JP2013212954A - Reforming system - Google Patents
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Abstract
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水素系燃料を空気とともに混合ガスとして入口部から取り入れて水素を生成する改質器であって、前記水素系燃料を改質して水素を生成する改質触媒と、該改質触媒よりも上流側に配設されて酸素雰囲気で酸化を行う酸化触媒とを有する改質器を備える、改質システムに関する。 In order to generate hydrogen to be supplied to a fuel cell, an intake / exhaust system of an internal combustion engine, etc., hydrogen is generated by introducing a hydrogen-based fuel containing at least hydrogen as a constituent component with air as a mixed gas from an inlet portion. A reformer comprising a reforming catalyst that reforms the hydrogen-based fuel to generate hydrogen, and an oxidation catalyst that is disposed upstream of the reforming catalyst and oxidizes in an oxygen atmosphere. The present invention relates to a reforming system including a quality device.
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備えた酸化反応を行う触媒(以下、酸化触媒という)で酸化させ、その反応熱を利用して内部から改質反応を行う触媒(以下、改質触媒という)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器の開発が進められている。このような改質器における課題の一つに、改質触媒における改質反応は改質触媒温度が高温に昇温された際に起こるがゆえに、改質触媒温度の昇温に相当の時間を要し、水素ガスの供給を必要とする装置(例えば、内燃機関)の始動性に支障をきたす場合がある、という課題がある。 In recent years, a part of a mixed gas containing hydrogen fuel and air is oxidized by a catalyst (hereinafter referred to as an oxidation catalyst) that performs an oxidation reaction provided on the upstream side of the reformer, and the heat of reaction is used to internalize the gas. Development of a so-called autothermal reformer that promotes the reforming reaction by raising the temperature of the catalyst that performs the reforming reaction (hereinafter referred to as a reforming catalyst) has been underway. One of the problems in such a reformer is that the reforming reaction in the reforming catalyst occurs when the reforming catalyst temperature is raised to a high temperature, so that a considerable time is required for raising the reforming catalyst temperature. In other words, there is a problem that the startability of an apparatus (for example, an internal combustion engine) that requires supply of hydrogen gas may be hindered.
このような課題を解決する一手段として、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改質触媒の上流側に配置し、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)を改質触媒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、加熱された混合ガスにより迅速に酸化触媒及び改質触媒を昇温させることができ、改質触媒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。 As a means for solving such a problem, a heating element that generates heat by energization is arranged upstream of the reforming catalyst in order to accelerate the reforming reaction and shorten the time required to generate hydrogen gas. A reforming apparatus having a configuration in which catalyst particles that exothermically react with an introduced mixed gas are supported on the heating element, that is, a so-called electric heating catalyst (EHC) is disposed upstream of the reforming catalyst 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. The exothermic reaction of the catalyst is promoted, and the temperature of the oxidation catalyst and the reforming catalyst can be quickly raised by the heated mixed gas, and the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature can be shortened. It can be.
ところで、上記のようなオートサーマル方式の改質器の適用が期待される技術分野は拡大傾向にあり、改質触媒の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化の要望がある。この要望に対する一解決手段とし、予めに熱の供給を受けて蓄熱しておくことができる蓄熱器を構成配置して、必要に応じて、該蓄熱器に蓄熱されている熱を利用して酸化触媒の温度を所定温度に迅速に昇温することを可能として、改質触媒の改質可能温度への到達時間の短縮化を図ることが考えられる。ここで、蓄熱器への蓄熱の一方法として、追加的な電気式発熱源を用いて行うことも考えられるが、蓄熱器への蓄熱を追加的な電気式発熱源にて行う場合には電力消費という観点において支障をきたす場合がありうる。 By the way, the technical field where the application of the above-described autothermal reformer is expected is expanding, and there is a demand for further shortening the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature. As a solution to this demand, a heat accumulator that can receive heat supply in advance and store heat is configured, and if necessary, oxidation is performed using the heat stored in the heat accumulator. It is conceivable that the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature can be shortened by rapidly raising the temperature of the catalyst to a predetermined temperature. Here, as a method of storing heat in the regenerator, it may be possible to use an additional electric heating source, but in the case where heat storage to the regenerator is performed using an additional electric heating source, There may be cases where it will cause trouble in terms of consumption.
本発明は上記課題に鑑み、少なくとも水素を一構成成分として含む水素系燃料を空気とともに混合ガスとして入口部から取り入れて水素を生成する改質器であって、水素系燃料を改質して水素を生成する改質触媒と、該改質触媒よりも上流側に配設されて酸素雰囲気で酸化を行う酸化触媒とを有する改質器を備える改質システムにおいて、予めに熱の供給を受けて蓄熱しておくことができる蓄熱器を構成配置することで、改質触媒の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化を図ることを可能とし、且つ、電力消費という観点においても優れた改質システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention is a reformer that takes in a hydrogen-based fuel containing at least hydrogen as a constituent component together with air as a mixed gas from an inlet portion to generate hydrogen, and reforms the hydrogen-based fuel to generate hydrogen. In a reforming system including a reforming catalyst having a reforming catalyst that generates oxygen and an oxidation catalyst that is disposed upstream of the reforming catalyst and oxidizes in an oxygen atmosphere, the heat supply is received in advance. By arranging the heat accumulator that can store heat, it is possible to further shorten the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature, and it is also excellent in terms of power consumption. An object is to provide a reforming system.
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を空気とともに混合ガスとして入口部から取り入れて水素を生成する改質器であって、前記水素系燃料を改質して水素を生成する改質触媒と、該改質触媒よりも上流側に配設されて酸素雰囲気で酸化を行う酸化触媒とを有する改質器を備える改質システムにおいて、前記改質器よりも下流側に配置された熱交換器であって、前記混合ガスの改質により生成された改質ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器により前記改質ガスから移動された熱を蓄熱する蓄熱器と、前記蓄熱器に蓄熱された熱を利用して前記酸化触媒の昇温を促進する触媒昇温手段とを具備する、改質システムが提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a reformer for generating hydrogen by introducing a hydrogen-based fuel containing at least hydrogen as a constituent component together with air as a mixed gas from an inlet portion, and reforming the hydrogen-based fuel. A reforming system comprising a reforming catalyst having a reforming catalyst that generates hydrogen by reforming and an oxidation catalyst that is disposed upstream of the reforming catalyst and oxidizes in an oxygen atmosphere. A heat exchanger disposed downstream of the heat exchanger, the heat exchanger exchanging heat with the reformed gas generated by reforming the mixed gas, and the reformed gas by the heat exchanger. There is provided a reforming system comprising a heat accumulator for accumulating the heat transferred from and a catalyst temperature raising means for promoting the temperature rise of the oxidation catalyst using the heat accumulated in the heat accumulator.
ところで、上記のような改質器において生成され放出される改質ガスは概して、500℃というような極めて高温なガス状態であるがゆえに、改質ガスが供給される装置への悪影響を考慮して、改質ガスが供給される装置と改質器との間に熱交換器が配設されて、改質ガスの冷却を行うものが知られている(特許文献2参照)。このような構成において、高温状態の改質ガスから移動された熱を上記のような蓄熱に利用することができれば、蓄熱器への蓄熱を追加的な電気式発熱源にて行うことを必要とすることなく、改質触媒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で、且つ、電力消費という観点においても優れた改質システムの提供を可能としうる。 By the way, since the reformed gas generated and released in the reformer as described above is generally in an extremely high temperature state such as 500 ° C., the adverse effect on the apparatus to which the reformed gas is supplied is taken into consideration. In addition, there is known a system in which a heat exchanger is disposed between a reformer-supplied apparatus and a reformer to cool the reformed gas (see Patent Document 2). In such a configuration, if the heat transferred from the reformed gas in a high temperature state can be used for heat storage as described above, it is necessary to store heat in the heat accumulator with an additional electric heating source. Therefore, it is possible to shorten the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature, and to provide a reforming system that is excellent in terms of power consumption.
このことに基づいて、請求項1に記載の発明では、水素系燃料を空気とともに混合ガスとして入口部から取り入れて水素を生成する改質器であって改質触媒と酸化触媒とを有する改質器を備える改質システムにおいて、混合ガスの改質により生成された改質ガスとの間で熱交換を行う、すなわち、高温状態の改質ガスから熱を移動させて改質ガスの冷却を行う熱交換器が、改質器の下流側に配置される。そして、この熱交換器により改質ガスから移動された熱を蓄熱する蓄熱器と、該蓄熱器に蓄熱された熱を利用して酸化触媒の昇温を促進する触媒昇温手段とを備えるように構成することで、酸化触媒の昇温に必要な熱の蓄熱化を図り、必要に応じて、該蓄熱された熱による酸化触媒の温度の所定温度への迅速な昇温を可能として、改質触媒の改質可能温度への到達時間の短縮化を図ることを可能とする。尚、特許文献2においては、本発明のような構成、すなわち、必要に応じて酸化触媒の温度を所定温度に迅速に昇温することを可能とすべく、高温の改質ガスから移動された熱を蓄熱器に蓄熱しておくというような構成は何ら開示されておらず、また、示唆もされていない。
Based on this, the invention according to
請求項2に記載の発明によれば、前記触媒昇温手段は、前記酸化触媒の温度が所定温度未満である場合であって前記酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、前記改質器内に残存している残存ガスを前記改質器と前記蓄熱器との間で循環させうる循環路を形成し、該循環路にて前記残存ガスを循環させて前記蓄熱器に蓄熱された熱により前記残存ガスを加熱して、該加熱された残存ガスにより前記酸化触媒を昇温する、請求項1に記載の改質システムが提供される。
According to the invention of
請求項3に記載の発明によれば、前記触媒昇温手段は、前記酸化触媒の温度が所定温度未満である場合であって前記酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、前記蓄熱器に蓄熱されている熱により熱媒体を加熱して、該加熱された熱媒体を前記改質器の入口部と前記蓄熱器との間で循環させて、該加熱された熱媒体により前記改質器の入口部から取り込まれる前記混合ガスを加熱して、該加熱された混合ガスにより前記酸化触媒を昇温する、請求項1に記載の改質システムが提供される。
According to the invention of
請求項4に記載の発明によれば、前記触媒昇温手段は、前記酸化触媒の温度が所定温度未満である場合であって前記酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、前記水素系燃料を前記蓄熱器を介して前記改質器に供給する燃料迂回路を形成し、該燃料迂回路に前記水素系燃料を供給して、前記蓄熱器に蓄熱されている熱により前記水素系燃料を加熱して、該加熱された水素系燃料により前記酸化触媒を昇温する、請求項1に記載の改質システムが提供される。
According to the invention of
請求項5に記載の発明によれば、前記触媒昇温手段は、前記酸化触媒の温度が所定温度未満である場合であって前記酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、前記蓄熱器に蓄熱されている熱により熱媒体を加熱して、該加熱された熱媒体を前記酸化触媒と前記蓄熱器との間で循環させて、該加熱された熱媒体により前記酸化触媒を昇温する、請求項1に記載の改質システムが提供される。
According to the invention of
請求項6に記載の発明によれば、前記触媒昇温手段は、前記熱媒体が循環する循環路に配置されて該熱媒体を補助的に加熱しうる電気加熱式ヒーターを有する、請求項5に記載の改質システムが提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, the catalyst temperature raising means includes an electric heating heater that is disposed in a circulation path through which the heat medium circulates and can supplementarily heat the heat medium. Is provided.
各請求項に記載の発明によれば、水素系燃料を空気とともに混合ガスとして入口部から取り入れて水素を生成する改質器であって、改質触媒と該改質触媒よりも上流側に配設される酸化触媒とを有する改質器を備える改質システムにおいて、熱交換器により高温の改質ガスから移動された熱の供給を受けて蓄熱しておくことができる蓄熱器を構成配置することで、改質触媒の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化を図ることを可能とし、且つ、電力消費という観点においても優れた改質システムを提供することを可能とする、という共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, a reformer that takes in hydrogen-based fuel as a mixed gas together with air from an inlet to generate hydrogen, and is disposed upstream of the reforming catalyst and the reforming catalyst. In a reforming system including a reformer having an oxidation catalyst provided, a heat accumulator that can store heat by receiving heat transferred from a high-temperature reformed gas by a heat exchanger is arranged. Thus, it is possible to further shorten the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature, and to provide an excellent reforming system in terms of power consumption. Has a common effect.
以下、添付図面を用いて本発明に係る改質システムの実施形態について説明する。図1は、本発明の改質システムの全体構成の一実施形態を示す図であり、図1に示される改質システムは、改質器にて生成された改質ガスを内燃機関に供給するように構成されるものである。図1において、1は改質器、2は改質触媒、3は酸化触媒、4は電気加熱式ヒーター、5は熱交換器、14は改質器入口バルブ、15は改質器出口バルブ、16は改質器用燃料インジェクタ、21は蓄熱器、22は循環ポンプ、23は循環路用第1バルブ、24は循環路用第2バルブ、をそれぞれ示す。尚、内燃機関13における吸気系において、スロットルバルブ12と、該スロットルバルブ12により調整された吸入空気量を測定するエアフローメータ11と、該吸気系に燃料を噴射する機関用燃料インジェクタ17とが配置される。
Hereinafter, embodiments of a reforming system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the overall configuration of a reforming system of the present invention. The reforming system shown in FIG. 1 supplies reformed gas generated by a reformer to an internal combustion engine. It is comprised as follows. In FIG. 1, 1 is a reformer, 2 is a reforming catalyst, 3 is an oxidation catalyst, 4 is an electrically heated heater, 5 is a heat exchanger, 14 is a reformer inlet valve, 15 is a reformer outlet valve,
図1に示される実施形態における改質器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器であって、水素系燃料を改質して水素を生成する改質触媒2と、該改質触媒2よりも上流側に配設されて酸素雰囲気で部分酸化や完全酸化などの酸化を行う酸化触媒3と、改質触媒2及び酸化触媒3を内部に収容する外装筐体とを有して構成される。そして、外装筐体は、酸化触媒3よりも上流側に配設された上流側通路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る入口部と、生成された改質ガスを改質触媒2よりも下流側に配設された下流側通路に放出する出口部と、改質触媒2及び酸化触媒3の外周囲を取り囲む外周壁部とを有して構成される。さらに図1に示される実施形態においては、外装筐体の内部であって酸化触媒3の上流側に、入口部から取り入れられた混合ガスを加熱して酸化触媒3の昇温を促進する電気加熱式ヒーター4が配設される。
A
改質触媒2は、上流側流路から取り入れられた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ものであり、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触媒2は、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、改質触媒2の触媒粒子は担持体に担持されているものとされ、該担持体は、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
一方で、酸化触媒3は、改質触媒2よりも上流側に配設されて酸素雰囲気で酸化を行うものであり、入口部から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配置された改質触媒2の改質可能温度への昇温を促進する役割を果たすものであり、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ための触媒粒子が配置される。本実施形態における酸化触媒3は、改質触媒2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、酸化触媒3の触媒粒子についても、改質触媒2と同様に担持体に担持されているものとされ、該担持体は、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
本実施形態における改質器1においては、外装筐体の内部であって酸化触媒3の上流側に、入口部から取り入れられた混合ガスを加熱して酸化触媒3の昇温を促進する電気加熱式ヒーター4が配設される。このような電気加熱式ヒーターとして本実施形態においては、電気加熱式触媒(EHC)が配設される。この電気加熱式触媒は、触媒コート層が形成された担体基材と、該担体基材を電気的に加熱する加熱手段とを備えて構成され、入口部から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混合ガスを加熱して、下流側に配置された酸化触媒3や改質触媒2のそれぞれの所定温度への昇温を促進する役割を果たす。
In the
尚、本実施形態においては、電気加熱式触媒4は、主として酸化触媒3が酸化可能温度となる所定温度に昇温されるまでの間において補助的に使用されるものとされ、酸化触媒3が所定温度に昇温された後においては通電が停止され、その使用が停止されるものとする。また、本実施形態においては、酸化触媒3が所定温度に昇温されるまでの間の昇温促進手段として電気加熱式触媒4を配置するが、これに限られることはなく、入口部を介して取り入れられた混合気を、通電などすることにより加熱しうるような機能を有する電気加熱式ヒーターであれば、どのような電気加熱式ヒーターが使用されてもよい。さらには、本実施形態においては、酸化触媒3の迅速な所定温度への昇温を目的として酸化触媒3の上流側に電気加熱式ヒーターのような昇温促進手段を配置しているが、このような昇温促進手段は配置されなくともよく、このような昇温促進手段の必要性の有無は概して酸化触媒3の性能に応じて決定される。
In the present embodiment, the
上記のような改質触媒2と酸化触媒3と電気加熱式ヒーター4とを有して構成される本実施形態における改質器1においては、酸化触媒3の温度が酸化可能温度よりも低いような低温状態にあるような場合に、電気加熱式ヒーター4への通電がなされて酸化触媒3の酸化可能温度へ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触媒3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触媒2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
このようなオートサーマル方式の改質制御が行われる改質器に対して、先にも述べたように、改質触媒の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化の要望がある。この要望に対して、本発明では、予めに熱の供給を受けて蓄熱しておくことができる蓄熱器を構成配置することで、改質触媒の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化を図ることを可能とするとともに、電力消費という観点においても優れた改質システムを提供することを目的とする。 As described above, there is a demand for further shortening of the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature with respect to the reformer in which such autothermal reforming control is performed. In response to this demand, the present invention further reduces the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature by configuring and arranging a heat accumulator that can store heat by receiving heat in advance. It is an object of the present invention to provide a reforming system that is capable of reducing the power consumption and is excellent in terms of power consumption.
ところで、上記のようなオートサーマル式の改質器においては概して、該改質器にて生成され放出される改質ガスは約500℃というような極めて高温なガス状態である故に、改質ガスが供給される装置への悪影響を考慮して、改質ガスが供給される装置と改質器との間に熱交換器が配設されて改質ガスの冷却が行われている。図12は、このような従来技術の改質システムの一実施形態を示す。図12に示す符号は図1と同様に、1は改質器、2は改質触媒、3は酸化触媒、4は電気加熱式ヒーター、5は熱交換器、14は改質器入口バルブ、16は改質器用燃料インジェクタ、をそれぞれ示す。このような構成において、高温状態の改質ガスから移動された熱を上記のような蓄熱に利用することができれば、蓄熱器への蓄熱を追加的な電気式発熱源にて行うことを必要とすることなく、改質触媒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で、且つ、電力消費という観点においても優れた改質システムの提供を可能としうる。
By the way, in the autothermal reformer as described above, the reformed gas generated and released by the reformer is generally in a very high temperature state such as about 500 ° C. In consideration of the adverse effect on the apparatus to which the reformed gas is supplied, a heat exchanger is disposed between the reformer supplied apparatus and the reformer to cool the reformed gas. FIG. 12 shows one embodiment of such a prior art reforming system. The reference numerals shown in FIG. 12 are the same as in FIG. 1, 1 is a reformer, 2 is a reforming catalyst, 3 is an oxidation catalyst, 4 is an electrically heated heater, 5 is a heat exchanger, 14 is a reformer inlet valve,
このことに基づいて、本発明の改質システムにおいては、改質器により生成された高温状態の改質ガスから熱を移動させて改質ガスの冷却を行う熱交換器が改質器の下流側に配置され、該熱交換器により改質ガスから移動された熱を蓄熱する蓄熱器と、該蓄熱器に蓄熱された熱を利用して酸化触媒の昇温を促進する触媒昇温手段とを備えるように構成することで、酸化触媒の昇温に必要な熱の蓄熱化を図り、必要に応じて、該蓄熱された熱による酸化触媒温度の所定温度への迅速な昇温を可能として、改質触媒の改質可能温度への到達時間の短縮化を図ることを可能とする。 Based on this, in the reforming system of the present invention, a heat exchanger that cools the reformed gas by transferring heat from the reformed gas in a high temperature state generated by the reformer is provided downstream of the reformer. A heat accumulator that stores heat transferred from the reformed gas by the heat exchanger, and a catalyst temperature raising means that promotes the temperature rise of the oxidation catalyst using the heat accumulated in the heat accumulator. With this configuration, the heat necessary for raising the temperature of the oxidation catalyst can be stored, and if necessary, the temperature of the oxidation catalyst can be quickly raised to a predetermined temperature by the stored heat. This makes it possible to shorten the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature.
図1に示される実施形態の改質システムにおいては、改質器1と熱交換器5と蓄熱器21とを有して構成される。そして、蓄熱器21に蓄熱された熱を利用して酸化触媒3の昇温を促進する触媒昇温手段は、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、改質器1内に残存している残存ガスを改質器1と蓄熱器21との間で循環させうる循環路を形成し、該循環路にて残存ガスを循環させて蓄熱器21に蓄熱された熱により残存ガスを加熱して、該加熱された残存ガスにより酸化触媒3を昇温するように構成される。
The reforming system of the embodiment shown in FIG. 1 includes a
図2は、図1に示される実施形態の改質システムにおける触媒昇温手段による触媒昇温制御の一実施形態を示すフローチャートである。図2に示される実施形態の改質システムにおける触媒昇温制御においては、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合に本制御が開始されるものとし、また、開始される前においては、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15と循環路用第1バルブ23及び循環路用第2バルブ24との全てのバルブが閉鎖されているものとする。蓄熱器21には、熱交換器5により改質ガスから移動された熱が蓄積されているものとする。
FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of the catalyst temperature rise control by the catalyst temperature raising means in the reforming system of the embodiment shown in FIG. In the catalyst temperature increase control in the reforming system of the embodiment shown in FIG. 2, the temperature of the
酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要があり触媒昇温制御が開始されると、まず、ステップ101にて、循環路用第1バルブ23及び循環路用第2バルブ24は開放されて、改質器1内に残存している残存ガスを改質器1と蓄熱器21との間で循環させうる循環路が形成される。その一方で、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15は閉鎖状態が維持され、改質器1への外部からの空気の流通が停止されたままの状態とされる。そして、このようなバルブ状態にて、電気加熱式ヒーター4がオンされて作動される。
When the temperature of the
ステップ101に続くステップ102においては、改質器1内に残存する残存ガスの循環路に配設された循環ポンプ22がオンされて作動され、これにより、改質器1と蓄熱器21との間の残存ガスの循環が開始される。この際、電気加熱式ヒーター4は加熱されており、また、蓄熱器21には改質ガスからの熱交換により得られた熱が蓄熱されている。従って、このような触媒昇温制御により、改質器1と蓄熱器21との間を循環する残存ガスを電気加熱式ヒーター4及び蓄熱器21の熱により加熱させることができ、昇温された残存ガスにより酸化触媒3の昇温を促進させることが可能となる。
In
ステップ102に続くステップ103においては、酸化触媒3の温度が所定温度以上に達したか否かの判定がなされ、酸化触媒3の温度が所定温度以上であると判定されると、続くステップ104に進む。一方で、酸化触媒3の温度が所定温度に達していないと判定されると、ステップ101及びステップ102の制御が継続して実行され、すなわち、加熱された残存ガスの改質器1と蓄熱器21との間の循環による酸化触媒3の昇温が継続して行われる。
In
ステップ104においては、酸化触媒3の温度が所定温度以上となっているので、循環ポンプ22がオフされて作動が中止されて、加熱された残存ガスの改質器1と蓄熱器21との間の循環による酸化触媒3の昇温が停止される。そして、この際に、循環路用第1バルブ23及び循環路用第2バルブ24は閉鎖されて、改質器1内に残存している残存ガスを改質器1と蓄熱器21との間で循環させうる循環路が閉鎖される。その一方で、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15が開放され、改質器1への外部からの空気の流通が可能な状態とされる。
In
ステップ104に続くステップ105においては、電気加熱式ヒーター4がオフされて作動が停止されて、さらに、ステップ105に続くステップ106にて、改質器用燃料インジェクタ16による燃料の供給が行われるとともに、改質器1への空気の供給が行われ改質が開始される。なお、改質器1が運転中は改質ガスを熱交換器5で冷却し、熱交換器5で奪った熱を蓄熱器21へ蓄熱して次回の起動に用いる。そして、改質器1の運転が不要となると本制御は終了され、その際、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15と循環路用第1バルブ23及び循環路用第2バルブ24との全てのバルブが閉鎖され、改質器1への外部から空気の流通が中止される。
In
以上のような図2に示される改質システムの触媒昇温制御によれば、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、改質器1内に残存している残存ガスを改質器1と蓄熱器21との間で循環させうる循環路を形成し、該循環路にて残存ガスを循環させて蓄熱器21に蓄熱された熱により残存ガスを加熱して、該加熱された残存ガスにより酸化触媒3を昇温することを可能とする。ちなみに、蓄熱器21に蓄熱された熱による残存ガスの加熱のみでも酸化触媒3の昇温の促進は可能であり、図1に示された実施形態においては、電気加熱式ヒーター4が改質器1の一構成要素として含まれるものとされているが、これに限られるものではなく、電気加熱式ヒーター4が改質器1の構成から除かれてもよい。
According to the catalyst temperature raising control of the reforming system shown in FIG. 2 as described above, it is necessary to raise the temperature of the
図3は、本発明の改質システムの全体構成の別の一実施形態を示す図であり、図3に示される改質システムは、図1に示される実施形態と同様に、改質器にて生成された改質ガスを内燃機関に供給するように構成されるものである。図3において、31は蓄熱器、32は循環ポンプ、33は改質器の入口部、をそれぞれ示す。尚、図3における改質器1、改質触媒2、酸化触媒3、電気加熱式ヒーター4、熱交換器5、エアフローメータ11、スロットルバルブ12、内燃機関13、改質器入口バルブ14、改質器出口バルブ15、改質器用燃料インジェクタ16及び機関用燃料インジェクタ17のそれぞれは、図1に示された実施形態のものと同様の構成配置とされる。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the overall configuration of the reforming system of the present invention. The reforming system shown in FIG. 3 is connected to the reformer in the same manner as the embodiment shown in FIG. The reformed gas generated in this way is configured to be supplied to the internal combustion engine. In FIG. 3, 31 indicates a heat accumulator, 32 indicates a circulation pump, and 33 indicates an inlet portion of the reformer. In FIG. 3, the
図3に示される実施形態の改質システムは、改質器1と熱交換器5と蓄熱器31とを有して構成される。そして、蓄熱器31に蓄熱された熱を利用して酸化触媒3の昇温を促進する触媒昇温手段は、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、蓄熱器31に蓄熱されている熱により熱媒体を加熱して、該加熱された熱媒体を改質器1の入口部33と蓄熱器31との間で循環させて、該加熱された熱媒体により改質器1の入口部33から取り込まれる混合ガスを加熱して、該加熱された混合ガスにより酸化触媒3を昇温する。
The reforming system according to the embodiment shown in FIG. 3 includes a
図4は、図3に示された実施形態の改質システムにおける制御の一実施形態を示すフローチャートである。図4に示される実施形態の改質システムにおける触媒昇温制御においては、図2に示される制御と同様に、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合に本制御が開始されるものとする。また、開始される前においては、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15は閉鎖されているものとする。さらに、蓄熱器31には、熱交換器5により改質ガスから移動された熱が蓄積されているものとする。
FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of control in the reforming system of the embodiment shown in FIG. In the catalyst temperature increase control in the reforming system of the embodiment shown in FIG. 4, as in the control shown in FIG. 2, the temperature of the
酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要があり触媒昇温制御が開始されると、まず、ステップ201にて、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15が開放され、改質器1への外部からの空気の流通が可能とされる。そして、このようなバルブ状態にて、改質器1の入り口部33と蓄熱器31との間の熱媒体の循環をもたらす循環通路に配置された循環ポンプ32がオンされて作動され、改質器1の入り口部33と蓄熱器31との間の熱媒体の循環がもたらされる。
When the temperature of the
ステップ201に続くステップ202においては、電気加熱式ヒーター4がオンされて作動され、電気加熱式ヒーター4が加熱される。そして、ステップ202に続くステップ203にて、改質器用燃料インジェクタ16による燃料の供給が行われるとともに、改質器1への空気の供給が行われる。この際、蓄熱器31には改質ガスからの熱交換により得られた熱が蓄熱されており、改質器1の入口部33と蓄熱器31との間で循環する熱媒体を加熱させることができる。従って、このような触媒昇温制御により、改質器1の入口部33から取り込まれる混合ガスを、改質器1の入口部33と蓄熱器31との間で循環する加熱された熱媒体と電気加熱式ヒーター4とにより加熱させることができ、このように加熱させた混合気により酸化触媒3の昇温を促進させることが可能となる。
In step 202 following
ステップ203に続くステップ204においては、酸化触媒3の温度が所定温度以上に達したか否かの判定がなれ、酸化触媒3の温度が所定温度以上であると判定されると、続くステップ205に進む。一方で、酸化触媒3の温度が所定温度に達していないと判定されると、ステップ201からステップ203の制御が継続して実行され、すなわち、改質器1の入口部33と蓄熱器31との間で循環する加熱された熱媒体と電気加熱式ヒーター4とにより加熱された混合ガスによる酸化触媒3の昇温が継続して行われる。
In
ステップ205においては、酸化触媒3の温度が所定温度以上となっているので、電気加熱式ヒーター4がオフされ作動が中止されて、さらに、ステップ205に続くステップ206にて、循環ポンプ32がオフされ作動が中止されて、改質器1の入口部33と蓄熱器31との間で熱媒体の循環が中止され改質器1が通常運転状態に入る。なお、改質器1が運転中は改質ガスを熱交換器5で冷却し、熱交換器5で奪った熱を蓄熱器31へ蓄熱して次回の起動に用いる。そして、改質器1の運転が不要となると本制御は終了され、その際、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15が閉鎖され、改質器1への外部から空気の流通が中止される。
In
以上のような図4に示される改質システムの触媒昇温制御によれば、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、蓄熱器31に蓄熱されている熱により熱媒体を加熱して、該加熱された熱媒体を改質器1の入口部33と蓄熱器31との間で循環させて、該加熱された熱媒体により改質器1の入口部から取り込まれる混合ガスを加熱して、該加熱された混合ガスにより酸化触媒3を昇温することを可能とする。ちなみに、蓄熱器31に蓄熱された熱による熱媒体の加熱のみでも酸化触媒3の昇温の促進は可能であり、図3に示された実施形態においては、電気加熱式ヒーター4が改質器1の一構成要素として含まれるものとされているが、これに限られるものではなく、電気加熱式ヒーター4が改質器1の構成から除かれてもよい。
According to the catalyst temperature raising control of the reforming system shown in FIG. 4 as described above, it is necessary to raise the temperature of the
図5は、本発明の改質システムの全体構成の別の一実施形態を示す図であり、図5に示される改質システムは、図1に示される実施形態と同様に、改質器にて生成された改質ガスを内燃機関に供給するように構成されるものである。図5において、41は蓄熱器、42は迂回燃料バルブ、43は改質器用迂回燃料インジェクタ、をそれぞれ示す。尚、図5における改質器1、改質触媒2、酸化触媒3、電気加熱式ヒーター4、熱交換器5、エアフローメータ11、スロットルバルブ12、内燃機関13、改質器入口バルブ14、改質器出口バルブ15、改質器用燃料インジェクタ16及び機関用燃料インジェクタ17のそれぞれは、図1に示された実施形態のものと同様の構成配置とされる。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the overall configuration of the reforming system of the present invention. The reforming system shown in FIG. 5 is connected to the reformer in the same manner as the embodiment shown in FIG. The reformed gas generated in this way is configured to be supplied to the internal combustion engine. In FIG. 5,
図5に示される実施形態の改質システムは、改質器1と熱交換器5と蓄熱器41とを有して構成される。そして、蓄熱器41に蓄熱された熱を利用して酸化触媒3の昇温を促進する触媒昇温手段は、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって前記酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、水素系燃料を蓄熱器41を介して改質器1に供給しうる燃料迂回路を形成し、該燃料迂回路に水素系燃料を供給して、蓄熱器41に蓄熱されている熱により水素系燃料を加熱して、該加熱された水素系燃料により酸化触媒3を昇温する。
The reforming system of the embodiment shown in FIG. 5 includes a
図6は、図5に示された実施形態の改質システムにおける触媒昇温制御の一実施形態を示すフローチャートである。図6に示される実施形態の改質システムにおける触媒昇温制御においては、図2に示される制御と同様に、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合に本制御が開始されるものとする。また、開始される前においては、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15と迂回燃料バルブ42とは閉鎖されているものとする。さらに、蓄熱器41には、熱交換器5により改質ガスから移動された熱が蓄積されているものとする。
FIG. 6 is a flowchart showing an embodiment of the catalyst temperature increase control in the reforming system of the embodiment shown in FIG. In the catalyst temperature increase control in the reforming system of the embodiment shown in FIG. 6, as in the control shown in FIG. 2, the temperature of the
酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要があり触媒昇温制御が開始されると、まず、ステップ301にて、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15と迂回燃料バルブ42とが開放され、改質器1への外部からの空気の流通および改質器用迂回燃料インジェクタ43からの燃料噴射が可能とされる。そして、電気加熱式ヒーター4がオンされて作動され、電気加熱式ヒーター4が加熱される。
When the temperature of the
ステップ301に続くステップ302においては、迂回燃料インジェクタ43による燃料の供給が行われるとともに、改質器1への空気の供給が行われる。この際、電気加熱式ヒーター4は加熱されており、また、蓄熱器41には改質ガスからの熱交換により得られた熱が蓄熱されており、蓄熱器41に蓄熱されている熱により燃料迂回路を流通する燃料を加熱することができる。従って、このような触媒昇温制御により、加熱された燃料と電気加熱式ヒーター4とにより、改質器1の入口部から取り込まれる混合ガスを加熱された混合気とすることができ、このように加熱させた混合気により酸化触媒3の昇温を促進させることが可能となる。
In
ステップ302に続くステップ303においては、酸化触媒3の温度が所定温度以上に達したか否かの判定がなれ、酸化触媒3の温度が所定温度以上であると判定されると、続くステップ304に進む。一方で、酸化触媒3の温度が所定温度に達していないと判定されると、ステップ301からステップ302の制御が継続して実行され、すなわち、加熱された燃料と電気加熱式ヒーター4とによりもたらされた加熱された混合ガスによる酸化触媒3の昇温が継続して行われる。
In step 303 subsequent to step 302, it can be determined whether or not the temperature of the
ステップ304においては、酸化触媒3の温度が所定温度以上となっているので、電気加熱式ヒーター4がオフされ作動が中止される。そして、ステップ304に続くステップ305においては、迂回燃料バルブ42が閉鎖されて、改質器用迂回燃料インジェクタ43からの改質器1への燃料供給が中止されて、改質器用燃料インジェクタ16からの改質器1への燃料供給に切換えられ、改質器1の通常運転が開始される。なお、改質器1が運転中は改質ガスを熱交換器5で冷却し、熱交換器5で奪った熱を蓄熱器41へ蓄熱して次回の起動に用いる。そして、改質器1の運転が不要となると本制御は終了され、その際、改質器入口バルブ14及び改質器出口バルブ15が閉鎖され、改質器1への外部から空気の流通が中止される。
In
以上のような図6に示される改質システムの触媒昇温制御によれば、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、蓄熱器41に蓄熱されている熱により改質器1に噴射する燃料を加熱して、該加熱された燃料と電気加熱式ヒーター4とにより、改質器1の入口部から取り込まれる混合ガスを加熱された混合気として、該加熱させた混合気により酸化触媒3を昇温することを可能とする。ちなみに、蓄熱器41に蓄熱された熱による燃料の加熱のみでも酸化触媒3の昇温の促進は可能であり、図5に示された実施形態においては、電気加熱式ヒーター4が改質器1の一構成要素として含まれるものとされているが、これに限られるものではなく、電気加熱式ヒーター4が改質器1の構成から除かれてもよい。
According to the catalyst temperature increase control of the reforming system shown in FIG. 6 as described above, it is necessary to raise the temperature of the
図7は、本発明の改質システムの全体構成の別の一実施形態を示す図である。図7において、51は蓄熱器、52は第1循環ポンプ、53は電気加熱式ヒーター、54は第2循環ポンプ、55は第3循環ポンプ、をそれぞれ示す。尚、図7における改質器1、改質触媒2、酸化触媒3、熱交換器5、改質器入口バルブ14及び改質器用燃料インジェクタ16のそれぞれは、図1に示された実施形態のものと同様の構成配置とされる。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the overall configuration of the reforming system of the present invention. In FIG. 7, 51 indicates a heat accumulator, 52 indicates a first circulation pump, 53 indicates an electric heating heater, 54 indicates a second circulation pump, and 55 indicates a third circulation pump. Note that each of the
図7に示される実施形態の改質システムは、改質器1と熱交換器5と蓄熱器51とを有して構成される。そして、蓄熱器51に蓄熱された熱を利用して酸化触媒3の昇温を促進する触媒昇温手段は、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、蓄熱器51に蓄熱されている熱により熱媒体を加熱して、該加熱された熱媒体を酸化触媒3と蓄熱器51との間で循環させて、該加熱された熱媒体により酸化触媒3を昇温する。
The reforming system of the embodiment shown in FIG. 7 includes a
図7における改質システムにおいては、図2に示される触媒昇温制御と同様に、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合に本改質システムの触媒昇温手段による触媒昇温制御が開始されるものとする。また、該触媒昇温制御が開始される前においては、改質器入口バルブ14は閉鎖されているものとする。さらに、蓄熱器51には、熱交換器5と蓄熱器51との間の熱媒体の循環をもたらす循環路に配置された第2循環ポンプ54を使用して、熱交換器5により改質ガスから移動された熱が蓄積されているものとする。
In the reforming system shown in FIG. 7, it is necessary to raise the temperature of the
尚、図1や図3や図5に示される実施形態においては、熱交換器5と蓄熱器との間の熱媒体の循環をもたらす循環通路に配置された循環ポンプは特に示されていないが、本実施形態に示されるような第2循環ポンプ54と同様の循環ポンプが配置構成されているものとする。また、本実施形態においては、生成された改質ガスのさらなる冷却の必要性が生じる場合、すなわち、改質ガスの熱の蓄熱器への移動が行われてもなお余剰熱が存在して改質ガスの熱の更なる移動の必要性が生じるような場合を考慮して、熱交換器5に対して余剰熱廃棄循環路と、該余剰熱廃棄循環路内の熱媒体の循環をもたらす第3循環ポンプ55とが構成配置される。このような余剰熱廃棄循環路と第3循環ポンプ55とは、図1や図3や図5に示される実施形態に対しても適用されてもよい。
In addition, in embodiment shown by FIG.1, FIG3 and FIG.5, although the circulation pump arrange | positioned in the circulation path which brings about the circulation of the heat medium between the
酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要があり触媒昇温制御が開始されると、まず、改質器入口バルブ14が開放され、改質器1への外部からの空気の流通が可能とされる。そして、このようなバルブ状態にて、酸化触媒3と蓄熱器51との間の熱媒体の循環をもたらす循環路に配置された第1循環ポンプ52がオンされて作動され、酸化触媒3と蓄熱器51との間の熱媒体の循環がもたらされる。
When the temperature of the
次に、蓄熱器51と酸化触媒3との間の熱媒体の循環をもたらす循環路に配置されて熱媒体を補助的に加熱しうる電気加熱式ヒーター53がオンされて作動され、電気加熱式ヒーター53が加熱される。そして、改質器用燃料インジェクタ16による燃料の供給が行われるとともに、改質器1への空気の供給が行われる。この際、電気加熱式ヒーター53は加熱されており、また、蓄熱器51には改質ガスからの熱交換により得られた熱が蓄熱されており、酸化触媒3と蓄熱器51との間で循環する熱媒体を加熱させることができる。従って、このような触媒昇温制御により、酸化触媒3の昇温を促進させることが可能となる。尚、熱媒体の補助的な加熱を行う電気加熱式ヒーター53は、例えば、蓄熱器にて加熱された熱媒体の温度が酸化触媒が活性化する温度よりも低い場合などのみに使用されるものとされてもよい。
Next, an
以上のような図7に示される改質システムによれば、酸化触媒3の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒3の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、蓄熱器51に蓄熱されている熱により熱媒体を加熱して、該加熱された熱媒体を酸化触媒3と蓄熱器51との間で循環させて、酸化触媒3の昇温を促進させることを可能とする。ちなみに、蓄熱器51に蓄熱された熱による熱媒体の加熱のみでも酸化触媒3の昇温の促進は可能であり、図7に示された実施形態においては、電気加熱式ヒーター53が触媒昇温手段の一構成要素として含まれるものとされているが、これに限られるものではなく、電気加熱式ヒーター53が構成から除かれてもよい。
According to the reforming system shown in FIG. 7 as described above, when the temperature of the
図8は、本発明の改質システムの全体構成の別の一実施形態を示す図である。図8に示される実施形態の改質システムは、図1に示される実施形態と同様の構成に加えて、さらに、内燃機関の排気ガスの熱を蓄熱器に蓄熱する排気ガス熱蓄熱手段を有して構成される。すなわち、本実施形態においては、内燃機関の排気ガスの熱を蓄熱器に蓄熱する排気ガス熱蓄熱手段を有して構成され、改質ガスの熱とともに内燃機関の排気ガスの熱を蓄熱器に蓄熱し、該蓄熱された熱を利用して酸化触媒の昇温を促進する。 FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the overall configuration of the reforming system of the present invention. The reforming system of the embodiment shown in FIG. 8 has an exhaust gas heat storage means for storing heat of the exhaust gas of the internal combustion engine in a heat accumulator in addition to the same configuration as that of the embodiment shown in FIG. Configured. That is, in the present embodiment, it is configured to have an exhaust gas heat storage means for storing the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine in the heat accumulator, and the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine together with the heat of the reformed gas to the heat accumulator. The heat is stored, and the temperature of the oxidation catalyst is promoted using the stored heat.
本実施形態における排気ガス熱蓄熱手段は、内燃機関13からの排気ガスとの間で熱交換を行う熱交換器25が、内燃機関13の排気系に配置されて構成される。そして、排気ガス熱蓄熱手段は、内燃機関13の排気系に配置された熱交換器25と蓄熱器21との間の熱媒体の循環をもたらす循環路に配置された循環ポンプを使用して、熱交換器25により排気ガスの熱を移動して、該移動された熱を蓄熱器21に供給して蓄熱するように構成される。
The exhaust gas heat storage means in the present embodiment is configured by arranging a
このような図8に示される改質システムの構成によれば、生成された改質ガスの熱とともに内燃機関からの排気ガスの熱をも、蓄熱器21に対する蓄熱の熱源として利用することができ、より確実に蓄熱器21に対する蓄熱を可能とする。尚、本実施形態において示された排気ガス熱蓄熱手段は、図1に示された実施形態のみならず、図3や図5や図7に示された実施形態において適用されてよい。
According to the configuration of the reforming system shown in FIG. 8, the heat of the exhaust gas from the internal combustion engine as well as the heat of the generated reformed gas can be used as a heat storage heat source for the
図9は、本発明の改質システムにおける蓄熱器の一実施形態を示す図であって、特に、図1や図5や図8に示される実施形態の改質システムに使用される蓄熱器の一実施形態を示す図である。本実施形態における蓄熱器は、外装筐体61と内装筐体62と断熱層63とを有して構成される。内装筐体62内には、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間の熱媒体64の循環をもたらす循環路の一部が配置され、また、混合ガスあるいは燃料65の出入り口が備えられて構成される。そして、熱媒体により供給された熱を蓄熱すべく、外装筐体61と内装筐体62との間には断熱層63が形成される。本実施形態においては、断熱層63は真空空間として形成されるものとする。しかしながら、これに限定されることはなく、断熱層63の形態は、設計仕様などにより適当に決定され、例えば、断熱材が充填されるような構成とされてもよい。また、本実施形態においては、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間を循環する熱媒体として、例えば、水や溶融塩やシリコンオイルなどが適用されるものとする。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of a heat accumulator in the reforming system of the present invention, and in particular, a heat accumulator used in the reforming system of the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 5 and FIG. It is a figure which shows one Embodiment. The heat accumulator in the present embodiment includes an
図10は、本発明の改質システムにおける蓄熱器の別の一実施形態を示す図であって、特に、図3や図7に示される実施形態の改質システムに使用される蓄熱器の一実施形態を示す図である。本実施形態における蓄熱器は、所謂化学蓄熱による蓄熱を行うように構成されるものであり、外装筐体71と、該外装筐体71とバルブ73を介して流体連通されるアンモニア(NH3)の貯蔵室72とを有して構成される。
FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the heat accumulator in the reforming system of the present invention, and in particular, one heat accumulator used in the reforming system of the embodiment shown in FIG. 3 and FIG. It is a figure which shows embodiment. The heat accumulator in the present embodiment is configured to perform heat storage by so-called chemical heat storage, and ammonia (NH 3 ) that is in fluid communication with the
外装筐体71内には、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間の熱媒体75の循環をもたらす循環路の一部と、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間の熱媒体74の循環をもたらす循環路の一部とが配置される。そして、外装筐体71内部には金属塩が充填される。尚、本実施形態においては、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間、および、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間を循環する熱媒体として、例えば、水や溶融塩やシリコンオイルなどが適用されるものとする。
In the
本実施形態においては、酸化触媒の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、貯蔵室72のアンモニアを外装筐体71内に侵入させて、金属塩にアンモニアが吸収される際に生じる反応熱をもたらし、これにより、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間を循環する熱媒体74を加熱し、該加熱された熱媒体74を利用して酸化触媒の昇温を行うように構成される。一方で、蓄熱器に対する蓄熱を行う場合においては、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間を循環する熱媒体75により供給された熱により、金属塩に吸収されていたアンモニアを脱離させて、該脱離されたアンモニアを次の酸化触媒の昇温の際に使用しうるように、貯蔵室72に貯蔵するように構成される。尚、外装筐体71とアンモニア(NH3)の貯蔵室72との間に介設されるバルブ73は、酸化触媒を昇温する際および蓄熱器の蓄熱を行う際に開放され、改質器自体が使用されていない際には閉鎖されているものとする。
In this embodiment, when the temperature of the oxidation catalyst is lower than the predetermined temperature and the temperature of the oxidation catalyst needs to be raised to the predetermined temperature, ammonia in the
図11は、本発明の改質システムにおける蓄熱器の別の一実施形態を示す図であって、特に、図3や図7に示される実施形態の改質システムに使用される蓄熱器の一実施形態を示す図である。本実施形態における蓄熱器は、外装筐体82と内装筐体83と断熱層84とを有して構成される。内装筐体83内には、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間の熱媒体90の循環をもたらす循環路の一部と、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間の熱媒体89の循環をもたらす循環路の一部とが配置される。そして、それぞれの循環路の各出入り口にバルブ85〜87が配置される。生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間を循環する熱媒体90により供給された熱を蓄熱すべく、外装筐体82と内装筐体83との間には断熱層84が形成される。本実施形態においては、断熱層84は真空空間として形成されるものとする。しかしながら、これに限定されることはなく、断熱層84の形態は、設計仕様などにより適当に決定され、例えば、断熱材が充填されるような構成とされてもよい。また、本実施形態においては、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間を循環する熱媒体90、および、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間を循環する熱媒体89として、例えば、水や溶融塩やシリコンオイルなどが適用されるものとする。
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the heat accumulator in the reforming system of the present invention, and in particular, one of the heat accumulators used in the reforming system of the embodiment shown in FIG. 3 and FIG. It is a figure which shows embodiment. The heat accumulator in the present embodiment includes an
本実施形態においては、酸化触媒の温度が所定温度未満である場合であって酸化触媒の温度を所定温度に昇温する必要がある場合、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間の熱媒体の循環をもたらす循環路の蓄熱器に対する出入り口に配設されたバルブ87、88が閉鎖され、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間の熱媒体の循環をもたらす循環路の蓄熱器に対する出入り口に配設されたバルブ85、86が開放され、蓄熱器の蓄熱により加熱された熱媒体89を利用して酸化触媒の昇温を行うように構成される。一方で、蓄熱器に対する蓄熱を行う場合においては、生成された改質ガスとの熱交換を行う熱交換器5と蓄熱器との間の熱媒体の循環をもたらす循環路の蓄熱器に対する出入り口に配設されたバルブ87、88が開放され、蓄熱器と改質器の入口部あるいは酸化触媒との間の熱媒体の循環をもたらす循環路の蓄熱器に対する出入り口に配設されたバルブ85、86が閉鎖されて蓄熱器に対する蓄熱が実行されるように構成される。
In this embodiment, when the temperature of the oxidation catalyst is lower than the predetermined temperature and the temperature of the oxidation catalyst needs to be raised to the predetermined temperature, heat exchange is performed for heat exchange with the generated reformed gas.
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システムによれば、オートサーマル方式の改質装置において、熱交換器により高温の改質ガスから移動された熱の供給を受けて蓄熱しておくことができる蓄熱器を構成配置することで、改質触媒の改質可能温度への到達時間の更なる短縮化を図ることを可能とし、且つ、電力消費という観点においても優れた改質システムを提供することを可能とする。尚、以上において示された実施形態の本発明の改質システムは、内燃機関の吸気系に水素を供給する構成に適用するものとして示されているが、本発明の改質システムは、これに限られることはなく、例えば、燃料電池へ水素を供給する構成などにも適用されてもよい。 As can be understood from the above description, according to the reforming system of the present invention as described above, in the autothermal reforming apparatus, the heat transferred from the high-temperature reformed gas is received by the heat exchanger. It is possible to further shorten the time required for the reforming catalyst to reach the reformable temperature by arranging the heat accumulator that can store the heat and to be excellent in terms of power consumption. It is possible to provide an improved reforming system. Although the reforming system of the present invention of the embodiment shown above is shown as being applied to a configuration for supplying hydrogen to the intake system of an internal combustion engine, the reforming system of the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a configuration for supplying hydrogen to a fuel cell.
1 改質器
2 改質触媒
3 酸化触媒
5 熱交換器
21 蓄熱器
22 循環ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記改質器よりも下流側に配置された熱交換器であって、前記混合ガスの改質により生成された改質ガスとの間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器により前記改質ガスから移動された熱を蓄熱する蓄熱器と、
前記蓄熱器に蓄熱された熱を利用して前記酸化触媒の昇温を促進する触媒昇温手段とを具備する、改質システム。 A reformer that generates hydrogen by introducing a hydrogen-based fuel containing at least hydrogen as a constituent component together with air as a mixed gas from an inlet portion, and reforming the hydrogen-based fuel to generate hydrogen; In a reforming system comprising a reformer having an oxidation catalyst that is disposed upstream of the reforming catalyst and oxidizes in an oxygen atmosphere,
A heat exchanger disposed downstream of the reformer, the heat exchanger performing heat exchange with the reformed gas generated by reforming the mixed gas;
A heat accumulator for accumulating heat transferred from the reformed gas by the heat exchanger;
A reforming system, comprising: a catalyst temperature raising means for promoting the temperature rise of the oxidation catalyst using heat stored in the heat accumulator.
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JP2015215980A (en) * | 2014-05-08 | 2015-12-03 | 三浦工業株式会社 | Fuel cell system |
JP2016046160A (en) * | 2014-08-25 | 2016-04-04 | 三浦工業株式会社 | Fuel battery system |
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