JP4624712B2 - Fuel processing apparatus and fuel cell power generation system - Google Patents

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Description

本発明は燃料処理装置及び燃料電池発電システムに関し、特に高温部から低温部への熱伝導により高温部における放熱量が増加することを抑制する燃料処理装置、及びこの燃料処理装置を備える燃料電池発電システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel processor and fuel cell power generation system, suppressing fuel processor that heat radiation amount in the high temperature portion is increased especially by the heat conduction from the high temperature part to the low temperature section, and the fuel having the fuel processor it relates to cell power generation system.

近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、発電効率が高く、排熱も利用でき、他の発電装置と比べると低騒音・低振動で環境にやさしい燃料電池発電システムの普及が期待されている。燃料電池発電システムは、原料燃料が都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ、灯油等の場合は原料燃料を改質して水素に富む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、燃料処理装置で生成された燃料ガスを燃料極に供給すると共に空気等の酸素を含む酸化剤ガスを空気極に供給して水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池とを備えている。   With the recent increase in awareness of global environmental conservation, power generation efficiency is high, exhaust heat can be used, and the use of low-noise, low-vibration, environmentally friendly fuel cell power generation systems is expected compared to other power generation devices. . The fuel cell power generation system includes a fuel processing device that reforms a raw material fuel to generate a fuel gas rich in hydrogen when the raw material fuel is city gas, LPG, digestion gas, methanol, GTL, kerosene, and the like, and a fuel processing device. A fuel cell is provided that supplies the generated fuel gas to the fuel electrode and supplies an oxidant gas containing oxygen such as air to the air electrode to generate electric power through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

ところで、原料燃料を改質して燃料ガスを生成する燃料処理装置は、その運転中に約１００℃から８００℃の温度に達する。燃料処理装置は反応の目的に応じて、例えば、上流側から改質部、変成部、選択酸化部等いくつかの部分に分かれている。そしてこの分かれた部分はそれぞれ反応温度が異なり、通常は原料燃料が導入される改質部が最も温度が高く、原料燃料の反応工程が進むにつれて温度が低くなり、燃料ガスが生成され導出される選択酸化部の温度が最も低い。いずれにしても運転中に平常の外気温度よりも高温になる燃料処理装置は、反応効率及び安全性の観点から外周が断熱材で覆われ、その外周に断熱材の補強と輻射熱の反射を兼ねてアルミニウムや銅等の金属製の被覆シートが巻かれるのが一般的である（例えば図６参照）。   By the way, the fuel processing apparatus which reforms the raw material fuel to generate the fuel gas reaches a temperature of about 100 ° C. to 800 ° C. during its operation. Depending on the purpose of the reaction, the fuel processing apparatus is divided into several parts such as a reforming part, a shift part, and a selective oxidation part from the upstream side. Each of these divided portions has a different reaction temperature. Usually, the reforming portion into which the raw material fuel is introduced has the highest temperature, and the temperature decreases as the raw material fuel reaction process proceeds, and fuel gas is generated and derived. The temperature of the selective oxidation part is the lowest. In any case, the fuel processing device that becomes hotter than the normal outside air temperature during operation is covered with a heat insulating material from the viewpoint of reaction efficiency and safety, and the outer periphery serves as reinforcement of the heat insulating material and reflection of radiant heat. In general, a covering sheet made of metal such as aluminum or copper is wound (see, for example, FIG. 6).

しかし、金属シートは熱伝導率が比較的高いため、温度分布を持つ燃料処理装置全体を金属シートで被覆すると、高温部における放熱量の増加を招いてしまう。そうすると燃料処理装置における改質方式が水蒸気改質方式の場合は、吸熱反応で高温を必要とする改質部に供給する熱が奪われてしまい、ひいては燃料ガス生成のための反応効率が悪化することになる。   However, since the metal sheet has a relatively high thermal conductivity, if the entire fuel processing apparatus having a temperature distribution is covered with the metal sheet, the amount of heat radiation at the high temperature portion is increased. Then, when the reforming method in the fuel processing apparatus is the steam reforming method, the heat supplied to the reforming section that requires a high temperature by the endothermic reaction is deprived, and the reaction efficiency for generating the fuel gas is deteriorated. It will be.

本発明は上述の課題に鑑み、燃料処理装置を断熱し、これを被覆シートにより被覆しても高温部から低温部への熱伝導により高温部における放熱量が増加することを抑制する燃料処理装置、これを備える燃料電池発電システム及び断熱構造体を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention insulates a fuel processing apparatus, and suppresses an increase in the amount of heat released in a high temperature part due to heat conduction from a high temperature part to a low temperature part even when the fuel processing apparatus is covered with a covering sheet. An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system and a heat insulating structure including the same.

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料処理装置は、例えば図１に示すように、原料燃料ｍと改質剤ｓとを導入し、原料燃料ｍを改質して改質ガスを生成する改質部１１と；改質部１１で改質された改質ガスを導入し、改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを生成する一酸化炭素低減部２２と；改質部１１と一酸化炭素低減部２２とを階層状に収容する容器１６と；容器１６を覆う断熱材１８と；断熱材１８を覆う、階層方向に分割された被覆シート１９であって、分割された被覆シート１９の間に熱伝導防止構造３０を有する被覆シート１９とを備える。   In order to achieve the above object, the fuel processor according to the first aspect of the present invention introduces a raw material fuel m and a reformer s to reform the raw material fuel m as shown in FIG. A reforming unit 11 for generating a reformed gas by introducing the reformed gas reformed by the reforming unit 11 and reducing carbon monoxide in the reformed gas to generate a carbon monoxide reduced gas g A carbon monoxide reduction unit 22 that performs; a container 16 that accommodates the reforming unit 11 and the carbon monoxide reduction unit 22 in a hierarchical manner; a heat insulating material 18 that covers the container 16; And a covering sheet 19 having a heat conduction preventing structure 30 between the divided covering sheets 19.

このように構成すると、分割された被覆シートの間に熱伝導防止構造を有するので、被覆シートでの熱伝導が阻害され、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。   If comprised in this way, since it has a heat conduction prevention structure between the divided | segmented covering sheets, heat conduction in a covering sheet will be inhibited, and even if a temperature distribution arises in a fuel processing apparatus when a fuel processing apparatus is drive | operated and high temperature distribution arises, The amount of heat radiation in the part can be suppressed.

また、請求項２に記載の発明に係る燃料処理装置は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の燃料処理装置において、熱伝導防止構造３０は、分割された被覆シート１９同士が実質的に非接触の構造である。   Further, as shown in FIG. 1, for example, the fuel processing apparatus according to the second aspect of the present invention is the fuel processing apparatus according to the first aspect, wherein the heat conduction preventing structure 30 includes the divided covering sheets 19. It is a substantially non-contact structure.

このように構成すると、分割された被覆シート同士が実質的に非接触の状態であるので、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を確実に抑制することができる。なお、「実質的に非接触」とは、隣接する分割シート同士が隣接線のほとんどで接触していないことをいう。   If comprised in this way, since the divided | segmented coating sheets are in a substantially non-contact state, even if a fuel processing apparatus is drive | operated and temperature distribution arises in a fuel processing apparatus, the heat radiation amount in a high temperature part is suppressed reliably. can do. Note that “substantially non-contact” means that adjacent divided sheets are not in contact with most of the adjacent lines.

また、請求項３に記載の発明に係る燃料処理装置は、例えば図１に示すように、請求項１または請求項２に記載の燃料処理装置において、一酸化炭素低減部２２は、改質ガスを導入し改質ガスを変成して変成ガスを生成する変成部２１であって変成反応を早める高温変成部１３と改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する低温変成部１４とを有する変成部２１と、変成ガスを導入し変成ガス中の一酸化炭素を酸化し除去して一酸化炭素低減ガスｇを生成する選択酸化部１５とを含んで構成される。   Further, as shown in FIG. 1, for example, the fuel processing apparatus according to the third aspect of the present invention is the fuel processing apparatus according to the first or second aspect, wherein the carbon monoxide reduction unit 22 includes the reformed gas. Is a shift section 21 that converts the reformed gas to generate a shift gas, and includes a high temperature shift section 13 that accelerates the shift reaction and a low temperature shift section 14 that reduces the carbon monoxide concentration in the reformed gas. And a selective oxidation unit 15 that introduces a shift gas and oxidizes and removes carbon monoxide in the shift gas to generate a carbon monoxide reduced gas g.

このように構成すると、改質の過程にある原料燃料にとって最適の反応が行なわれることになり燃料ガス生成効率が向上する。また、異なる反応温度を持つ部分に対応して被覆シートを分割させることが可能になり、熱ロスがさらに少なくなる。   If comprised in this way, optimal reaction will be performed with respect to the raw material fuel in the process of a reforming, and fuel gas production | generation efficiency will improve. Moreover, it becomes possible to divide | segment a coating sheet corresponding to the part with different reaction temperature, and heat loss further decreases.

また、請求項４に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図４に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料処理装置１と；一酸化炭素低減ガスｇを導入する燃料極５１と、酸化剤ガスｔを導入する空気極５２とを有し、一酸化炭素低減ガスｇと酸化剤ガスｔとの電気化学的反応により発電する燃料電池５とを備える。   Moreover, the fuel cell power generation system according to the invention described in claim 4 includes, for example, as shown in FIG. 4, the fuel processing apparatus 1 according to any one of claims 1 to 3; and carbon monoxide reduction. A fuel cell 5 having a fuel electrode 51 for introducing a gas g and an air electrode 52 for introducing an oxidant gas t and generating power by an electrochemical reaction between the carbon monoxide reducing gas g and the oxidant gas t. Prepare.

このように構成すると、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができるので、燃料ガス生成のための反応効率の悪化を抑制することができ、効率のよい燃料電池発電システムになる。   If comprised in this way, even if a fuel processing apparatus is drive | operated and temperature distribution arises in a fuel processing apparatus, since the emitted-heat amount in a high temperature part can be suppressed, the deterioration of the reaction efficiency for fuel gas production | generation is suppressed. And an efficient fuel cell power generation system.

また、本発明に係る断熱構造体として、例えば図１に示すように、階層方向に温度差を有する階層構造体本体１６と；階層構造体本体１６を覆う断熱材１８と；断熱材１８を覆う、階層方向に分割された被覆シート１９であって、分割された被覆シート１９の間に熱伝導防止構造を有する被覆シート１９とを備える構成としてもよい。 Further, as the heat insulating structure according to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a hierarchical structure main body 16 having a temperature difference in the hierarchical direction; a heat insulating material 18 covering the hierarchical structure main body 16; The cover sheet 19 is divided in the layer direction, and the cover sheet 19 having a heat conduction preventing structure may be provided between the divided cover sheets 19.

このように構成すると、分割された被覆シートの間に熱伝導防止構造を有するので、断熱構造体に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。   If comprised in this way, since it has a heat conduction prevention structure between the divided | segmented coating sheets, even if temperature distribution arises in a heat insulation structure, the heat dissipation in a high temperature part can be suppressed.

本発明によれば、分割された被覆シートの間に熱伝導防止構造を有するので、断熱構造体に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。断熱構造体が燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料処理装置の場合は、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。   According to this invention, since it has a heat conduction prevention structure between the divided | segmented coating sheets, even if temperature distribution arises in a heat insulation structure, the heat dissipation in a high temperature part can be suppressed. In the case of a fuel processing device that generates fuel gas to be supplied to the fuel cell by the heat insulating structure, even if the fuel processing device is operated and a temperature distribution occurs in the fuel processing device, the heat radiation amount in the high temperature portion can be suppressed.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding devices are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１を参照して本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１を示す片側縦断面図である。燃料処理装置１は、原料燃料ｍと改質剤ｓとを導入して水素に富む改質ガスを生成する改質部１１と、改質部を加熱する加熱部１２と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを水素に富む燃料ガスとして生成する一酸化炭素低減部２２とを含んで構成されている。一酸化炭素低減部２２は、改質ガス中の一酸化炭素を変成する変成部２１と、改質ガス中の一酸化炭素を除去する選択酸化部１５とを含んで構成されている。さらに変成部２１は、比較的反応温度が高い高温変成部１３と、比較的反応温度が低い低温変成部１４とを含んで構成されている。   With reference to FIG. 1, the structure of the fuel processor which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a one-side longitudinal sectional view showing a fuel processor 1 according to a first embodiment of the present invention. The fuel processing apparatus 1 includes a reforming unit 11 that introduces a raw material fuel m and a reforming agent s to generate a reformed gas rich in hydrogen, a heating unit 12 that heats the reforming unit, The carbon monoxide reduction part 22 which reduces carbon monoxide and produces | generates the carbon monoxide reduction gas g as a fuel gas rich in hydrogen is comprised. The carbon monoxide reduction unit 22 includes a shift unit 21 that converts carbon monoxide in the reformed gas, and a selective oxidation unit 15 that removes carbon monoxide in the reformed gas. Furthermore, the transformation unit 21 includes a high temperature transformation unit 13 having a relatively high reaction temperature and a low temperature transformation unit 14 having a relatively low reaction temperature.

改質部１１は、原料燃料ｍと改質剤ｓから改質反応により水素に富む改質ガスを生成するように構成されている。改質部１１には、改質触媒が充填されている。改質反応は、通常５５０〜８００℃の高温下において改質触媒により原料燃料ｍ中の炭化水素と水分とから、水素と二酸化炭素、一酸化炭素を生成する反応である。改質反応は、水蒸気改質の場合は吸熱反応であり、改質反応のために外部より熱を供給する必要がある。改質部１１は、改質触媒を収容した略円筒形状とするのが、強度的にも製造上も好適である。ただし、高温に保つために、その内部に、後述する加熱部１２が配置されているとよい。改質触媒は、改質反応を促進させるニッケル系やルテニウム系の触媒で、効率的な改質反応を行なう観点から粒状、円柱状、ハニカム状等の形状を有している。   The reforming unit 11 is configured to generate a reformed gas rich in hydrogen from the raw material fuel m and the reforming agent s by a reforming reaction. The reforming unit 11 is filled with a reforming catalyst. The reforming reaction is a reaction in which hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide are generated from hydrocarbon and moisture in the raw material fuel m by a reforming catalyst at a high temperature of 550 to 800 ° C. The reforming reaction is an endothermic reaction in the case of steam reforming, and it is necessary to supply heat from the outside for the reforming reaction. The reforming section 11 is preferably formed in a substantially cylindrical shape containing the reforming catalyst in terms of strength and manufacturing. However, in order to maintain a high temperature, it is preferable that a heating unit 12 to be described later is disposed therein. The reforming catalyst is a nickel-based or ruthenium-based catalyst that promotes the reforming reaction, and has a granular shape, a columnar shape, a honeycomb shape, or the like from the viewpoint of performing an efficient reforming reaction.

原料燃料ｍは、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）、灯油等の炭化水素系の燃料が用いられる。改質剤ｓは、本実施の形態では水蒸気改質が行なわれるので水蒸気が用いられる。なお、改質剤ｓは、部分酸化改質の場合は空気が用いられ、オートサーマル方式の改質の場合は水蒸気と空気とが用いられる。   As the raw material fuel m, hydrocarbon fuels such as city gas, LPG, digestion gas, methanol, GTL (Gas to Liquid), and kerosene are used. As the modifier s, steam is used because steam reforming is performed in the present embodiment. As the modifier s, air is used for partial oxidation reforming, and water vapor and air are used for autothermal reforming.

加熱部１２は、改質反応に必要な熱を改質部１１に供給するように構成されている。加熱部１２は、灯油、都市ガス、ＬＰＧ等の原料燃料ｍや燃料電池５のアノードオフガスｐ（図４参照）など、多種の燃料に対応できるバーナーノズルを有している。あるいはそれぞれ異なるバーナーノズルを有していてもよい。加熱部１２は、定常運転時には、燃料電池５の燃料極のオフガスであるアノードオフガスｐを燃料として燃焼空気ａ１と共に燃焼させて、改質部１１を加熱するように構成されている。原料燃料ｍが灯油などの液体であるときに備えて気化器を有していることが好ましい。加熱部１２は、改質部１１を加熱する装置であるので、改質部１１と一体で形成されることが好ましく、改質部１１の中央に配置され、加熱部１２で燃焼することにより周囲の改質部１１を加熱する構成としてもよいし、加熱部１２で燃焼した高温ガスが改質部１１の周囲に流れて改質部１１を加熱する構成としてもよく、改質部１１を加熱すればどのような構成であってもよい。なお、改質方式が水蒸気改質方式ではなく、部分酸化改質方式やオートサーマル改質方式の場合は、加熱部１２は設けなくてよい。   The heating unit 12 is configured to supply heat necessary for the reforming reaction to the reforming unit 11. The heating unit 12 has a burner nozzle that can handle various fuels such as a raw fuel m such as kerosene, city gas, and LPG, and an anode off-gas p (see FIG. 4) of the fuel cell 5. Or you may have a different burner nozzle, respectively. The heating unit 12 is configured to heat the reforming unit 11 by burning the anode off gas p, which is the off-gas of the fuel electrode of the fuel cell 5, with the combustion air a <b> 1 during steady operation. It is preferable to have a vaporizer in preparation for when the raw material fuel m is a liquid such as kerosene. Since the heating unit 12 is a device that heats the reforming unit 11, the heating unit 12 is preferably formed integrally with the reforming unit 11. The heating unit 12 is disposed in the center of the reforming unit 11 and is burned by the heating unit 12 to The reforming unit 11 may be heated, or the high-temperature gas combusted by the heating unit 12 may flow around the reforming unit 11 to heat the reforming unit 11. Any configuration may be used. When the reforming method is not the steam reforming method but the partial oxidation reforming method or the autothermal reforming method, the heating unit 12 may not be provided.

高温変成部１３は、改質部１１で生成された改質ガス中の一酸化炭素と水分との変成反応により二酸化炭素と水素を生成するように構成されている。高温変成部１３は、Ｆｅ−Ｃｒ系の変成触媒充填層を備えている。変成反応は通常１６０〜２８０℃の温度範囲で行なわれる発熱反応である。変成反応の反応温度を低くすると、変成後の改質ガスのＣＯ濃度が低くなる利点と、反応速度が遅くなる欠点があるが、高温変成部１３では比較的反応温度を高くして反応速度を早くしている。   The high temperature shifter 13 is configured to generate carbon dioxide and hydrogen by a shift reaction of carbon monoxide and moisture in the reformed gas generated in the reformer 11. The high temperature shifter 13 includes an Fe—Cr shift catalyst packed bed. The modification reaction is an exothermic reaction that is usually performed in a temperature range of 160 to 280 ° C. If the reaction temperature of the shift reaction is lowered, there is an advantage that the CO concentration of the reformed gas after the shift is lowered, and there is a disadvantage that the reaction rate is slow. However, in the high-temperature shift part 13, the reaction rate is increased by relatively increasing the reaction temperature. It is fast.

低温変成部１４は、改質部１１で生成された改質ガス中の一酸化炭素と水分との変成反応により二酸化炭素と水素を生成するように構成されている。低温変成部１４は、Ｃｕ−Ｚｎ系の変成触媒充填層を備えている。上述の通り変成反応は発熱反応であり、反応温度を低くすると、変成後の改質ガスのＣＯ濃度が低くなる利点と反応速度が遅くなる欠点とがあるが、低温変成部１４では比較的反応温度を低くして変成後の改質ガスのＣＯ濃度を低くしている。すなわち、高温変成部１３で反応速度を早くし、低温変成部１４でガスのＣＯ濃度を低くすることで、総合的な変成反応の効率を高めている。変成触媒充填層は、高温変成部１３及び低温変成部１４共に、効率的な改質反応を行なう観点から、粒状、円柱状、ハニカム状等の形状を有している。   The low temperature shifter 14 is configured to generate carbon dioxide and hydrogen by a shift reaction of carbon monoxide and moisture in the reformed gas generated in the reformer 11. The low temperature shifter 14 includes a Cu—Zn shift catalyst packed bed. As described above, the modification reaction is an exothermic reaction. If the reaction temperature is lowered, there is an advantage that the CO concentration of the reformed gas after the modification is lowered and a reaction rate is slow. The CO concentration of the reformed gas after the modification is lowered by lowering the temperature. That is, by increasing the reaction rate at the high temperature shift section 13 and decreasing the CO concentration of the gas at the low temperature shift section 14, the efficiency of the total shift reaction is increased. The high-temperature conversion portion 13 and the low-temperature conversion portion 14 each have a shape such as a granular shape, a columnar shape, and a honeycomb shape from the viewpoint of performing an efficient reforming reaction.

選択酸化部１５は、変成部２１で生成された変成ガス中の一酸化炭素を、外部より供給される空気ａ２中の酸素との一酸化炭素選択酸化反応により、さらに低減・除去するように構成されている。選択酸化部１５は、Ｐｔ−Ｒｕ系の選択酸化触媒充填層を備えている。選択酸化反応は通常１００〜２５０℃の温度範囲で行なわれる発熱反応である。選択酸化触媒充填層は、効率的な改質反応を行なう観点から、粒状、円柱状、ハニカム状等の形状を有している。   The selective oxidation unit 15 is configured to further reduce and remove the carbon monoxide in the shift gas generated in the shift unit 21 by a carbon monoxide selective oxidation reaction with oxygen in the air a2 supplied from the outside. Has been. The selective oxidation unit 15 includes a Pt—Ru-based selective oxidation catalyst packed layer. The selective oxidation reaction is an exothermic reaction usually performed in a temperature range of 100 to 250 ° C. The selective oxidation catalyst packed bed has a shape such as a granular shape, a cylindrical shape, or a honeycomb shape from the viewpoint of performing an efficient reforming reaction.

容器１６は、略円筒形状で、改質部１１の改質触媒充填層と高温変成部１３の変成触媒充填層と低温変成部１４の変成触媒充填層と選択酸化部１５の選択酸化触媒充填層とをここに示した順序で階層状に収容している。容器１６は、略円筒形状の軸線が鉛直方向になるように配置される。また、容器１６は、改質に必要な原料燃料ｍ及び改質剤ｓとバーナー燃焼用のアノードオフガスｐ及び燃焼空気ａ１と選択酸化反応用の空気ａ２とをそれぞれ導入する導入口を有している。また、生成した燃料ガスとしての一酸化炭素低減ガスｇとバーナーで燃焼した排ガスｅをそれぞれ導出する導出口を有している。上述の通り、ここに示した順序では、改質部１１の温度が最も高く、順に温度が低くなり、選択酸化部１５の温度が最も低い。したがって運転中の燃料処理装置１の容器１６は、改質部１１の外周部の温度が最も高く、選択酸化部１５の外周部の温度が最も低い温度勾配を持つようになる。容器１６は、典型的には、主としてステンレス鋼でできた金属製の容器で、熱伝導率はアルミニウムの１０分の１程度である。発熱反応である変成部２１及び選択酸化部１５に相当する部分を収容している容器１６の外周部分には、冷却用の水管１７が巻かれている。   The container 16 has a substantially cylindrical shape, a reforming catalyst packed layer of the reforming unit 11, a shift catalyst packed layer of the high temperature shift unit 13, a shift catalyst packed layer of the low temperature shift unit 14, and a selective oxidation catalyst packed layer of the selective oxidation unit 15. Are housed in a hierarchy in the order shown here. The container 16 is disposed so that the substantially cylindrical axis is in the vertical direction. Further, the container 16 has an inlet for introducing the raw material fuel m and the reforming agent s necessary for reforming, the anode offgas p for burner combustion, the combustion air a1, and the air a2 for selective oxidation reaction, respectively. Yes. Moreover, it has an outlet for deriving the carbon monoxide reducing gas g as the generated fuel gas and the exhaust gas e burned by the burner. As described above, in the order shown here, the temperature of the reforming unit 11 is the highest, the temperature decreases in order, and the temperature of the selective oxidation unit 15 is the lowest. Therefore, the container 16 of the operating fuel processor 1 has a temperature gradient in which the temperature of the outer peripheral portion of the reforming unit 11 is the highest and the temperature of the outer peripheral portion of the selective oxidation unit 15 is the lowest. The container 16 is typically a metal container mainly made of stainless steel, and has a thermal conductivity of about one-tenth that of aluminum. A cooling water pipe 17 is wound around the outer peripheral portion of the container 16 that accommodates portions corresponding to the transformation portion 21 and the selective oxidation portion 15 that are exothermic reactions.

断熱材１８は、容器１６に収容されている各触媒充填層１１、１３、１４、１５からの放熱を防ぎ、また、人が接触して火傷等を負わないために、高温になる燃料処理装置１の温度に対して十分な耐熱を有する、けい酸カルシウム等のシリカ系やロックウール系の材料で、適切な厚さのものが用いられる。断熱材１８は、略円筒状の容器１６がその外周部に隙間がなく覆われるように構成されている。   The heat insulator 18 prevents heat from the catalyst packed layers 11, 13, 14, and 15 accommodated in the container 16, and does not cause burns or the like due to contact with a person, so that the fuel processing apparatus is heated to a high temperature. An appropriate thickness of a silica-based or rock wool-based material such as calcium silicate having sufficient heat resistance to a temperature of 1 is used. The heat insulating material 18 is configured such that the substantially cylindrical container 16 is covered without a gap on the outer periphery thereof.

被覆シート１９は、断熱材１８を外傷から守り、容器１６に密着させて型崩れしないように補強し、熱を持つ容器１６からの輻射熱を反射するように構成されている。被覆シート１９は、典型的にはアルミニウムや銅でできた金属シートである。したがって、通常は熱伝導率も高い。被覆シート１９は、略円筒状の容器１６を覆った断熱材１８をさらに覆うもので、円筒状の周方向に巻かれる。被覆シート１９は、階層方向（本実施の形態における円筒状の軸方向）に３つに分割されて断熱材１８を覆うように構成されている。３つに分割された被覆シート１９のそれぞれの間には、階層方向に全周にわたって隙間３１を有している。また、断熱材１８を補強する観点から、この隙間３１を熱伝導率の低い材料で作られた被覆帯３２で覆うことが好ましい。この隙間３１の部分が熱伝導を防止する実質的な非接触の構造として構成されている。なお、隙間３１を有していることの副次的な効果として、被覆シート１９の温度変化に伴う伸縮にも対応できる。   The covering sheet 19 is configured to protect the heat insulating material 18 from damage, reinforce it so as not to lose its shape by being in close contact with the container 16, and reflect the radiant heat from the container 16 having heat. The covering sheet 19 is typically a metal sheet made of aluminum or copper. Therefore, the thermal conductivity is usually high. The covering sheet 19 further covers the heat insulating material 18 covering the substantially cylindrical container 16 and is wound in the cylindrical circumferential direction. The covering sheet 19 is divided into three in the layer direction (cylindrical axial direction in the present embodiment) so as to cover the heat insulating material 18. Between each of the covering sheet | seats 19 divided | segmented into three, it has the clearance gap 31 over the perimeter in the hierarchy direction. Further, from the viewpoint of reinforcing the heat insulating material 18, it is preferable to cover the gap 31 with a covering band 32 made of a material having low thermal conductivity. The gap 31 is configured as a substantially non-contact structure that prevents heat conduction. In addition, it can respond to the expansion-contraction accompanying the temperature change of the coating sheet 19 as a secondary effect of having the clearance gap 31. FIG.

なお、図２は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る燃料処理装置１の片側縦断面図であり、特に分割された被覆シート１９の間の熱伝導防止構造３０が異なっている。本変形例では、分割された被覆シート１９の間に階層方向に隙間を設けずに、例えば一方の被覆シート１９ｂに他方の被覆シート１９ａの端部が断熱シート３３を介して重なるように構成されている。熱伝導防止構造３０は、隣接する被覆シート同士が断熱シート３３を挟んで重なる構造を有しており、実質的に非接触の構造として構成されている。   FIG. 2 is a one-side longitudinal sectional view of the fuel processing apparatus 1 according to the modification of the first embodiment of the present invention, and in particular, the heat conduction preventing structure 30 between the divided covering sheets 19 is different. Yes. In the present modification, a gap is not provided in the layer direction between the divided covering sheets 19, and for example, the end of the other covering sheet 19 a overlaps with one covering sheet 19 b via the heat insulating sheet 33. ing. The heat conduction preventing structure 30 has a structure in which adjacent covering sheets overlap with each other with the heat insulating sheet 33 interposed therebetween, and is configured as a substantially non-contact structure.

また、図３は、本発明の第１の実施の形態の別の変形例に係る燃料処理装置１の片側縦断面図であり、特に分割された被覆シート１９の間の熱伝導防止構造３０が異なっている。本別の変形例では、図３（ａ）に示すように、被覆シート１９は、階層方向に所定間隔をあけて周方向に多数の孔３５を有している。このような被覆シート１９により断熱材１８の補強と各被覆シート１９間の熱伝導の抑制とを達成している。多数の孔３５は、円形、正方形、長方形等さまざまな形状を採用することができる。被覆シート１９間の熱伝導抑制の観点から、孔３５の大きさＷ１は、隣合う孔３５の間隔Ｗ２よりも大きい方がよい。この場合の被覆シート１９は、形式的には階層方向に分割されていないが、多数の孔３５の存在により被覆シート１９間の熱伝導が抑制されるため実質的に階層方向に分割されていると見ることができる。すなわち、ここに示す被覆シート１９も階層方向に分割されているものとする。多数の孔３５は熱伝導率が低い材料で作られた被覆帯３２で覆われている。さらに図３（ｂ）に示すように、熱伝導防止構造３０として、分割された被覆シート１９の間をスリット状の被覆シート１９１で覆うことにより、断熱材１８の補強と各被覆シート１９間の熱伝導の抑制とを達成してもよい。これら多数の孔３５を有する被覆シート１９及びスリット状の被覆シート１９１による熱伝導防止構造３０は被覆シート１９同士が実質的に非接触となるものではないが、各被覆シート１９間の熱を伝導する路が細くなっているので熱伝導を抑制することができる。本発明においては、このような熱伝導を抑制する構造も熱伝導防止構造３０に含まれるものとする。   FIG. 3 is a one-side longitudinal cross-sectional view of the fuel processing apparatus 1 according to another modification of the first embodiment of the present invention. In particular, the heat conduction preventing structure 30 between the divided covering sheets 19 is shown. Is different. In this other modification, as shown to Fig.3 (a), the coating sheet 19 has many holes 35 in the circumferential direction at predetermined intervals in the hierarchy direction. Such a covering sheet 19 achieves reinforcement of the heat insulating material 18 and suppression of heat conduction between the covering sheets 19. Many holes 35 can adopt various shapes such as a circle, a square, and a rectangle. From the viewpoint of suppressing heat conduction between the covering sheets 19, the size W <b> 1 of the holes 35 is preferably larger than the interval W <b> 2 between the adjacent holes 35. The covering sheet 19 in this case is not formally divided in the layer direction, but is substantially divided in the layer direction because heat conduction between the covering sheets 19 is suppressed by the presence of the numerous holes 35. Can be seen. That is, the covering sheet 19 shown here is also divided in the hierarchical direction. Many holes 35 are covered with a covering band 32 made of a material having low thermal conductivity. Further, as shown in FIG. 3B, as the heat conduction preventing structure 30, the space between the divided covering sheets 19 is covered with a slit-shaped covering sheet 191, thereby reinforcing the heat insulating material 18 and between the covering sheets 19. Suppression of heat conduction may be achieved. The heat conduction preventing structure 30 by the covering sheet 19 having the numerous holes 35 and the slit-shaped covering sheet 191 does not make the covering sheets 19 substantially non-contact, but conducts heat between the covering sheets 19. Since the path to be narrowed, heat conduction can be suppressed. In the present invention, such a structure for suppressing heat conduction is also included in the heat conduction preventing structure 30.

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムを示すブロック図である。燃料電池発電システム１００は、図１で詳細に説明した燃料処理装置１と、燃料電池５とを備えている。   FIG. 4 is a block diagram showing a fuel cell power generation system according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell power generation system 100 includes the fuel processing apparatus 1 described in detail with reference to FIG.

燃料電池５は固体高分子形燃料電池である。燃料電池５は、水素に富む燃料ガスである一酸化炭素低減ガスｇが導入される燃料極（アノード）５１と酸化剤ガスｔが導入される空気極（カソード）５２と水素イオンが通過する電解質膜（不図示）とを備えている。燃料極５１は、水素を電子と水素イオンに分解する燃料極触媒を有している。空気極５２は、水素イオンと酸素と電子とを結合して水を生成する空気極触媒を有している。燃料極５１と空気極５２との間には、電子が通過し電流が流れる外部電気回路（不図示）が設けられている。電解質膜は固体高分子膜が用いられる。なお、燃料電池５は、固体高分子形燃料電池以外の、りん酸形燃料電池等であってもよい。   The fuel cell 5 is a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 5 includes a fuel electrode (anode) 51 into which a carbon monoxide reducing gas g that is a fuel gas rich in hydrogen is introduced, an air electrode (cathode) 52 into which an oxidant gas t is introduced, and an electrolyte through which hydrogen ions pass. A film (not shown). The fuel electrode 51 has a fuel electrode catalyst that decomposes hydrogen into electrons and hydrogen ions. The air electrode 52 has an air electrode catalyst that combines hydrogen ions, oxygen, and electrons to generate water. Between the fuel electrode 51 and the air electrode 52, an external electric circuit (not shown) through which electrons pass and current flows is provided. The electrolyte membrane is a solid polymer membrane. The fuel cell 5 may be a phosphoric acid fuel cell other than the solid polymer fuel cell.

引き続き図１及び図４を参照して本発明の実施の形態に係る燃料処理装置１及び燃料電池発電システム１００の作用について説明する。
燃料処理装置１が起動状態に入ると加熱部１２のバーナーが点火し、原料燃料ｍ及び改質剤ｓがそれぞれ不図示の供給装置により燃料処理装置１に導入されて気化された後、改質部１１に導入される。改質部１１の改質触媒充填層においては、主に燃料の水蒸気改質反応が行なわれる。例えば原料燃料ｍがメタンの場合、次式による水蒸気改質反応が行なわれる。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２ ・・・（１）
定常運転時、改質部１１の温度は約５５０〜８００℃に達している。 The operation of the fuel processing apparatus 1 and the fuel cell power generation system 100 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
When the fuel processing apparatus 1 enters an activated state, the burner of the heating unit 12 is ignited, and the raw fuel m and the reformer s are introduced into the fuel processing apparatus 1 by a supply device (not shown) and vaporized, and then reformed. Part 11 is introduced. In the reforming catalyst packed bed of the reforming unit 11, a steam reforming reaction of fuel is mainly performed. For example, when the raw material fuel m is methane, a steam reforming reaction according to the following equation is performed.
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
During steady operation, the temperature of the reforming unit 11 reaches about 550 to 800 ° C.

改質部１１の改質反応により生成された改質ガスは高温変成部１３及び低温変成部１４に導入される。高温変成部１３及び低温変成部１４の変成触媒充填層においては、下式の変成反応が行なわれる。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・（２）
この変成反応は発熱反応であり、反応温度を低くすれば、変成後の改質ガスのＣＯ濃度が低くなる利点と、反応速度が遅くなる欠点がある。ここでは高温変成部１３の温度を比較的高くして反応速度を早くし、低温変成部１４の温度を比較的低くしてガスのＣＯ濃度を低くしている。変成部１３、１４では約１６０〜２８０℃の温度範囲で変成反応が行なわれている。 The reformed gas generated by the reforming reaction of the reforming unit 11 is introduced into the high temperature transformation unit 13 and the low temperature transformation unit 14. In the shift catalyst packed bed of the high temperature shift section 13 and the low temperature shift section 14, the shift reaction of the following formula is performed.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)
This modification reaction is an exothermic reaction. If the reaction temperature is lowered, there are an advantage that the CO concentration of the reformed gas after the modification is lowered and a reaction rate is lowered. Here, the temperature of the high temperature transformation section 13 is made relatively high to increase the reaction rate, and the temperature of the low temperature transformation section 14 is made relatively low to reduce the CO concentration of the gas. In the shift parts 13 and 14, the shift reaction is performed in a temperature range of about 160 to 280 ° C.

低温変成部１４を出た変成ガスは選択酸化部１５に導かれる。選択酸化部１５の選択酸化触媒においては、変成ガスと選択酸化用の空気との間で下式のＣＯ選択酸化反応が行なわれる。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２→ＣＯ２ ・・・（３）
選択酸化部１５では約１００〜２５０℃の温度範囲で選択酸化反応が行なわれている。選択酸化部１５で生成された一酸化炭素低減ガスｇは燃料ガスとして燃料電池５へ送られる。 The shift gas exiting the low temperature shift section 14 is guided to the selective oxidation section 15. In the selective oxidation catalyst of the selective oxidation unit 15, the following CO selective oxidation reaction is performed between the shift gas and the selective oxidation air.
CO + (1/2) O 2 → CO 2 (3)
In the selective oxidation unit 15, the selective oxidation reaction is performed in a temperature range of about 100 to 250 ° C. The carbon monoxide reduced gas g generated in the selective oxidation unit 15 is sent to the fuel cell 5 as a fuel gas.

燃料処理装置１にて生成された一酸化炭素低減ガスｇは燃料電池５の燃料極５１に導入される。空気極５２には酸化剤ガスｔが導入される。燃料電池５は、燃料極５１に導入された一酸化炭素低減ガスｇと空気極５２に導入された酸化剤ガスｔとの電気化学的反応により発電する。一般に、炭化水素の改質ガスを燃料とする燃料電池発電の場合、改質ガス中の水素の７０〜８０％が消費され、残りの水素がアノードオフガスｐとして排出される。本実施の形態では、燃料電池５のアノードオフガスｐをバーナー燃料として用いることができる。空気極５２からはカソードオフガスｑが排出される。   The carbon monoxide reduced gas g generated in the fuel processing apparatus 1 is introduced into the fuel electrode 51 of the fuel cell 5. An oxidant gas t is introduced into the air electrode 52. The fuel cell 5 generates electric power by an electrochemical reaction between the carbon monoxide reducing gas g introduced into the fuel electrode 51 and the oxidant gas t introduced into the air electrode 52. In general, in the case of fuel cell power generation using a hydrocarbon reformed gas as fuel, 70 to 80% of the hydrogen in the reformed gas is consumed, and the remaining hydrogen is discharged as the anode offgas p. In the present embodiment, the anode off gas p of the fuel cell 5 can be used as the burner fuel. A cathode off gas q is discharged from the air electrode 52.

このように運転される燃料電池発電システム１００の燃料処理装置１の容器１６は、階層状に収容されたそれぞれ反応温度が異なる触媒充填層の影響により、階層方向に温度勾配を有している。容器１６の外周は断熱材１８に覆われているが、一酸化炭素低減部２２に相当する部分の容器１６の外周部に巻かれた水管１７並びに断熱材１８の材料や厚さの条件によっては断熱材１８の外表面も階層方向に温度勾配を有することがある。そうすると、断熱材１８を補強すると共に輻射熱を反射するために断熱材１８を覆っている金属製の被覆シート１９は熱伝導率が高いため、被覆シート１９に生じている熱勾配を均一化する方向に熱を伝える。すなわち、高温部における放熱量を増加させようとする。   The container 16 of the fuel processing apparatus 1 of the fuel cell power generation system 100 operated in this way has a temperature gradient in the tier direction due to the influence of the catalyst packed layers having different reaction temperatures accommodated in the tier shape. Although the outer periphery of the container 16 is covered with the heat insulating material 18, depending on the material and thickness conditions of the water pipe 17 and the heat insulating material 18 wound around the outer peripheral portion of the container 16 corresponding to the carbon monoxide reduction unit 22. The outer surface of the heat insulating material 18 may also have a temperature gradient in the layer direction. Then, since the metal covering sheet 19 covering the heat insulating material 18 to reinforce the heat insulating material 18 and reflect the radiant heat has high thermal conductivity, the direction in which the thermal gradient generated in the covering sheet 19 is made uniform is made. To convey heat. That is, the heat dissipation amount in the high temperature part is increased.

ここで、被覆シート１９は階層方向に隙間を有しているので、分割されている被覆シート１９間では被覆シートを通じて熱が伝わることがない。また、被覆シート１９間の隙間３１部分は熱伝導率が低いガラスクロスの被覆帯３２が巻かれて補強されており、被覆帯３２を伝わって被覆シート１９間で熱伝導が行なわれることはない。したがって、熱勾配を均一化しようとする作用は、分割された各被覆シート１９内で行なわれている。   Here, since the covering sheet 19 has a gap in the layer direction, heat is not transmitted between the divided covering sheets 19 through the covering sheets. Further, the gap 31 between the covering sheets 19 is reinforced by winding a covering cloth 32 of a glass cloth having a low thermal conductivity, and heat conduction is not performed between the covering sheets 19 through the covering band 32. . Therefore, the action of trying to make the thermal gradient uniform is performed in each of the divided covering sheets 19.

図５は、燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図であり、図５（ａ）は従来の燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図、図５（ｂ）は本発明の実施の形態に係る燃料処理装置１の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図である。上述の通り断熱材外表面は階層方向に温度勾配を有する場合があり、この場合の断熱材外表面の温度勾配Ｓｚは、断熱材外表面の改質部１１側の最高温度ＴｚＨ（ＴｚａＨ）と選択酸化部１５側の最低温度ＴｚＬ（ＴｚｃＬ）とを結ぶ直線で示され、被覆シートを分割したか否かに関係なく同一になる。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the temperature gradient state of the coating sheet of the fuel processing apparatus, and FIG. 5A is a schematic diagram showing the temperature gradient state of the coating sheet of the conventional fuel processing apparatus, FIG. ) Is a schematic diagram showing a state of a temperature gradient of the covering sheet of the fuel processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. As described above, the outer surface of the heat insulating material may have a temperature gradient in the hierarchical direction. In this case, the temperature gradient Sz of the outer surface of the heat insulating material is the maximum temperature TzH (TzaH) on the modified portion 11 side of the outer surface of the heat insulating material. It is indicated by a straight line connecting the minimum temperature TzL (TzcL) on the selective oxidation unit 15 side, and is the same regardless of whether or not the cover sheet is divided.

図５（ａ）に示す従来の燃料処理装置の被覆シートの温度勾配Ｓｐは、断熱材外表面の最高温度ＴｚＨと最低温度ＴｚＬとの略中間の温度ＴｚＭよりも若干高い温度ＴｐＨと若干低い温度ＴｐＬとを結ぶ直線で示される。被覆シートの温度勾配直線Ｓｐと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘｐに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。   The temperature gradient Sp of the cover sheet of the conventional fuel processing apparatus shown in FIG. 5A is a temperature TpH slightly higher and a temperature slightly lower than a temperature TzM that is substantially between the highest temperature TzH and the lowest temperature TzL of the outer surface of the heat insulating material. It is indicated by a straight line connecting TpL. The temperature gradient straight line Sp of the covering sheet and the temperature gradient straight line Sz of the outer surface of the heat insulating material intersect at a substantially middle point in the hierarchical direction of the fuel processor. The amount of heat proportional to the triangular area Xp indicated by the diagonal lines in the figure corresponds to the amount of heat lost due to heat conduction from the high temperature portion to the low temperature portion.

図５（ｂ）に示す本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートの温度勾配は、３分割された被覆シートごとに、それぞれ独立した温度勾配を有している。階層方向の最も高温部側に配置される被覆シート１９ａ（図１参照）の温度勾配Ｓａは、被覆シート１９ａと接触している範囲の断熱材外表面の最高温度ＴｚａＨと最低温度ＴｚａＬとの略中間の温度ＴａＭよりも若干高い温度ＴａＨと若干低い温度ＴａＬとを結ぶ直線で示される。被覆シート１９ａの温度勾配直線Ｓａと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは、被覆シート１９ａと接触している範囲の燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘａに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。   The temperature gradient of the covering sheet of the fuel processing apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5B has an independent temperature gradient for each of the three divided covering sheets. The temperature gradient Sa of the covering sheet 19a (see FIG. 1) arranged on the highest temperature side in the layer direction is an abbreviation of the highest temperature TzaH and the lowest temperature TzaL of the outer surface of the heat insulating material in the range in contact with the covering sheet 19a. This is indicated by a straight line connecting a temperature TaH slightly higher than the intermediate temperature TaM and a temperature TaL slightly lower. The temperature gradient straight line Sa of the covering sheet 19a and the temperature gradient straight line Sz of the outer surface of the heat insulating material intersect at a substantially middle point in the hierarchical direction of the fuel processing apparatus in a range in contact with the covering sheet 19a. The amount of heat proportional to the triangular area Xa indicated by the oblique lines in the figure corresponds to the amount of heat lost due to heat conduction from the high temperature portion to the low temperature portion.

階層方向の中央に配置される被覆シート１９ｂ（図１参照）の温度勾配Ｓｂは、被覆シート１９ｂと接触している範囲の断熱材外表面の最高温度ＴｚｂＨと最低温度ＴｚｂＬとの略中間の温度ＴｂＭよりも若干高い温度ＴｂＨと若干低い温度ＴｂＬとを結ぶ直線で示される。被覆シート１９ｂの温度勾配直線Ｓｂと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは、被覆シート１９ｂと接触している範囲の燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘｂに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。   The temperature gradient Sb of the covering sheet 19b (see FIG. 1) arranged at the center in the layer direction is a temperature substantially intermediate between the maximum temperature TzbH and the minimum temperature TzbL of the outer surface of the heat insulating material in the range in contact with the covering sheet 19b. A straight line connecting a temperature TbH slightly higher than TbM and a temperature TbL slightly lower than TbM is shown. The temperature gradient straight line Sb of the covering sheet 19b and the temperature gradient straight line Sz of the outer surface of the heat insulating material intersect each other at a substantially middle point in the hierarchical direction of the fuel processing device in a range in contact with the covering sheet 19b. The amount of heat proportional to the area Xb of the triangle indicated by the diagonal lines in the figure corresponds to the amount of heat lost due to heat conduction from the high temperature portion to the low temperature portion.

階層方向の最も低温部側に配置される被覆シート１９ｃ（図１参照）の温度勾配Ｓｃは、被覆シート１９ｃと接触している範囲の断熱材外表面の最高温度ＴｚｃＨと最低温度ＴｚｃＬとの略中間の温度ＴｃＭよりも若干高い温度ＴｃＨと若干低い温度ＴｃＬとを結ぶ直線で示される。被覆シート１９ｃの温度勾配直線Ｓｃと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは、被覆シート１９ｃと接触している範囲の燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘｃに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。   The temperature gradient Sc of the covering sheet 19c (see FIG. 1) arranged on the lowest temperature side in the layer direction is an abbreviation of the highest temperature TzcH and the lowest temperature TzcL on the outer surface of the heat insulating material in the range in contact with the covering sheet 19c. This is indicated by a straight line connecting a temperature TcH slightly higher than the intermediate temperature TcM and a temperature TcL slightly lower. The temperature gradient straight line Sc of the covering sheet 19c and the temperature gradient straight line Sz of the outer surface of the heat insulating material intersect each other at a substantially middle point in the hierarchical direction of the fuel processing device in a range in contact with the covering sheet 19c. The amount of heat proportional to the triangular area Xc indicated by the diagonal lines in the figure corresponds to the amount of heat lost due to heat conduction from the high temperature portion to the low temperature portion.

ここで、高温部から低温部への熱伝導により失われるおおよその熱量を比較してみる。図５（ａ）に示す分割されていない従来の燃料処理装置の被覆シートを被覆している場合におけるおおよその放熱量は、燃料処理装置の階層方向の長さをｈとすると、面積Ｘｐ＝０．５ｈ×（ＴｚＨ−ＴｐＨ）×０．５に比例する熱量になる。一方、図５（ｂ）に示す３分割されている本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートを被覆している場合におけるおおよその放熱量は各被覆シートの放熱量を合計した値となる。被覆シート１９ａ（図１参照）に対応する部分の放熱量は面積Ｘａ＝（１／３）×０．５ｈ×（ＴｚａＨ−ＴａＨ）×０．５に比例する熱量になる。ここで、各被覆シート間に存在する熱伝導防止構造である隙間分は計算の便宜上無視している。各被覆シートは階層方向の長さが等しく、かつ同じ傾きの温度勾配を持つと仮定すると、（ＴｚａＨ−ＴａＨ）は図５（ａ）における（ＴｚＨ−ＴｐＨ）の約１／３になることが図５より把握できる。そうすると面積Ｘａは、Ｘａ＝（１／３）×０．５ｈ×（１／３）×（ＴｚＨ−ＴｐＨ）×０．５となる。上述の仮定条件より各被覆シートにおける放熱量は等しいので、本発明の実施の形態に係る３分割された燃料処理装置の被覆シートを被覆している場合におけるおおよその放熱量は面積Ｘａを３倍した値である、面積Ｘａｂｃ＝０．５ｈ×（１／３）×（ＴｚＨ−ＴｐＨ）×０．５に比例する熱量になる。すなわち、本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートの高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量は、従来の燃料処理装置の被覆シートの高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量のおよそ３分の１となり、放熱量が抑制されていることがわかる。   Here, the approximate amount of heat lost due to heat conduction from the high temperature part to the low temperature part will be compared. The approximate heat dissipation when the cover sheet of the conventional fuel processor not divided shown in FIG. 5 (a) is covered is the area Xp = 0, where h is the length in the hierarchical direction of the fuel processor. The amount of heat is proportional to 5 h × (TzH−TpH) × 0.5. On the other hand, when the covering sheet of the fuel processing apparatus according to the embodiment of the present invention divided into three as shown in FIG. 5 (b) is covered, the approximate heat dissipation amount is the sum of the heat dissipation amounts of the covering sheets. It becomes. The amount of heat released from the portion corresponding to the covering sheet 19a (see FIG. 1) is an amount of heat proportional to the area Xa = (1/3) × 0.5h × (TzaH−TaH) × 0.5. Here, the gap which is the heat conduction preventing structure existing between the covering sheets is ignored for convenience of calculation. Assuming that each covering sheet has the same length in the layer direction and the same temperature gradient, (TzaH-TaH) may be about 1/3 of (TzH-TpH) in FIG. It can be grasped from FIG. Then, the area Xa becomes Xa = (1/3) × 0.5h × (1/3) × (TzH−TpH) × 0.5. Since the heat dissipation amount in each cover sheet is equal from the above assumptions, the approximate heat dissipation amount when covering the cover sheet of the fuel processor divided into three according to the embodiment of the present invention is three times the area Xa. The amount of heat is proportional to the area Xabc = 0.5 h × (1/3) × (TzH−TpH) × 0.5. That is, the amount of heat lost due to heat conduction from the high temperature part to the low temperature part of the coating sheet of the fuel processing apparatus according to the embodiment of the present invention is the heat conduction from the high temperature part to the low temperature part of the coating sheet of the conventional fuel processing apparatus. It becomes about 1/3 of the amount of heat lost by this, and it turns out that the emitted heat amount is suppressed.

以上の説明では断熱構造体は燃料処理装置として説明したが、他の温度勾配を有する断熱構造体にも適用可能である。   In the above description, the heat insulating structure has been described as a fuel processing apparatus, but the present invention can also be applied to heat insulating structures having other temperature gradients.

以上の説明では一酸化炭素低減部２２は高温変成部１３、低温変成部１４、選択酸化部１５に分かれているものとして説明したが、改質ガス中の一酸化炭素を十分に低減できるような構成であればよく、例えば選択酸化部１５を備えない構成とすることができる。この場合は装置をよりコンパクトな構成とすることができる。   In the above description, the carbon monoxide reduction unit 22 has been described as being divided into the high temperature transformation unit 13, the low temperature transformation unit 14, and the selective oxidation unit 15. However, the carbon monoxide in the reformed gas can be sufficiently reduced. For example, the selective oxidation unit 15 may not be provided. In this case, the apparatus can be made more compact.

以上の説明では被覆シート１９は３つに分割していたが、抑制したい放熱量と工数の複雑化とを勘案して被覆シートの分割数を決定することができる。   In the above description, the covering sheet 19 is divided into three. However, the number of covering sheets can be determined in consideration of the amount of heat release to be suppressed and the complexity of man-hours.

以上の説明では燃料電池５は固体高分子型燃料電池として説明したが、これ以外のりん酸形燃料電池等であってもよい。   Although the fuel cell 5 has been described as a solid polymer fuel cell in the above description, it may be a phosphoric acid fuel cell.

以上で説明した本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１によれば、被覆シートの高温部から低温部への熱伝導による放熱量を抑制することができる。また、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システム１００によれば、熱伝導による放熱量を抑制することができる燃料処理装置を備えているので燃料ガス生成のための反応効率の悪化を抑制することができ、効率のよい燃料電池発電システムになる。   According to the fuel processing apparatus 1 which concerns on the 1st Embodiment of this invention demonstrated above, the thermal radiation amount by the heat conduction from the high temperature part of a coating sheet to a low temperature part can be suppressed. Moreover, according to the fuel cell power generation system 100 according to the second embodiment of the present invention, since the fuel processing device capable of suppressing the heat radiation amount due to heat conduction is provided, the reaction efficiency for generating the fuel gas is improved. Deterioration can be suppressed, and an efficient fuel cell power generation system is obtained.

本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置を示す片側縦断面図である。1 is a one-side longitudinal sectional view showing a fuel processor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る燃料処理装置を示す片側縦断面図である。It is a one-side longitudinal cross-sectional view which shows the fuel processing apparatus which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態の別の変形例に係る燃料処理装置を示す片側縦断面図である。It is a one-side longitudinal cross-sectional view which shows the fuel processing apparatus which concerns on another modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell power generation system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図である。図５（ａ）は従来の燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図であり、図５（ｂ）は本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the temperature gradient of the coating sheet of a fuel processing apparatus. FIG. 5A is a schematic diagram showing a temperature gradient state of a coating sheet of a conventional fuel processing apparatus, and FIG. 5B is a graph showing a temperature gradient of the coating sheet of the fuel processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is a schematic diagram which shows a state. 従来の燃料処理装置を示す片側縦断面図である。It is the one-side longitudinal cross-sectional view which shows the conventional fuel processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料処理装置
５ 燃料電池
１１ 改質部
１３ 高温変成部
１４ 低温変成部
１５ 選択酸化部
１６ 容器
１８ 断熱材
１９ 被覆シート
２１ 変成部
２２ 一酸化炭素低減部
３０ 熱伝導防止構造
３１ 隙間
３２ 被覆帯
３３ 断熱シート
３５ 孔
５１ 燃料極
５２ 空気極
１００ 燃料電池発電システム
１９１ 被覆シート
ｍ 原料燃料
ｓ 改質剤
ｇ 一酸化炭素低減ガス
Ｓｚ 断熱材の温度勾配
Ｓｐ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ 被覆シートの温度勾配 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel processing apparatus 5 Fuel cell 11 Reforming part 13 High temperature transformation part 14 Low temperature transformation part 15 Selective oxidation part 16 Container 18 Heat insulating material 19 Cover sheet 21 Transformation part 22 Carbon monoxide reduction part 30 Thermal conduction prevention structure 31 Crevice 32 Covering zone 33 Heat insulation sheet 35 Hole 51 Fuel electrode 52 Air electrode 100 Fuel cell power generation system 191 Cover sheet m Raw material fuel s Reformer g Carbon monoxide reduction gas Sz Temperature gradient Sp, Sa, Sb, Sc Temperature gradient of the cover sheet

Claims (4)

原料燃料と改質剤とを導入し、該原料燃料を改質して改質ガスを生成する改質部と；
前記改質部で改質された前記改質ガスを導入し、該改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスを生成する一酸化炭素低減部と；
前記改質部と前記一酸化炭素低減部とを階層状に収容する容器と；
前記容器を覆う断熱材と；
前記断熱材を覆う、階層方向に分割された被覆シートであって、分割された該被覆シートの間に熱伝導防止構造を有する被覆シートとを備える；
燃料処理装置。 A reforming section for introducing a raw material fuel and a reformer and reforming the raw material fuel to generate a reformed gas;
A carbon monoxide reducing unit that introduces the reformed gas reformed in the reforming unit and reduces carbon monoxide in the reformed gas to generate a carbon monoxide reduced gas;
A container for accommodating the reforming section and the carbon monoxide reduction section in a layered manner;
An insulation covering the container;
A cover sheet divided in a layer direction and covering the heat insulating material, the cover sheet having a heat conduction preventing structure between the divided cover sheets;
Fuel processor. 前記熱伝導防止構造は、前記分割された被覆シート同士が実質的に非接触の構造である；
請求項１に記載の燃料処理装置。 The heat conduction preventing structure is a structure in which the divided covering sheets are substantially non-contacting;
The fuel processor according to claim 1. 前記一酸化炭素低減部は、前記改質ガスを導入し該改質ガスを変成して変成ガスを生成する変成部であって変成反応を早める高温変成部と該改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する低温変成部とを有する変成部と、該変成ガスを導入し該変成ガス中の一酸化炭素を酸化し除去して一酸化炭素低減ガスを生成する選択酸化部とを含んで構成される；
請求項１または請求項２に記載の燃料処理装置。 The carbon monoxide reduction section is a shift section that introduces the reformed gas and converts the reformed gas to generate a shift gas, and a high temperature shift section that accelerates the shift reaction, and carbon monoxide in the reformed gas. A transformation section having a low temperature transformation section for reducing the concentration, and a selective oxidation section that introduces the transformation gas and oxidizes and removes carbon monoxide in the transformation gas to generate a carbon monoxide reduced gas. Done;
The fuel processing apparatus according to claim 1 or 2. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料処理装置と；
前記一酸化炭素低減ガスを導入する燃料極と、酸化剤ガスを導入する空気極とを有し、該一酸化炭素低減ガスと該酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える；
燃料電池発電システム。 A fuel processor according to any one of claims 1 to 3;
A fuel cell having a fuel electrode for introducing the carbon monoxide reducing gas and an air electrode for introducing an oxidant gas, and generating power by an electrochemical reaction between the carbon monoxide reduced gas and the oxidant gas. Prepare;
Fuel cell power generation system.
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