JP5806979B2

JP5806979B2 - Reformer

Info

Publication number: JP5806979B2
Application number: JP2012130657A
Authority: JP
Inventors: 康二吉原; 祥平松本; 修士湯本; 弘文藤原; 久保　秀人; 秀人久保; 田中　仁; 仁田中; 小島　進; 進小島; 知士郎杉本; 里欧清水
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: JP2013253004A

Description

本発明は、燃料電池や内燃機関の吸気／排気系などに供給する水素を生成すべく、少なくとも水素を一構成成分として含む燃料（以下、水素系燃料と称す）を改質して水素を生成する改質装置に関する。 The present invention generates hydrogen by reforming a fuel containing at least hydrogen as a constituent component (hereinafter referred to as a hydrogen-based fuel) in order to generate hydrogen to be supplied to a fuel cell or an intake / exhaust system of an internal combustion engine. The present invention relates to a reforming apparatus.

近年、水素系燃料と空気とを含む混合ガスの一部を、改質装置の上流側に位置し酸化反応を行う領域（以下、酸化領域という）にて酸化させ、その反応熱を利用して内部から改質反応を行う領域（以下、改質領域という）を昇温して改質反応を促進させる触媒ユニットを有する改質装置、いわゆるオートサーマル方式の改質装置の開発が進められている。 In recent years, a part of a mixed gas containing hydrogen-based fuel and air is oxidized in a region where an oxidation reaction is performed upstream of the reformer (hereinafter referred to as an oxidation region), and the reaction heat is used. Development of a reforming apparatus having a catalyst unit that promotes the reforming reaction by raising the temperature of the reforming reaction area (hereinafter referred to as the reforming area) from the inside, that is, a so-called autothermal reforming apparatus is underway. .

また、改質反応を促進させて水素ガス発生までに要する時間の短縮化を図るべく、通電により発熱する発熱体を触媒ユニットの上流側に配置し、さらに、取り入れられた混合ガスと発熱反応する触媒粒子を該発熱体に担持させる構成、すなわち、所謂電気加熱式触媒（ＥＨＣ）を触媒ユニットの上流側に配置する構成を有する改質装置が知られている（特許文献１参照）。このような改質装置の構成によれば、発熱体への通電によって発熱体自体が昇温されるとともに発熱体に担持された触媒粒子が昇温され、該触媒粒子と取り入れられた混合ガスとの発熱反応が促進されて、触媒ユニットの昇温を促進させることができ、改質領域の改質可能温度への到達時間の短縮化を図ることが可能となりうる。 In addition, in order to accelerate the reforming reaction and shorten the time required to generate hydrogen gas, a heating element that generates heat when energized is arranged upstream of the catalyst unit, and further reacts exothermically with the introduced mixed gas. A reformer having a configuration in which catalyst particles are supported on the heating element, that is, a configuration in which a so-called electric heating catalyst (EHC) is arranged on the upstream side of a catalyst unit is known (see Patent Document 1). According to such a reformer configuration, the heating element itself is heated by energization of the heating element, and the catalyst particles carried on the heating element are heated, and the catalyst particles and the mixed gas taken in are mixed. It is possible to promote the temperature increase of the catalyst unit and to shorten the time required to reach the reformable temperature of the reforming region.

特開２００２−１５４８０５号公報JP 2002-154805 A 特開２０００−２０３８０３号公報JP 2000-203803 A

ところで、上記のようなオートサーマル方式の改質装置に、その入口部から水素系燃料を空気とともに混合ガスとして取り入れて、該混合ガスを酸化領域および改質領域に接触させることによって生成された改質ガスを出口部から放出させる場合、酸化領域が過度に加熱される一方で、改質領域の昇温が遅れる。そのために、酸化領域における混合ガスの酸化反応により水（Ｈ₂Ｏ）が生成されるような場合であって、酸化領域の下流側に位置する改質領域が十分に昇温されていない低温状態にあるような場合においては、酸化反応により生成された水（Ｈ₂Ｏ）が、該改質領域にて凝縮水として出現し、この凝縮水の出現に起因して、改質領域の触媒の性能劣化や目詰まり等の支障をきたす虞がありうる。 By the way, the reformer produced by bringing the hydrogen-based fuel into the auto-thermal reforming apparatus as described above as a mixed gas together with air from the inlet and bringing the mixed gas into contact with the oxidation region and the reforming region. When discharging the quality gas from the outlet, the oxidation region is excessively heated, while the temperature increase in the reforming region is delayed. Therefore, in a case where water (H ₂ O) is generated by the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region, the reformed region located downstream of the oxidation region is not sufficiently heated. In this case, water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction appears as condensed water in the reforming region, and due to the appearance of the condensed water, the catalyst in the reforming region There is a possibility of causing problems such as performance deterioration and clogging.

本発明は上記課題に鑑み、改質領域と該改質領域の上流側に位置する酸化領域との２つの領域にて構成される触媒ユニットと、該触媒ユニットの上流側に配置されて該触媒ユニットを加熱する電気加熱式ヒーターとを有する改質装置において、該改質装置の起動時に、混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避しうるような改質装置を提供することを目的とする。より具体的には、本発明の改質装置は、その起動時において、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間は、酸化領域における混合ガスの酸化反応を禁止するように、触媒ユニットに対する水素系燃料と空気との供給を制御しうるような手段を有する改質装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a catalyst unit composed of two regions, a reforming region and an oxidation region located on the upstream side of the reforming region, and the catalyst unit disposed on the upstream side of the catalyst unit. In a reformer having an electric heater for heating a unit, adverse effects on the catalyst in the reforming region due to water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas when the reformer is started up An object of the present invention is to provide a reforming apparatus that can avoid the above-mentioned problem. More specifically, the reforming apparatus of the present invention, at the time of startup, until the temperature of the reforming region is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water (H ₂ O), It is an object of the present invention to provide a reformer having means capable of controlling the supply of hydrogen-based fuel and air to a catalyst unit so as to inhibit the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region.

ちなみに、特許文献２においては、炭化水素を水素へ改質する改質器において、該改質器の起動時間の短縮化を図ることを目的として、改質触媒の表面を予め還元状態にしておき、起動時に空気のみを改質触媒に供給して酸化する改質器が開示されている。しかしながら、特許文献２において開示されている改質器は、本発明のような混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避しうるような改質装置として提供されるものではなく、よって、起動時において、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間は、酸化領域における混合ガスの酸化反応を禁止するように、触媒ユニットに対する水素系燃料と空気との供給を制御する、というような本発明の構成は何ら記載もされておらず、また、示唆もされていない。 Incidentally, in Patent Document 2, in the reformer for reforming hydrocarbons to hydrogen, the surface of the reforming catalyst is previously reduced for the purpose of shortening the start-up time of the reformer. A reformer is disclosed in which only air is supplied to a reforming catalyst during start-up to oxidize. However, the reformer disclosed in Patent Document 2 can avoid adverse effects on the catalyst in the reforming region due to water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas as in the present invention. Is not provided as such a reforming apparatus, and therefore, during startup, until the temperature of the reforming region is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water (H ₂ O), There is no description or suggestion of the configuration of the present invention that controls the supply of hydrogen-based fuel and air to the catalyst unit so as to prohibit the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region. Not.

請求項１に記載の発明によれば、少なくとも水素を一構成成分として含む水素系燃料と空気とを上流側通路から取り入れて前記水素系燃料を改質して水素を生成する改質装置であって、主として前記水素系燃料を改質して水素を生成する改質領域と該改質領域の上流側に位置し主として酸素雰囲気で酸化を行う酸化領域との２つの領域にて構成される触媒ユニットと、該触媒ユニットの上流側に配置されて通電されることにより該触媒ユニットを加熱する電気加熱式ヒーターとを有する改質装置において、前記改質領域と前記酸化領域との各領域の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記電気加熱式ヒーターを介した前記触媒ユニットへの空気の供給をもたらす空気供給バルブと、前記電気加熱式ヒーターを介した前記触媒ユニットへの前記水素系燃料の供給をもたらす燃料噴射装置とを有する供給制御手段であって、前記触媒温度検出手段により検出された前記改質領域と前記酸化領域との各領域の温度に基づいて、前記水素系燃料と空気との前記触媒ユニットに対する供給を制御する供給制御手段とを具備し、前記改質装置の起動時、前記触媒ユニットの温度を昇温すべく、前記電気加熱式ヒーターは通電され、前記供給制御手段は、前記改質領域の温度が水の蒸発をもたらしうる第１の所定温度に昇温されるまでの間は、前記水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみの前記触媒ユニットに対する供給を許可するように前記空気供給バルブと前記燃料噴射装置とを制御する、改質装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a reforming device that generates hydrogen by reforming the hydrogen-based fuel by taking in hydrogen-based fuel and air containing at least hydrogen as one component from the upstream passage. Thus, a catalyst composed mainly of two regions, a reforming region that reforms the hydrogen-based fuel to generate hydrogen and an oxidation region that is located upstream of the reforming region and mainly oxidizes in an oxygen atmosphere. In a reformer having a unit and an electrically heated heater that is arranged on the upstream side of the catalyst unit and that is energized to heat the catalyst unit, the temperature of each region of the reforming region and the oxidation region A catalyst temperature detecting means for detecting the air, an air supply valve for supplying air to the catalyst unit via the electric heater, and a front to the catalyst unit via the electric heater. A fuel injection device for supplying a hydrogen-based fuel, wherein the hydrogen-based fuel is controlled based on the temperatures of the reforming region and the oxidation region detected by the catalyst temperature detecting unit. Supply control means for controlling the supply of fuel and air to the catalyst unit, and at the time of starting the reformer, the electric heater is energized to raise the temperature of the catalyst unit, The supply control means supplies only one of the hydrogen-based fuel or air to the catalyst unit until the temperature of the reforming region is raised to a first predetermined temperature that can cause evaporation of water. A reformer is provided that controls the air supply valve and the fuel injector to allow

すなわち、請求項１に記載の発明では、主として水素系燃料を改質して水素を生成する改質領域と該改質領域の上流側に位置し主として酸素雰囲気で酸化を行う酸化領域との２つの領域にて構成される触媒ユニットと、該触媒ユニットの上流側に配置されて該触媒ユニットを加熱する電気加熱式ヒーターとを有する改質装置において、その起動時に、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間は、酸化領域における混合ガスの酸化反応を禁止するように触媒ユニットに対する水素系燃料と空気との供給を制御することで、該改質装置の起動時における混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避することを可能とする。 That is, in the first aspect of the present invention, there are two reforming regions, namely, a reforming region that mainly reforms a hydrogen-based fuel to generate hydrogen and an oxidation region that is located upstream of the reforming region and performs oxidation mainly in an oxygen atmosphere. In a reformer having a catalyst unit composed of one region and an electric heating heater arranged on the upstream side of the catalyst unit to heat the catalyst unit, the temperature of the reforming region is reduced to water at the start-up. Until the temperature is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of (H ₂ O), the supply of hydrogen-based fuel and air to the catalyst unit is controlled so as to prohibit the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region. By doing so, it is possible to avoid adverse effects on the catalyst in the reforming region due to water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas at the time of starting the reformer.

より具体的には、本発明の改質装置は、改質領域と酸化領域との各領域の温度に基づいて、水素系燃料と空気との触媒ユニットに対する供給を制御する供給制御手段を有して構成される。そして、改質装置の起動時においては、触媒ユニットの温度を昇温すべく電気加熱式ヒーターが通電されるとともに、供給制御手段により、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる所定温度に昇温されるまでの間は、水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみの触媒ユニットに対する供給が許可されるように空気供給バルブと燃料噴射装置とが制御される。触媒ユニットの酸化領域における酸化反応であって水（Ｈ₂Ｏ）が生成されるような酸化反応は概して、該酸化領域に水素系燃料と空気との両方が混合ガスとして同時に供給されることによりもたらされるものであり、該酸化領域に水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみしか供給されない場合においては、酸化領域において、水（Ｈ₂Ｏ）が生成されるような混合ガスの酸化反応はもたらされない。従って、上記のような供給制御手段によれば、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる所定温度に昇温されるまでの間は、酸化領域に水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみしか供給されないので、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間の混合ガスの酸化反応を禁止することが可能され、よって、該改質装置の起動時に混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避することが可能とされる。 More specifically, the reformer of the present invention has a supply control means for controlling the supply of hydrogen-based fuel and air to the catalyst unit based on the temperatures of the reforming region and the oxidation region. Configured. At the time of starting the reformer, the electric heater is energized to raise the temperature of the catalyst unit, and the temperature of the reforming region is caused to evaporate water (H ₂ O) by the supply control means. The air supply valve and the fuel injection device are controlled so that supply of only one of the hydrogen-based fuel and air to the catalyst unit is permitted until the temperature is raised to a predetermined temperature that can be brought about. The oxidation reaction in the oxidation region of the catalyst unit, in which water (H ₂ O) is generated, is generally achieved by supplying both hydrogen-based fuel and air to the oxidation region simultaneously as a mixed gas. In the case where only one of the hydrogen-based fuel and air is supplied to the oxidation region, the oxidation reaction of the mixed gas in which water (H ₂ O) is generated in the oxidation region I won't do it. Therefore, according to the supply control means as described above, until the temperature of the reforming region is raised to a predetermined temperature that can cause the evaporation of water (H ₂ O), the hydrogen-based fuel or air is supplied to the oxidation region. Therefore, it is possible to prohibit the oxidation reaction of the mixed gas until the temperature of the reforming region is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water (H ₂ O). Therefore, it is possible to avoid an adverse effect on the catalyst in the reforming region due to water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas when the reformer is started.

請求項２に記載の発明によれば、前記改質装置の起動時、前記供給制御手段は、前記改質領域の温度が水の蒸発をもたらしうる第１の所定温度に昇温され、且つ、前記酸化領域の温度が酸化反応をもたらしうる第２の所定温度に昇温されるまでの間は、空気のみの前記触媒ユニットに対する供給を許可するように前記空気供給バルブと前記燃料噴射装置とを制御し、また、前記供給制御手段は、前記改質領域の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度に昇温されるまでの間は、前記触媒ユニットに対する前記水素系燃料の供給量が、前記酸化領域においての酸化反応に使用されうる所定量のみに制限されるように前記燃料噴射装置を制御する、請求項１に記載の改質装置が提供される。 According to the invention described in claim 2, when the reforming device is started, the supply control means is heated to a first predetermined temperature at which the temperature of the reforming region can bring about evaporation of water, and Until the temperature of the oxidation region is raised to a second predetermined temperature that can cause an oxidation reaction, the air supply valve and the fuel injection device are allowed to allow supply of only air to the catalyst unit. The supply control means controls the supply amount of the hydrogen-based fuel to the catalyst unit until the temperature of the reforming region is raised to a third predetermined temperature that can bring about a reforming reaction. 2. The reformer according to claim 1, wherein the fuel injector is controlled to be limited to only a predetermined amount that can be used for an oxidation reaction in the oxidation region.

請求項３に記載の発明によれば、前記触媒ユニットは、前記水素系燃料を改質して水素を生成する触媒であって、該触媒の担体が還元状態にある場合において常温にて酸素と該担体との反応により自己発熱するという常温起動触媒にて構成される、請求項２に記載の改質装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, the catalyst unit is a catalyst that reforms the hydrogen-based fuel to generate hydrogen, and oxygen and oxygen at room temperature when the catalyst carrier is in a reduced state. The reformer of Claim 2 comprised by the normal temperature starting catalyst that self-heats by reaction with this support | carrier.

請求項４に記載の発明によれば、前記触媒ユニットの前記酸化領域は、粒状の担体に触媒粒子が担持されたペレット触媒にて形成される、請求項２に記載の改質装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the reforming apparatus according to the second aspect, wherein the oxidation region of the catalyst unit is formed by a pellet catalyst in which catalyst particles are supported on a granular carrier. The

各請求項に記載の発明によれば、改質領域と該改質領域の上流側に位置する酸化領域との２つの領域にて構成される触媒ユニットと、該触媒ユニットの上流側に配置されて該触媒ユニットを加熱する電気加熱式ヒーターとを有する改質装置において、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる所定温度に昇温されるまでの間は、水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみの触媒ユニットに対する供給が許可されるように空気供給バルブと燃料噴射装置とを制御する供給制御手段を具備することで、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間の混合ガスの酸化反応を禁止することが可能され、よって、該改質装置の起動時に混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避することが可能とされる、という共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, the catalyst unit is composed of two regions of a reforming region and an oxidation region located upstream of the reforming region, and is disposed upstream of the catalyst unit. In the reformer having the electric heater for heating the catalyst unit, the hydrogen system is used until the temperature of the reforming region is raised to a predetermined temperature at which water (H ₂ O) can be evaporated. By providing a supply control means for controlling the air supply valve and the fuel injection device so that the supply to the catalyst unit of only one of fuel and air is permitted, the temperature of the reforming region becomes water (H ₂ O). It is possible to inhibit the oxidation reaction of the mixed gas until the temperature is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of the gas), and thus it is generated by the oxidation reaction of the mixed gas when the reformer is started. due to water (H ₂ O) That it is possible to avoid an adverse effect on the modified region of the catalyst, it exhibits the same effect that.

本発明の改質装置の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the reforming apparatus of this invention. 図１に示す実施形態の本改質装置における供給制御手段による制御の一実施形態の示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of control by the supply control means in this reforming apparatus of embodiment shown in FIG. 本発明の改質装置における触媒ユニット構造の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the catalyst unit structure in the reformer of this invention.

以下、添付図面を用いて本発明に係る改質装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の改質装置の一実施形態を示す構成図である。図１において、１は改質装置、２は触媒ユニット、３は改質領域、４は酸化領域、５は電気加熱式ヒーター、６は燃料噴射装置、７は空気供給バルブ、８は改質領域温度検出センサー、９は酸化領域温度検出センサー、をそれぞれ示す。 Hereinafter, embodiments of a reformer according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the reforming apparatus of the present invention. In FIG. 1, 1 is a reformer, 2 is a catalyst unit, 3 is a reforming zone, 4 is an oxidation zone, 5 is an electric heater, 6 is a fuel injection device, 7 is an air supply valve, and 8 is a reforming zone. A temperature detection sensor, 9 indicates an oxidation region temperature detection sensor, respectively.

図１に示される実施形態における本発明の改質装置１は、少なくとも水素を一構成成分として含む水素系燃料を改質して水素を生成する改質装置であって、主として水素系燃料を改質して水素を生成する改質領域３と該改質領域３の上流側に位置し主として酸素雰囲気で酸化を行う酸化領域４との２つの領域にて構成される触媒ユニット２と、該触媒ユニット２の上流側に配置されて通電されることにより該触媒ユニット２を加熱する電気加熱式ヒーター５とを有して構成される。 The reforming apparatus 1 of the present invention in the embodiment shown in FIG. 1 is a reforming apparatus that generates hydrogen by reforming a hydrogen-based fuel containing at least hydrogen as one component, and mainly reforms the hydrogen-based fuel. Catalyst unit 2 composed of two regions, namely, a reforming region 3 that generates hydrogen by reforming and an oxidation region 4 that is located upstream of the reforming region 3 and mainly oxidizes in an oxygen atmosphere, and the catalyst An electric heater 5 is disposed on the upstream side of the unit 2 to heat the catalyst unit 2 when energized.

改質領域３は、主として水素系燃料を改質して水素を生成するという役割を果たす領域であり、水素系燃料を改質するための触媒粒子が配置される。本実施形態における改質領域３は、ハニカム構造にて形成され、取り入れられた水素系燃料と空気との混合ガスが流れる方向に沿って形成されている複数の流路を有するものとされ、ハニカム状に貫通孔が複数形成された担体の隣接する該貫通孔を隔てる隔壁の表面に触媒粒子が担持されたハニカム触媒にて形成されるものとする。そして、改質領域３の担体は、例えば酸化アルミニウムで形成され、基材にて支持されるものとする。また、取り入れられた水素系燃料を改質するための触媒粒子の金属としては、白金やルテニウム等の貴金属や、あるいは、ニッケルやコバルト等の卑金属を例示することができるが、これらに限られることはなく、取り入れられた水素系燃料の改質をもたらしうるような任意の金属から構成されることができる。 The reforming region 3 is a region that mainly plays a role of reforming the hydrogen-based fuel to generate hydrogen, and catalyst particles for reforming the hydrogen-based fuel are arranged. The reforming region 3 in the present embodiment is formed in a honeycomb structure, and has a plurality of flow paths formed along the direction in which the mixed gas of the introduced hydrogen-based fuel and air flows. It is assumed that it is formed of a honeycomb catalyst in which catalyst particles are supported on the surfaces of partition walls separating adjacent through holes of a carrier having a plurality of through holes formed in a shape. And the support | carrier of the modification | reformation area | region 3 shall be formed with an aluminum oxide, for example, and shall be supported by a base material. In addition, examples of the metal of the catalyst particles for reforming the incorporated hydrogen fuel can include noble metals such as platinum and ruthenium, or base metals such as nickel and cobalt, but are not limited thereto. Rather, it can be composed of any metal that can result in reforming of the incorporated hydrogen-based fuel.

一方で、酸化領域４は、改質領域３よりも上流側に位置し主として酸素雰囲気で酸化を行う領域であり、水素系燃料とともに取り入れられる空気中の酸素を用いて水素系燃料の一部を燃焼して、該燃焼により生じた熱を用いて下流側に位置する改質領域３の改質可能温度への昇温を促進する役割を果たす領域であり、上流側流路から取り入れられた水素系燃料の一部を、部分酸化や完全酸化などの酸化をさせる触媒粒子が配置される。本実施形態における酸化領域４は、改質領域３と同様にハニカム構造にて形成され、取り入れられた混合ガスが流れる方向に沿って形成されている複数の流路を有するものとされる。そして、酸化領域４の触媒粒子についても、改質領域３と同様に担体に担持されているものとされ、該担体は、例えば酸化アルミニウムで形成され、基材にて支持されるものとする。取り入れられた水素系燃料を酸化するための触媒粒子の金属としては、白金等の貴金属や鉄等の卑金属を例示することができるが、これらに限られることはなく、取り入れられた燃料の酸化をもたらしうるような任意の金属から構成されることができる。 On the other hand, the oxidation region 4 is a region that is located upstream of the reforming region 3 and mainly oxidizes in an oxygen atmosphere, and uses part of the hydrogen-based fuel using oxygen in the air that is taken together with the hydrogen-based fuel. It is a region that plays the role of promoting the temperature rise to the reformable temperature of the reforming region 3 located on the downstream side by using the heat generated by the combustion, and hydrogen taken in from the upstream channel Catalyst particles for oxidizing a part of the system fuel, such as partial oxidation or complete oxidation, are arranged. The oxidation region 4 in the present embodiment is formed in a honeycomb structure similarly to the modified region 3, and has a plurality of flow paths formed along the direction in which the introduced mixed gas flows. The catalyst particles in the oxidation region 4 are also carried on a carrier in the same manner as the reforming region 3, and the carrier is formed of, for example, aluminum oxide and is supported on the base material. Examples of the metal of the catalyst particles for oxidizing the incorporated hydrogen-based fuel include noble metals such as platinum and base metals such as iron, but are not limited thereto, and oxidation of the incorporated fuel is not limited thereto. It can be composed of any metal that can result.

上記のような触媒ユニット２と電気加熱式ヒーター５とを有して構成される本実施形態における改質装置１においては、触媒ユニット２の温度が低温状態にあるような場合に、電気加熱式ヒーター５への通電がなされて触媒ユニットの迅速な昇温が行われる。そして、酸化可能温度に昇温された酸化領域４における酸化反応による反応熱を利用して、改質反応を行う改質領域３を昇温して改質反応を促進させる、いわゆるオートサーマル方式の改質制御が実行される。 In the reforming apparatus 1 in this embodiment configured to include the catalyst unit 2 and the electric heater 5 as described above, when the temperature of the catalyst unit 2 is in a low temperature state, the electric heating type The heater 5 is energized to quickly raise the temperature of the catalyst unit. Then, using the heat of reaction due to the oxidation reaction in the oxidation region 4 that has been heated to the oxidizable temperature, the reforming region 3 that performs the reforming reaction is heated to promote the reforming reaction. The reforming control is executed.

ところで、先にも述べたように、上記のようなオートサーマル方式の改質装置に、その入口部から水素系燃料を空気とともに混合ガスとして取り入れて、該混合ガスを酸化領域および改質領域に接触させることによって生成された改質ガスを出口部から放出させる場合、酸化領域が過度に加熱される一方で、酸化領域下流側に位置する改質領域の昇温が遅れる。そのために、酸化領域における混合ガスの酸化反応により水（Ｈ₂Ｏ）が生成されるような場合であって、酸化領域の下流側に位置する改質領域が十分に昇温されていない低温状態にあるような場合においては、酸化反応により生成された水（Ｈ₂Ｏ）が、該改質領域にて凝縮水として出現し、この凝縮水の出現に起因して、改質領域の触媒の性能劣化や目詰まり等の支障をきたす虞がありうる。 By the way, as described above, the hydrogen-based fuel is introduced into the autothermal reforming apparatus as described above together with air as a mixed gas from the inlet, and the mixed gas is supplied to the oxidation region and the reforming region. When the reformed gas generated by the contact is discharged from the outlet, the oxidation region is excessively heated, while the temperature increase of the reforming region located downstream of the oxidation region is delayed. Therefore, in a case where water (H ₂ O) is generated by the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region, the reformed region located downstream of the oxidation region is not sufficiently heated. In this case, water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction appears as condensed water in the reforming region, and due to the appearance of the condensed water, the catalyst in the reforming region There is a possibility of causing problems such as performance deterioration and clogging.

このことに基づいて、発明においては、改質装置の起動時に、混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避しうるように、装置起動時において、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間は、酸化領域における混合ガスの酸化反応を禁止するように、触媒ユニットに対する水素系燃料と空気との供給を制御しうるような構成を有する改質装置を提供することを目的とする。 On the basis of this, in the invention, at the start of the reformer, in order to avoid adverse effects on the catalyst in the reforming region due to water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas, During the start-up of the apparatus, until the temperature of the reforming region is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water (H ₂ O), the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region is prohibited. It is an object of the present invention to provide a reformer having a configuration capable of controlling the supply of hydrogen fuel and air to a catalyst unit.

このような目的を実現すべく本発明の改質装置１は、改質領域３の温度を検出する改質領域温度検出センサー８と酸化領域４の温度を検出する酸化領域温度検出センサー９とを有して構成される触媒温度検出手段と、電気加熱式ヒーター５を介した触媒ユニット２への空気の供給をもたらす空気供給バルブ７と、電気加熱式ヒーター５を介した触媒ユニット２への水素系燃料の供給をもたらす燃料噴射装置６とを有して構成される供給制御手段であって、上記触媒温度検出手段により検出された改質領域３と酸化領域４との各領域の温度に基づいて、水素系燃料と空気との触媒ユニット２に対する供給を制御する供給制御手段とを備えて構成されるものとする。尚、本実施形態においては、改質領域３の温度を検出する改質領域温度検出センサー８は、改質領域３の中でも最後に遅れて昇温されるような領域となる、改質領域３の中でもその下流側領域に配置されるものとされる。 In order to achieve such an object, the reforming apparatus 1 of the present invention includes a reforming region temperature detection sensor 8 that detects the temperature of the reforming region 3 and an oxidation region temperature detection sensor 9 that detects the temperature of the oxidation region 4. A catalyst temperature detecting means configured to have, an air supply valve 7 for supplying air to the catalyst unit 2 via the electric heater 5, and hydrogen to the catalyst unit 2 via the electric heater 5 Supply control means comprising a fuel injection device 6 for supplying a system fuel, based on the temperature of each region of the reforming region 3 and the oxidation region 4 detected by the catalyst temperature detection means It is assumed that the apparatus is configured to include supply control means for controlling supply of hydrogen-based fuel and air to the catalyst unit 2. In the present embodiment, the reforming region temperature detection sensor 8 that detects the temperature of the reforming region 3 is a region in the reforming region 3 where the temperature is increased late. Among them, it is assumed that it is arranged in the downstream region.

そして、改質装置１の起動時においては、触媒ユニット２の温度を昇温すべく電気加熱式ヒーター５が通電されるとともに、供給制御手段により、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうる所定温度に昇温されるまでの間は、水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみの触媒ユニット２に対する供給が許可されるように空気供給バルブ７と燃料噴射装置６とを制御する。触媒ユニット２の酸化領域４における酸化反応は概して、該酸化領域４に水素系燃料と空気との両方が混合ガスとして同時に供給されることによりもたらされるものであり、該酸化領域４に水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみしか供給されない場合においては、該酸化領域４における酸化反応はもたらされない。従って、上記のような供給制御手段によれば、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうる所定温度に昇温されるまでの間は、酸化領域４に水素系燃料あるいは空気のいずれか一方のみしか供給されないので、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間の酸化領域４における混合ガスの酸化反応を禁止することが可能とされ、よって、該改質装置の起動時における混合ガスの酸化反応により生成される水分に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避することが可能とされる。 When the reforming apparatus 1 is started, the electric heater 5 is energized to raise the temperature of the catalyst unit 2 and the temperature of the reforming region 3 causes water evaporation by the supply control means. Until the temperature is raised to a predetermined temperature, the air supply valve 7 and the fuel injection device 6 are controlled so that supply of only one of hydrogen-based fuel or air to the catalyst unit 2 is permitted. The oxidation reaction in the oxidation region 4 of the catalyst unit 2 is generally caused by supplying both the hydrogen-based fuel and air as a mixed gas to the oxidation region 4 at the same time. Alternatively, when only one of the air is supplied, the oxidation reaction in the oxidation region 4 is not brought about. Therefore, according to the supply control means as described above, either the hydrogen-based fuel or the air is not supplied to the oxidation region 4 until the temperature of the reforming region 3 is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water. Since only one side is supplied, it is possible to inhibit the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region 4 until the temperature of the reforming region 3 is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water. Therefore, it is possible to avoid an adverse effect on the catalyst in the reforming region due to moisture generated by the oxidation reaction of the mixed gas at the time of starting the reformer.

図２は、図１に示す実施形態の本改質装置における供給制御手段による制御の一実施形態の示すフローチャートである。図２に示される実施形態における供給制御手段による制御においては、改質装置の起動時、触媒ユニット２の温度を昇温すべく電気加熱式ヒーター５が通電され、供給制御手段は、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温され、また、酸化領域の温度が酸化反応をもたらしうる第２の所定温度（β）に昇温されるまでの間は、空気のみの触媒ユニット２に対する供給を許可するように空気供給バルブ７と燃料噴射装置６とが制御される。 FIG. 2 is a flowchart showing one embodiment of control by the supply control means in the reforming apparatus of the embodiment shown in FIG. In the control by the supply control means in the embodiment shown in FIG. 2, when the reformer is started, the electric heater 5 is energized to raise the temperature of the catalyst unit 2 and the supply control means The temperature of 3 is increased to a first predetermined temperature (α) that can cause evaporation of water, and the temperature of the oxidation region is increased to a second predetermined temperature (β) that can cause an oxidation reaction. During this time, the air supply valve 7 and the fuel injection device 6 are controlled so as to permit the supply of only air to the catalyst unit 2.

本実施形態における供給制御手段による制御によれば、装置起動時に、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温されるまでの間において、触媒ユニット２に対して水素系燃料が供給されることなく空気のみが供給されることになるが故に、酸化領域４における混合ガスの酸化反応はもたらされることはなく、該改質装置１の起動時における混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域３の触媒への悪影響を回避することが可能とされる。 According to the control by the supply control means in the present embodiment, the temperature of the reforming region 3 is increased to the first predetermined temperature (α) that can cause evaporation of water (H ₂ O) when the apparatus is started. In the meantime, only the air is supplied to the catalyst unit 2 without supplying the hydrogen-based fuel. Therefore, the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region 4 is not brought about. Thus, it is possible to avoid an adverse effect on the catalyst in the reforming region 3 due to water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas at the time of starting 1.

尚、本実施形態における供給制御手段による制御においては、装置起動時に、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温されるまでの間においては、電気加熱式ヒーター５を介して触媒ユニット２に対して空気が供給されることとしているが、これは、電気加熱式ヒーター５によりもたらされた熱の触媒ユニット２への円滑な熱伝達をもたらすべく、電気加熱式ヒーター５から触媒ユニット２への熱媒体流動をもたらすように実行されるものである。従って、このような電気加熱式ヒーター５から触媒ユニット２への空気のような熱媒体の流動がなくとも、電気加熱式ヒーター５によりもたらされた熱を触媒ユニットへ円滑な伝達ができるような場合においては、装置起動時に、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温されるまでの間において、電気加熱式ヒーター５を介して触媒ユニット２に対して空気を供給するというような構成は排除されうる。 In the control by the supply control means in the present embodiment, the temperature of the reforming region 3 is increased to the first predetermined temperature (α) that can cause evaporation of water (H ₂ O) at the time of starting the apparatus. In the meantime, air is supplied to the catalyst unit 2 via the electric heater 5. This is because the heat generated by the electric heater 5 is smoothly supplied to the catalyst unit 2. In order to provide a good heat transfer, the heat medium flow from the electric heater 5 to the catalyst unit 2 is performed. Therefore, even if there is no flow of a heat medium such as air from the electric heater 5 to the catalyst unit 2, the heat generated by the electric heater 5 can be smoothly transferred to the catalyst unit. In some cases, the catalyst unit 2 is connected via the electric heater 5 until the temperature of the reforming region 3 is raised to the first predetermined temperature (α) that can cause water evaporation when the apparatus is started. The configuration of supplying air to the battery can be eliminated.

また、本実施形態における供給制御手段による制御においては、改質装置起動時に、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温されるまでの間において触媒ユニット２に対して供給する対象が空気のみとされた。しかしながら、酸化領域４における混合ガスの酸化反応を阻止するという点、及び、電気加熱式ヒーター５によりもたらされた熱の触媒ユニット２への円滑な伝達という点の両観点においても、その対象が燃料のみとされてもよく、すなわち、装置起動時に、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温されるまでの間において、触媒ユニット２に対して空気が供給されることなく水素系燃料のみが供給されるように構成されてもよい。 In the control by the supply control means in the present embodiment, the temperature of the reforming region 3 is raised to the first predetermined temperature (α) that can cause evaporation of water (H ₂ O) when the reforming apparatus is started. Until then, only air was supplied to the catalyst unit 2. However, both in terms of preventing the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region 4 and smooth transfer of heat generated by the electric heater 5 to the catalyst unit 2, the object is Only the fuel may be used, i.e., until the temperature of the reforming region 3 is raised to the first predetermined temperature (α) that can cause the evaporation of water when the apparatus is started. Alternatively, only hydrogen-based fuel may be supplied without supplying air.

さらに、本実施形態における供給制御手段による制御においては、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間の酸化領域における混合ガスの酸化反応を、より確実に禁止することを可能とすべく、供給制御手段は、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温され、且つ、酸化領域４の温度が酸化反応をもたらしうる第２の所定温度（β）に昇温されるまでの間は、空気のみの触媒ユニット２に対する供給を許可するように空気供給バルブ７と燃料噴射装置６とを制御するものとされる。しかしながら、上記のようなオートサーマル方式の改質装置の構成において、改質領域３の温度が水の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温された状態となった場合においては、酸化領域４の温度は概して、酸化反応をもたらしうる第２の所定温度（β）に既に昇温されている状態となっていることが考えられ、酸化領域４の温度が酸化反応をもたらしうる第２の所定温度（β）に昇温されているか否かの確認は不要とされてもよい。 Further, in the control by the supply control means in the present embodiment, the mixed gas in the oxidation region until the temperature of the reforming region 3 is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water (H ₂ O). The supply control means increases the temperature of the reforming region 3 to a first predetermined temperature (α) that can cause water (H ₂ O) to evaporate. The air supply valve is allowed to allow the supply of only air to the catalyst unit 2 until the temperature is raised and the temperature of the oxidation region 4 is raised to a second predetermined temperature (β) that can cause an oxidation reaction. 7 and the fuel injection device 6 are controlled. However, in the configuration of the autothermal reforming apparatus as described above, when the temperature of the reforming region 3 is raised to the first predetermined temperature (α) that can cause water evaporation, In general, it is considered that the temperature of the oxidation region 4 has already been raised to the second predetermined temperature (β) that can cause an oxidation reaction, and the temperature of the oxidation region 4 can cause an oxidation reaction. Confirmation as to whether or not the temperature has been raised to the second predetermined temperature (β) may be unnecessary.

また、図２に示される実施形態における供給制御手段による制御においては、供給制御手段は、改質領域３の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度（γ）に昇温されるまでの間は、触媒ユニット２に対する水素系燃料の供給量が、酸化領域４においての酸化反応に使用されうる所定量（δ）のみに制限されるように燃料噴射装置を制御する。尚、本実施形態においては、酸化領域４においての酸化反応に使用されうる所定量（δ）は、解析評価や評価試験などに基づいて、予め設定されるものとする。 Further, in the control by the supply control means in the embodiment shown in FIG. 2, the supply control means until the temperature of the reforming region 3 is raised to a third predetermined temperature (γ) that can bring about a reforming reaction. During this period, the fuel injection device is controlled so that the supply amount of the hydrogen-based fuel to the catalyst unit 2 is limited to only a predetermined amount (δ) that can be used for the oxidation reaction in the oxidation region 4. In the present embodiment, the predetermined amount (δ) that can be used for the oxidation reaction in the oxidation region 4 is set in advance based on an analysis evaluation, an evaluation test, or the like.

このような本実施形態における供給制御手段による制御によれば、装置起動時に、改質領域３の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度（γ）に昇温されるまでの間は、触媒ユニット２に対する水素系燃料の供給量が、酸化領域４においての酸化反応に使用されうる所定量（δ）のみに制限されることになるが故に、改質領域３の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度（γ）に昇温されるまでの間において改質領域３に水素系燃料が供給されてしまうというような事態を抑制することができ、よって、改質装置１からの未改質な水素系燃料の放出を抑制することを可能とする。 According to such control by the supply control means in the present embodiment, until the temperature of the reforming region 3 is raised to the third predetermined temperature (γ) that can bring about the reforming reaction at the time of starting the apparatus. Since the supply amount of the hydrogen-based fuel to the catalyst unit 2 is limited to only a predetermined amount (δ) that can be used for the oxidation reaction in the oxidation region 4, the temperature of the reforming region 3 is changed to the reforming reaction. Until the temperature is raised to the third predetermined temperature (γ) that can cause the hydrogen-based fuel to be supplied to the reforming region 3. It is possible to suppress the release of unreformed hydrogen fuel from the fuel.

図２に示される実施形態における供給制御手段の制御において、まず、ステップ１０１及びステップ１０２において、触媒ユニット２を加熱すべく電気加熱式ヒーター５が通電（ＯＮ）されて、また、燃料噴射装置６から燃料が噴射されることなく、空気供給バルブ７を開放して空気のみを電気加熱式ヒーター５を介して触媒ユニット２に供給することを許可することで、触媒ユニット２の昇温が開始される。 In the control of the supply control unit in the embodiment shown in FIG. 2, first, in step 101 and step 102, the electric heater 5 is energized (ON) to heat the catalyst unit 2, and the fuel injection device 6. The temperature of the catalyst unit 2 is increased by opening the air supply valve 7 and allowing the air to be supplied to the catalyst unit 2 via the electric heater 5 without injecting the fuel. The

続くステップ１０３及びステップ１０４において、触媒温度検出手段を構成する改質領域温度検出センサー８及び酸化領域温度検出センサー９からの検出情報に基づいて、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温されているか否か、また、酸化領域４の温度が酸化反応をもたらしうる第２の所定温度（β）に昇温されているか否かの判定がなされる。そして、電気加熱式ヒーター５による触媒ユニット２の継続した昇温がなされて、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうる第１の所定温度（α）に昇温され、且つ、酸化領域４の温度が酸化反応をもたらしうる第２の所定温度（β）に昇温されたと判定されると、続くステップ１０５及びステップ１０６に進み、電気加熱式ヒーター５が通電解除（ＯＦＦ）されるとともに、酸化領域４においての酸化反応に使用されうる所定量（δ）のみの水素系燃料が触媒ユニット２に供給されるように、供給制御手段により燃料噴射装置６が制御される。すなわち、改質領域３に水素系燃料が供給されてしまうというような事態を抑制しつつ、酸化領域４における酸化反応をもたらし、該酸化反応による反応熱を利用して改質領域３の昇温が行われる。 In subsequent Step 103 and Step 104, the temperature of the reforming region 3 is water (H ₂ O) based on detection information from the reforming region temperature detecting sensor 8 and the oxidizing region temperature detecting sensor 9 constituting the catalyst temperature detecting means. Whether or not the temperature of the oxidation region 4 has been raised to a second predetermined temperature (β) that can cause an oxidation reaction. Is determined. Then, the temperature of the catalyst unit 2 is continuously increased by the electric heater 5 so that the temperature of the reforming region 3 is increased to a first predetermined temperature (α) that can cause evaporation of water (H ₂ O). And if it determines with the temperature of the oxidation area | region 4 having been heated up to the 2nd predetermined temperature ((beta)) which can bring about an oxidation reaction, it will progress to subsequent step 105 and step 106, and the electric heating type heater 5 will cancel | release electricity supply ( The fuel injection device 6 is controlled by the supply control means so that only a predetermined amount (δ) of hydrogen-based fuel that can be used for the oxidation reaction in the oxidation region 4 is supplied to the catalyst unit 2. . That is, while suppressing a situation in which hydrogen-based fuel is supplied to the reforming region 3, an oxidation reaction in the oxidation region 4 is brought about, and the temperature of the reforming region 3 is raised by utilizing reaction heat due to the oxidation reaction. Is done.

ステップ１０６に続くステップ１０７においては、酸化領域４における酸化反応の反応熱による改質領域３の継続した昇温がなされて、改質領域３の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度（γ）に昇温されたか否かの確認がなされる。すなわち、改質領域３の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度（γ）に昇温されたことが確認されるまで、酸化領域４においての酸化反応に使用されうる所定量（δ）のみに制限された触媒ユニット２への燃料供給が継続される。そして、ステップ１０７にて、改質領域３の温度が改質反応をもたらしうる第３の所定温度（γ）に昇温されたことが確認されると、ステップ１０８に進み、触媒ユニット２に対して、酸化領域４において酸化反応に使用されうる量の水素系燃料とともに、改質領域３において改質反応に使用されうる量の水素系燃料が触媒ユニット２へ供給されるように、供給制御手段により燃料噴射装置６が制御される。 In Step 107 following Step 106, the temperature of the reforming region 3 is continuously raised by the reaction heat of the oxidation reaction in the oxidation region 4, and the temperature of the reforming region 3 can bring about the reforming reaction. It is confirmed whether or not the temperature has been raised to (γ). That is, the predetermined amount (δ) that can be used for the oxidation reaction in the oxidation region 4 until it is confirmed that the temperature of the reforming region 3 has been raised to the third predetermined temperature (γ) that can cause the reforming reaction. ) Continues to be supplied to the catalyst unit 2 that is limited to only. When it is confirmed in step 107 that the temperature of the reforming region 3 has been raised to the third predetermined temperature (γ) that can bring about the reforming reaction, the process proceeds to step 108 and the catalyst unit 2 is Thus, the supply control means is configured so that an amount of hydrogen-based fuel that can be used for the reforming reaction in the reforming region 3 is supplied to the catalyst unit 2 together with an amount of hydrogen-based fuel that can be used for the oxidation reaction in the oxidation region 4. Thus, the fuel injection device 6 is controlled.

これらの一連の制御が実行される供給制御手段の制御によれば、上述したように、改質領域３の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間の酸化領域４における混合ガスの酸化反応を禁止することが可能とされ、よって、該改質装置の起動時における混合ガスの酸化反応により生成される水（Ｈ₂Ｏ）に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避することが可能とされる。 According to the control of the supply control means in which a series of these controls are executed, as described above, the temperature of the reforming region 3 is raised to a predetermined temperature that can cause evaporation of water (H ₂ O). It is possible to inhibit the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region 4 until this time, and therefore, it is caused by the water (H ₂ O) generated by the oxidation reaction of the mixed gas at the start-up of the reformer. It is possible to avoid adverse effects on the catalyst in the reforming region.

ところで、常温にて酸化反応により自己発熱するとともに水素系燃料を改質して水素を生成する触媒であって、該触媒の反応停止期間中にわたり該触媒の担体を還元状態に保持することができれば、外部熱エネルギーを供給せずに常温からの短時間起動を繰り返し可能とする触媒（以下、常温起動触媒と称す）が知られている。このような触媒担体としてはＣｅ_０．５Ｚｒ_０．５Ｏ_２−Ｘ系の材料が知られている。すなわち、たとえば触媒ユニット２の下流にバルブを設け、触媒反応停止期間中にわたり該触媒の担体を還元状態に保持するようにできれば、常温にて酸素と担体との反応による自己発熱が生じて該自己発熱にて触媒温度を急速に昇温させることができ、一方で、改質反応により生成された水素と反応熱とにより担体が自動的に還元状態に戻るというような触媒が知られている。 By the way, a catalyst that generates hydrogen by reforming a hydrogen-based fuel and generates hydrogen by an oxidation reaction at room temperature, provided that the catalyst support can be maintained in a reduced state during the reaction stop period of the catalyst. In addition, a catalyst that can be repeatedly started from room temperature for a short time without supplying external heat energy (hereinafter referred to as a room temperature startup catalyst) is known. As such a catalyst carrier, a Ce _0.5 Zr _0.5 O _2-X- based material is known. That is, for example, if a valve is provided downstream of the catalyst unit 2 and the carrier of the catalyst can be maintained in a reduced state during the catalyst reaction stop period, self-heating due to the reaction between oxygen and the carrier occurs at room temperature. A catalyst is known in which the catalyst temperature can be rapidly raised by heat generation, while the carrier is automatically returned to a reduced state by hydrogen generated by the reforming reaction and reaction heat.

このような常温起動触媒によれば、最初に触媒担体を還元状態にしてから後に実行される起動においては、外部熱エネルギーを供給することなく改質領域３の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化を図りうるとともに、また、要求される改質可能温度への到達時間短縮化の仕様から電気加熱式ヒーターの使用を必要とする場合においても、電気加熱式ヒーターの小型化を図ることができ消費電力という点においても改善しうる。このことに基づいて、本発明の改質装置における触媒ユニットが、水素系燃料を改質して水素を生成する触媒であって、該触媒の担体が還元状態にある場合において常温にて酸素と該担体との反応により自己発熱するというような常温起動触媒にて構成されるものとされてもよい。 According to such a room temperature start-up catalyst, in the start-up executed after the catalyst carrier is first reduced, the time required to reach the reformable temperature of the reforming region 3 without supplying external heat energy is reduced. In addition to shortening the time required to reach the required reformable temperature, it is possible to reduce the size of the electric heating heater even when it is necessary to use an electric heating heater. Can be improved in terms of power consumption. Based on this, the catalyst unit in the reforming apparatus of the present invention is a catalyst that reforms a hydrogen-based fuel to generate hydrogen, and when the catalyst carrier is in a reduced state, oxygen and oxygen at room temperature. You may be comprised with the normal temperature starting catalyst which self-heats by reaction with this support | carrier.

また、図１に示される実施形態の説明においては、触媒ユニット２の酸化領域４及び改質領域３の両方の領域が、ハニカム状に貫通孔が複数形成された担体の隣接する該貫通孔を隔てる隔壁の表面に触媒粒子が担持されたハニカム触媒にて形成されるものとされたが、これに限られることはなく、例えば、触媒ユニット２の酸化領域４が、粒状の担体に触媒粒子が担持されたペレット触媒にて形成されるものとされてもよい。図３は、触媒ユニットの酸化領域が、粒状の担体に触媒粒子が担持されたペレット触媒にて形成されるという、本発明の改質装置における触媒ユニット構造の一実施形態を示す図である。 In the description of the embodiment shown in FIG. 1, both the oxidation region 4 and the reforming region 3 of the catalyst unit 2 have the through-holes adjacent to the carrier in which a plurality of through-holes are formed in a honeycomb shape. It is assumed that it is formed by a honeycomb catalyst in which catalyst particles are supported on the surfaces of the partition walls. However, the present invention is not limited to this. For example, the oxidation region 4 of the catalyst unit 2 is formed on the granular carrier. It may be formed by a supported pellet catalyst. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the catalyst unit structure in the reforming apparatus of the present invention in which the oxidation region of the catalyst unit is formed by a pellet catalyst in which catalyst particles are supported on a granular carrier.

触媒ユニット全体をハニカム触媒として形成する場合、触媒ユニット全体をペレット触媒として形成する場合と比較して、高表面積、低圧力損失などを実現することが可能となる。一方で、触媒自体の昇温性という観点から考察すると、ペレット触媒と比較して、ハニカム触媒は、コージェライトハニカムのような熱容量の大きなハニカムを昇温するのに多くの時間を要するものとなる。従って、触媒ユニットの一部に、特に昇温性が求められるような触媒ユニットの酸化領域に、ハニカム触媒ではなくペレット触媒を適用するような構成にすることにより、酸化領域における酸化反応開始時間の更なる短縮化を可能としうる。 When the entire catalyst unit is formed as a honeycomb catalyst, a high surface area, a low pressure loss, and the like can be realized as compared with the case where the entire catalyst unit is formed as a pellet catalyst. On the other hand, considering from the viewpoint of the temperature rise property of the catalyst itself, the honeycomb catalyst requires much time to raise the temperature of a honeycomb having a large heat capacity such as a cordierite honeycomb as compared with the pellet catalyst. . Therefore, by adopting a configuration in which a pellet catalyst instead of a honeycomb catalyst is applied to a part of the catalyst unit, in particular, to the oxidation region of the catalyst unit where temperature rise performance is required, the oxidation reaction start time in the oxidation region can be reduced. Further shortening may be possible.

このことに基づいて、図３に示される実施形態の触媒ユニット１２においては、触媒ユニット１２の酸化領域１４は、粒状の担体に触媒粒子が担持されたペレット触媒にて形成されるものとされ、一方で、触媒ユニット１２の改質領域１３は、ハニカム状に貫通孔が複数形成された担体の隣接する該貫通孔を隔てる隔壁の表面に触媒粒子が担持されたハニカム触媒にて形成されるものとされる。このような触媒ユニット１２によれば、触媒ユニット全体がハニカム触媒として形成される場合と比較して、酸化領域１４における酸化反応開始時間の更なる短縮化を可能とする。 Based on this, in the catalyst unit 12 of the embodiment shown in FIG. 3, the oxidation region 14 of the catalyst unit 12 is formed by a pellet catalyst in which catalyst particles are supported on a granular carrier, On the other hand, the reforming region 13 of the catalyst unit 12 is formed by a honeycomb catalyst in which catalyst particles are supported on the surfaces of partition walls separating adjacent through holes of a carrier having a plurality of through holes formed in a honeycomb shape. It is said. According to such a catalyst unit 12, the oxidation reaction start time in the oxidation region 14 can be further shortened as compared with the case where the entire catalyst unit is formed as a honeycomb catalyst.

尚、図３に示される実施形態の触媒ユニット１２においては、酸化領域１４が、ペレット触媒にて形成されたとしても、ハニカム触媒にて形成された場合と同様の低圧力損失を実現すべく、酸化領域空間にワイヤーメッシュなど配置して該ワイヤーメッシュ上に、複数の粒状の担体が十分な間隔を有して離間して配置されるように構成されるものとする。また、図３に示される実施形態の触媒ユニット１２においては、酸化領域１４の酸化反応可能温度への昇温の際における更なる昇温性の向上を図るべく、酸化領域１４の酸化反応可能温度への昇温の際における酸化領域１４から改質領域１３への熱の移動を抑制するように、酸化領域１４と改質領域１３との間に適度の断熱空間が形成されて構成されるものとされる。 In the catalyst unit 12 of the embodiment shown in FIG. 3, even if the oxidation region 14 is formed by a pellet catalyst, in order to achieve the same low pressure loss as when formed by a honeycomb catalyst, A wire mesh or the like is arranged in the oxidation region space, and a plurality of granular carriers are arranged on the wire mesh with sufficient intervals. Further, in the catalyst unit 12 of the embodiment shown in FIG. 3, the oxidation reaction possible temperature of the oxidation region 14 in order to further improve the temperature rise performance at the time of raising the temperature of the oxidation region 14 to the oxidation reaction possible temperature. A structure in which an appropriate heat insulating space is formed between the oxidation region 14 and the reforming region 13 so as to suppress the transfer of heat from the oxidation region 14 to the reforming region 13 during the temperature rise to It is said.

以上の説明から理解されうるごとく、上述したような本発明の改質装置によれば、その起動時において、改質領域の温度が水（Ｈ₂Ｏ）の蒸発をもたらしうるような所定温度に昇温されるまでの間の酸化領域における混合ガスの酸化反応を禁止することが可能され、よって、該改質装置の起動時における混合ガスの酸化反応により生成される水に起因する改質領域の触媒への悪影響を回避することが可能される。 As can be understood from the above description, according to the reforming apparatus of the present invention as described above, the temperature of the reforming region is set to a predetermined temperature at which the water (H ₂ O) can be evaporated at the start-up. It is possible to inhibit the oxidation reaction of the mixed gas in the oxidation region until the temperature is raised, and thus, the reforming region caused by the water generated by the oxidation reaction of the mixed gas at the start-up of the reformer It is possible to avoid adverse effects on the catalyst.

１改質装置
２触媒ユニット
３改質領域
４酸化領域
５電気加熱式ヒーター
６燃料噴射装置
７空気供給バルブ
８改質領域温度検出センサー
９酸化領域温度検出センサー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformer 2 Catalyst unit 3 Reform area 4 Oxidize area 5 Electric heater 6 Fuel injector 7 Air supply valve 8 Reform area temperature detection sensor 9 Oxidation area temperature sensor

Claims

A reformer for generating hydrogen and a hydrogen-based fuel and air are taken from the upstream passage reforming the hydrogen-based fuel containing at least hydrogen as a component, modifying the pre-SL based fuel a catalyst unit constructed in two regions of the modified region and the reforming region upstream position oxidized region for oxidation with oxygen atmosphere of generating hydrogen Te, disposed upstream of the catalyst unit In the reformer having an electric heater that heats the catalyst unit by being energized,
Catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of each region of the reforming region and the oxidation region;
An air supply valve for supplying air to the catalyst unit via the electric heater, and a fuel injection device for supplying hydrogen-based fuel to the catalyst unit via the electric heater. Supply control means for controlling supply of the hydrogen-based fuel and air to the catalyst unit based on the temperatures of the reforming area and the oxidation area detected by the catalyst temperature detection means. Supply control means,
At the start of the reformer,
In order to raise the temperature of the catalyst unit, the electric heater is energized,
The supply control means applies to either the hydrogen fuel or the catalyst unit until the temperature of the reforming region is raised to a first predetermined temperature that can cause water evaporation. A reformer that controls the air supply valve and the fuel injection device to allow supply.

When the reformer is started, the supply control means can raise the temperature of the reforming region to a first predetermined temperature that can cause evaporation of water, and the temperature of the oxidation region can cause an oxidation reaction. Until the temperature is raised to the second predetermined temperature, the air supply valve and the fuel injection device are controlled so as to permit the supply of only air to the catalyst unit,
The supply control means determines that the supply amount of the hydrogen-based fuel to the catalyst unit is the oxidation region until the temperature of the reforming region is raised to a third predetermined temperature that can bring about a reforming reaction. The reforming apparatus according to claim 1, wherein the fuel injection device is controlled so as to be limited to only a predetermined amount that can be used for an oxidation reaction.

The catalyst unit is a catalyst for reforming the hydrogen-based fuel to generate hydrogen, and when the catalyst carrier is in a reduced state, the catalyst unit generates heat by reaction between oxygen and the carrier at room temperature. The reformer according to claim 2, comprising a starting catalyst.

The reforming apparatus according to claim 2, wherein the oxidation region of the catalyst unit is formed by a pellet catalyst in which catalyst particles are supported on a granular carrier.