JP4374124B2 - Fuel reformer - Google Patents
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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
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
Air is supplied from an
[0017]
As shown in FIGS. 2 to 4, the
[0018]
The inner casing means 44 includes a
[0019]
As shown in FIG. 2, the
[0020]
The first and second plate-like
[0021]
The first and second plate-like
[0022]
The outer casing means 45 forms a heat insulating
[0023]
The first and second plate-like
[0024]
Disk-shaped bulging
[0025]
In a state where the
[0026]
As shown in FIG. 3, the
[0027]
The first to fifth reforming
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
A plurality of
[0032]
The
[0033]
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of a
[0034]
A
[0035]
Next, the operation | work which shape | molds the metal-mesh-
[0036]
First, a porous metal plate formed by laminating mesh members is processed to obtain a
[0037]
In the outer
[0038]
The
[0039]
At that time, the
[0040]
Further, the
[0041]
Thus, in this embodiment,
[0042]
Thereby, the welding quality of the nugget by seam welding is improved, and the bonding strength and pressure loss distribution between the
[0043]
Therefore, in this embodiment, it is possible to weld the
[0044]
Moreover, the
[0045]
In the present embodiment, the case where the
[0046]
Next, the operation of the
[0047]
First, when the
[0048]
On the other hand, methanol vapor is introduced into the
[0049]
Next, the methanol aqueous solution in which methanol and water are mixed at a predetermined mixing ratio is supplied to the
[0050]
The reforming fuel supplied to the
[0051]
As shown in FIG. 1, in the CO
[0052]
In this case, in this embodiment, the reforming fuel introduced from the
[0053]
Further, an
[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
Claims (3)
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.
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