129 and the gas flow path 42 are sent to the intermediate combustor 32 side, and further sent to the CO selective oxidizer 28 via the gas flow path 42.
[0051]
As shown in FIG. 1, in the CO selective oxidizer 28, CO in the reformed gas is selectively oxidized and removed, and then introduced into the heat exchanger 36 to be a predetermined fuel cell operating temperature (for example, 80 ° C.). After being adjusted to the temperature, the fuel cell stack 14 is supplied through the path 37a under the action of the three-way switching valve 38. The fuel cell stack 14 is supplied with an oxidant gas, for example, air, and the hydrogen gas in the reformed gas reacts with the oxygen gas in the air to start power generation.
[0052]
In this case, in this embodiment, the reforming fuel introduced from the hole portion 122 of the pipe member 116 to the first to fifth reforming catalyst layers 114 a to 114 e has resistance through the wire mesh member 120. Therefore, the reforming fuel can be supplied uniformly over the entire surface of the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e. As a result, the entire surface of the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e can be effectively used, and an effect that the reforming reaction is efficiently performed can be obtained. In particular, the reforming fuel can be supplied uniformly over the entire surface of the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e set in a donut shape, and the entire reformer 26 can be easily made compact. The effect of being carried out is obtained.
[0053]
Further, an outer flange portion 121 is formed on the peripheral surface portion of the wire mesh member 120 so as to protrude in the opposite direction to the flow direction of the reforming fuel. (See FIG. 4). Therefore, there is no portion where the reforming fuel hardly passes on the outer peripheral side of the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e, and the first to fifth reforming catalyst layers 114a to 114e The entire surface can be used effectively, and the reforming reaction is efficiently performed. In addition, since the outer flange portion 121 is firmly and reliably welded to the frame 125, pressure loss due to poor welding can be prevented.
[0054]
【The invention's effect】
In the fuel reformer according to the present invention, the rectifying wire mesh member is disposed on the gas introduction surface side of the reforming catalyst layer constituting the reformer, and this rectifying wire mesh member is welded to the flow path member. The part to be formed is configured with a higher density than other parts, and the porosity of the welded part can be reduced. For this reason, welding defects caused by the internal pores of the rectifying wire mesh member can be reliably prevented, and welding can be performed firmly and without impairing the pressure loss characteristic. In addition, it is not necessary to add a filler material or the like, and it is possible to avoid an increase in manufacturing cost and an increase in weight, and it is particularly possible to cope with it suitably as an in-vehicle structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a fuel cell system in which a fuel reformer according to an embodiment of the present invention is incorporated.
FIG. 2 is an exploded perspective view of an inner casing means, an outer casing means, and components constituting the fuel reformer.
FIG. 3 is a partial cross-sectional explanatory view of the inner casing means and the outer casing means shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram of a wire mesh member mounted on the reformer.
FIG. 5 is a schematic explanatory view of a molding machine for molding the wire mesh member.
FIG. 6 is an explanatory view of a molding process of the rectifying filter member.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel reformer 12 ... Fuel cell system 14 ... Fuel cell stack 20 ... Mixer 22 ... Evaporator 24 ... Catalytic combustor 26 ... Reformer 28 ... CO selective oxidizer 32 ... Intermediate combustor 40 ... Reforming chamber DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 ... Gas flow path 44 ... Inner casing means 45 ... Outer casing means 52 ... Closed space 114a-114e ... Reforming catalyst layer 118a-118e ... Flow path member 120 ... Wire mesh member 121 ... Outer flange part 121a, 123a ... Compression site 122 ... Hole 123 ... Inner flange 124 ... Cover member 125 ... Frame 140 ... Molding machine 144 ... Motor 150 ... Rotating shaft 154 ... Rotating plate 156 ... Outer peripheral restraining jig 158 ... Pressurizing part 160 ... Pressing jig 170 ... Filter material 176 ... Outline forming machine 180 ... Seam welding machine

Claims (3)

炭化水素を含む改質用燃料を改質反応させて水素を含む改質ガスを生成するための改質器を備えた燃料改質装置であって、
前記改質器は、面方向が前記改質用燃料の流れ方向に直交して設定される改質触媒層と、
前記改質触媒層の外周面および内周面を保持し、該改質触媒層に前記改質用燃料を供給するための流路部材と、
前記改質触媒層のガス導入面側に配置されるとともに、前記流路部材に溶着される整流用金網状部材と、
を備え、
前記整流用金網状部材は、前記流路部材に溶着される部位が加圧され、他の部位よりも高密度に構成されることを特徴とする燃料改質装置。A fuel reformer including a reformer for generating a reformed gas containing hydrogen by reforming a reforming fuel containing hydrocarbon,
The reformer includes a reforming catalyst layer whose surface direction is set perpendicular to the flow direction of the reforming fuel;
A flow path member for holding the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the reforming catalyst layer and supplying the reforming fuel to the reforming catalyst layer;
A rectifying wire mesh member disposed on the gas introduction surface side of the reforming catalyst layer and welded to the flow path member;
With
The rectifying wire mesh member is configured such that a portion welded to the flow path member is pressurized and configured to have a higher density than other portions. 請求項１記載の燃料改質装置において、前記整流用金網状部材は、前記改質触媒層の上流側に突出するフランジ部を備え、前記フランジ部の一部に高密度な部位が設けられることを特徴とする燃料改質装置。  2. The fuel reformer according to claim 1, wherein the rectifying wire mesh member includes a flange portion protruding upstream of the reforming catalyst layer, and a high-density portion is provided in a part of the flange portion. A fuel reformer characterized by the above. 請求項２記載の燃料改質装置において、前記整流用金網状部材は、前記フランジ部の端部側に向かって高密度になるように設定されることを特徴とする燃料改質装置。  3. The fuel reformer according to claim 2, wherein the rectifying wire mesh member is set so as to increase in density toward an end side of the flange portion.

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