JPH09315801A - 燃料改質方法と燃料改質装置ならびに該燃料改質装置を備えた燃料電池システム - Google Patents
燃料改質方法と燃料改質装置ならびに該燃料改質装置を備えた燃料電池システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置の大型化やシステム構造の複雑化を抑
え、燃料電池システム全体のエネルギ効率を低下させる
ことなく原燃料を改質する。 【解決手段】 原燃料であるメタノールは水と混合され
た後に蒸発器２４において気化され、原燃料ガスとして
改質器２２に供給される。改質器２２はエアタンク３６
から圧縮空気を供給され、ここで原燃料ガスは圧縮空気
と混合される。この改質器２２では、原燃料であるメタ
ノールの酸化反応によって水素と二酸化炭素とが生じ、
メタノールの水蒸気改質反応によってやはり水素と二酸
化炭素とが生じる。このとき吸熱反応である改質反応で
要する熱量は、メタノールの酸化反応によって生じる熱
量で賄われるため、改質器２２には改質反応で要する熱
量を供給するための熱源を備える必要がない。
え、燃料電池システム全体のエネルギ効率を低下させる
ことなく原燃料を改質する。 【解決手段】 原燃料であるメタノールは水と混合され
た後に蒸発器２４において気化され、原燃料ガスとして
改質器２２に供給される。改質器２２はエアタンク３６
から圧縮空気を供給され、ここで原燃料ガスは圧縮空気
と混合される。この改質器２２では、原燃料であるメタ
ノールの酸化反応によって水素と二酸化炭素とが生じ、
メタノールの水蒸気改質反応によってやはり水素と二酸
化炭素とが生じる。このとき吸熱反応である改質反応で
要する熱量は、メタノールの酸化反応によって生じる熱
量で賄われるため、改質器２２には改質反応で要する熱
量を供給するための熱源を備える必要がない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質装置と燃
料改質方法および燃料電池システムに関し、詳しくは、
炭化水素からなる原燃料を水素リッチな燃料ガスに改質
して燃料電池に供給する燃料改質装置と燃料改質方法お
よび燃料電池システムに関する。
料改質方法および燃料電池システムに関し、詳しくは、
炭化水素からなる原燃料を水素リッチな燃料ガスに改質
して燃料電池に供給する燃料改質装置と燃料改質方法お
よび燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料の有する化学エネルギ
を、機械エネルギや熱エネルギを経由することなく直接
電気エネルギに変換する装置であり、高いエネルギ効率
が実現可能である。よく知られた燃料電池の形態として
は、電解質層を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極
（陰極側）に水素を含有する燃料ガスを供給すると共に
他方の電極（陽極側）に酸素を含有する酸化ガスを供給
するものであり、両電極で起きる電気化学反応を利用し
て起電力を得る。以下に、燃料電池で起こる電気化学反
応を表わす式を示す。（１）式はアノードにおける反
応、（２）式はカソードにおける反応を表わし、燃料電
池全体では（３）式に示す反応が進行する。
を、機械エネルギや熱エネルギを経由することなく直接
電気エネルギに変換する装置であり、高いエネルギ効率
が実現可能である。よく知られた燃料電池の形態として
は、電解質層を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極
（陰極側）に水素を含有する燃料ガスを供給すると共に
他方の電極（陽極側）に酸素を含有する酸化ガスを供給
するものであり、両電極で起きる電気化学反応を利用し
て起電力を得る。以下に、燃料電池で起こる電気化学反
応を表わす式を示す。（１）式はアノードにおける反
応、（２）式はカソードにおける反応を表わし、燃料電
池全体では（３）式に示す反応が進行する。
【０００３】 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１） （１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２） Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【０００４】燃料電池は使用する電解質の種類や運転温
度等により分類されるが、これら燃料電池の中で、固体
高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩電解
質型燃料電池などでは、その電解質の性質から、二酸化
炭素を含んだ酸化ガスや燃料ガスを使用することが可能
である。そこで、通常これらの燃料電池では、空気を酸
化ガスとして用い、メタノールや天然ガス等の炭化水素
系の原燃料を水蒸気改質して生成した水素含有ガスを燃
料ガスとして用いている。
度等により分類されるが、これら燃料電池の中で、固体
高分子型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩電解
質型燃料電池などでは、その電解質の性質から、二酸化
炭素を含んだ酸化ガスや燃料ガスを使用することが可能
である。そこで、通常これらの燃料電池では、空気を酸
化ガスとして用い、メタノールや天然ガス等の炭化水素
系の原燃料を水蒸気改質して生成した水素含有ガスを燃
料ガスとして用いている。
【０００５】そのため、このような燃料電池を備える燃
料電池システムには改質器が設けられており、この改質
器において原燃料の改質を行ない燃料ガスを生成してい
る。以下に、改質器における原燃料の改質反応について
説明する。ここでは、メタノールを原燃料とし、これを
水蒸気改質する場合について説明する。
料電池システムには改質器が設けられており、この改質
器において原燃料の改質を行ない燃料ガスを生成してい
る。以下に、改質器における原燃料の改質反応について
説明する。ここでは、メタノールを原燃料とし、これを
水蒸気改質する場合について説明する。
【０００６】 ＣＨ3ＯＨ → ＣＯ＋２Ｈ2−９０．０（kJ/mol） …（４） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋Ｈ2＋４０．５ （kJ/mol） …（５） ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋３Ｈ2−４９．５（kJ/mol） …（６）
【０００７】メタノールを水蒸気改質するときの反応で
は、（４）式で示したメタノールの分解反応と（５）式
で示した一酸化炭素の変成反応とが同時に進行し、全体
として（６）式の反応が起こる。このように、原燃料を
改質する反応は吸熱反応であるため、従来は、改質器に
バーナやヒータ等を設けて加熱を行ない、改質反応に必
要な熱量を供給していた。
は、（４）式で示したメタノールの分解反応と（５）式
で示した一酸化炭素の変成反応とが同時に進行し、全体
として（６）式の反応が起こる。このように、原燃料を
改質する反応は吸熱反応であるため、従来は、改質器に
バーナやヒータ等を設けて加熱を行ない、改質反応に必
要な熱量を供給していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、改質反
応に要する熱量を供給するために上記したような加熱用
のバーナを設ける構成とする場合には、改質器にバーナ
を併設したり、このバーナに燃焼のための燃料や空気等
を供給するための配管を行なう必要があるためにシステ
ム構造の複雑化を招き、装置全体が大型化するという問
題があった。特に、上記燃料電池および改質器を備える
燃料電池システムを、車両駆動用の電源として車両に搭
載する場合のように、燃料電池システムを設置可能なス
ペースが限られているとき等には採用し難い場合があっ
た。また、加熱用にヒータを用いる場合には、上記した
装置の大型化や構造の複雑化などの問題の他に、ヒータ
を駆動するためのエネルギが必要となるためにシステム
全体のエネルギ効率が低下するという問題もあった。例
えば、改質器の加熱を行なうこのヒータに対して、燃料
電池で発電した電力を供給する構成とするならば、ヒー
タに供給するエネルギ量を考慮して燃料電池の容量を予
め大きく設定しておかなくてはならない。
応に要する熱量を供給するために上記したような加熱用
のバーナを設ける構成とする場合には、改質器にバーナ
を併設したり、このバーナに燃焼のための燃料や空気等
を供給するための配管を行なう必要があるためにシステ
ム構造の複雑化を招き、装置全体が大型化するという問
題があった。特に、上記燃料電池および改質器を備える
燃料電池システムを、車両駆動用の電源として車両に搭
載する場合のように、燃料電池システムを設置可能なス
ペースが限られているとき等には採用し難い場合があっ
た。また、加熱用にヒータを用いる場合には、上記した
装置の大型化や構造の複雑化などの問題の他に、ヒータ
を駆動するためのエネルギが必要となるためにシステム
全体のエネルギ効率が低下するという問題もあった。例
えば、改質器の加熱を行なうこのヒータに対して、燃料
電池で発電した電力を供給する構成とするならば、ヒー
タに供給するエネルギ量を考慮して燃料電池の容量を予
め大きく設定しておかなくてはならない。
【０００９】また、従来の改質器では、燃料電池の負荷
が増大して燃料ガスの供給量を増やしたい場合であって
も速やかに対応することが難しいという問題があった。
すなわち、（６）式に示した改質反応は上述したように
吸熱反応であるが、吸熱反応は一般的に反応速度が遅い
ため、改質反応の処理量を急激に増やすことは難しかっ
た。吸熱反応である改質反応は改質器に対する加熱量を
増やすことで活発化することが可能であるが、改質器の
温度が上昇し過ぎると改質器に備えた触媒が劣化するな
どの問題を生じてしまう。また、触媒が劣化しないよう
に加熱量を充分に抑えてしまうと、加熱によって改質反
応を活発化する効果があまり得られなくなってしまう。
予想される必要最大量の改質ガスを容易に生成可能とな
るように改質器の容量を予め充分に確保しておく方法も
考えられるが、この場合には改質器の大型化を招いてし
まうことになり採用し難い。
が増大して燃料ガスの供給量を増やしたい場合であって
も速やかに対応することが難しいという問題があった。
すなわち、（６）式に示した改質反応は上述したように
吸熱反応であるが、吸熱反応は一般的に反応速度が遅い
ため、改質反応の処理量を急激に増やすことは難しかっ
た。吸熱反応である改質反応は改質器に対する加熱量を
増やすことで活発化することが可能であるが、改質器の
温度が上昇し過ぎると改質器に備えた触媒が劣化するな
どの問題を生じてしまう。また、触媒が劣化しないよう
に加熱量を充分に抑えてしまうと、加熱によって改質反
応を活発化する効果があまり得られなくなってしまう。
予想される必要最大量の改質ガスを容易に生成可能とな
るように改質器の容量を予め充分に確保しておく方法も
考えられるが、この場合には改質器の大型化を招いてし
まうことになり採用し難い。
【００１０】さらに、ヒータ等の外部熱源を用いて改質
器の加熱を行なう場合には、改質器内部の温度分布が、
改質器の入り口部近傍では低くなり出口近傍では高くな
ってしまうという問題を生じる。図２１は、加熱用のヒ
ータを備えた改質器の内部における温度分布を表わす図
である。このような改質器では、原燃料であるメタノー
ルと水蒸気とが導入される入り口部においては、吸熱反
応である改質反応の進行にともなって改質器内部の温度
が下降する。この間もヒータは熱量を供給し続けている
が、改質反応による吸熱量が多い間は改質器内部の温度
は下がってしまう。原燃料が次第に消費されて吸熱反応
である改質反応の進行が緩やかになると、ヒータからの
加熱量が吸熱反応で要する熱量に追いつくようになり、
改質器内部の温度は上昇を始める。このように、改質器
の入り口付近で一旦温度が下降してしまうことは、吸熱
反応である改質反応の速度を低下させ、ひいては改質器
の単位容積当たりの効率の低下につながる。また、出口
付近で温度が上昇することは、発熱反応である（５）式
に示すシフト反応を進み難くするため、改質された燃料
ガス中の一酸化炭素濃度を上昇させてしまう。
器の加熱を行なう場合には、改質器内部の温度分布が、
改質器の入り口部近傍では低くなり出口近傍では高くな
ってしまうという問題を生じる。図２１は、加熱用のヒ
ータを備えた改質器の内部における温度分布を表わす図
である。このような改質器では、原燃料であるメタノー
ルと水蒸気とが導入される入り口部においては、吸熱反
応である改質反応の進行にともなって改質器内部の温度
が下降する。この間もヒータは熱量を供給し続けている
が、改質反応による吸熱量が多い間は改質器内部の温度
は下がってしまう。原燃料が次第に消費されて吸熱反応
である改質反応の進行が緩やかになると、ヒータからの
加熱量が吸熱反応で要する熱量に追いつくようになり、
改質器内部の温度は上昇を始める。このように、改質器
の入り口付近で一旦温度が下降してしまうことは、吸熱
反応である改質反応の速度を低下させ、ひいては改質器
の単位容積当たりの効率の低下につながる。また、出口
付近で温度が上昇することは、発熱反応である（５）式
に示すシフト反応を進み難くするため、改質された燃料
ガス中の一酸化炭素濃度を上昇させてしまう。
【００１１】本発明の燃料改質方法と燃料改質装置なら
びに該燃料改質装置を備えた燃料電池システムは、こう
した問題を解決し、装置を大型化したりシステム構造を
複雑化することなく、また、燃料電池システム全体のエ
ネルギ効率を低下させることなく原燃料を改質して、一
酸化炭素濃度の低い燃料ガスを生成することを目的とし
てなされ、次の構成を採った。
びに該燃料改質装置を備えた燃料電池システムは、こう
した問題を解決し、装置を大型化したりシステム構造を
複雑化することなく、また、燃料電池システム全体のエ
ネルギ効率を低下させることなく原燃料を改質して、一
酸化炭素濃度の低い燃料ガスを生成することを目的とし
てなされ、次の構成を採った。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料改質方法は、炭化水素を原燃料とし、所定の
改質部において該原燃料から水素を含む燃料ガスを生成
する改質反応を行なう燃料改質方法において、前記原燃
料を含有する原燃料ガスに酸素を供給して、該原燃料ガ
スの所定の成分について発熱反応である酸化反応を行な
わせ、該所定の成分の酸化反応で放出される熱量を利用
して、吸熱反応である前記原燃料の改質反応を行なうこ
とを要旨とする。
発明の燃料改質方法は、炭化水素を原燃料とし、所定の
改質部において該原燃料から水素を含む燃料ガスを生成
する改質反応を行なう燃料改質方法において、前記原燃
料を含有する原燃料ガスに酸素を供給して、該原燃料ガ
スの所定の成分について発熱反応である酸化反応を行な
わせ、該所定の成分の酸化反応で放出される熱量を利用
して、吸熱反応である前記原燃料の改質反応を行なうこ
とを要旨とする。
【００１３】以上のように構成された本発明の燃料改質
方法は、炭化水素からなる原燃料を含有する原燃料ガス
に対して酸素を供給し、この酸素を用いて原燃料ガスの
所定の成分について発熱反応である酸化反応を行なわせ
る。この所定の成分の酸化反応で放出される熱量を利用
して、吸熱反応である前記原燃料の改質反応を行なっ
て、水素を含む燃料ガスを生成する。
方法は、炭化水素からなる原燃料を含有する原燃料ガス
に対して酸素を供給し、この酸素を用いて原燃料ガスの
所定の成分について発熱反応である酸化反応を行なわせ
る。この所定の成分の酸化反応で放出される熱量を利用
して、吸熱反応である前記原燃料の改質反応を行なっ
て、水素を含む燃料ガスを生成する。
【００１４】このような燃料改質方法によれば、原燃料
を含有する原燃料ガスに対して酸素を供給するため、原
燃料ガスの所定の成分について発熱反応である酸化反応
を行なわせることができる。このような発熱反応である
酸化反応と吸熱反応である前記改質反応とを組み合わ
せ、発熱反応で生じた熱量を吸熱反応で用いることによ
って、前記原燃料の改質反応で要する熱量を供給するた
めに外部から加える熱量を削減することが可能となる。
そのため、このような燃料改質方法に従って改質反応を
行なう燃料改質装置を構成すれば、改質反応で要する熱
量を確保するために燃料改質装置に設ける熱源を小型化
することができると共に、燃料改質装置全体を小型化す
ることが可能となる。
を含有する原燃料ガスに対して酸素を供給するため、原
燃料ガスの所定の成分について発熱反応である酸化反応
を行なわせることができる。このような発熱反応である
酸化反応と吸熱反応である前記改質反応とを組み合わ
せ、発熱反応で生じた熱量を吸熱反応で用いることによ
って、前記原燃料の改質反応で要する熱量を供給するた
めに外部から加える熱量を削減することが可能となる。
そのため、このような燃料改質方法に従って改質反応を
行なう燃料改質装置を構成すれば、改質反応で要する熱
量を確保するために燃料改質装置に設ける熱源を小型化
することができると共に、燃料改質装置全体を小型化す
ることが可能となる。
【００１５】ここで、前記酸化反応に供される前記所定
の成分は前記原燃料であり、前記酸化反応は、前記原燃
料を酸化することによって該原燃料を改質する酸化改質
反応である構成とすることも好ましい。
の成分は前記原燃料であり、前記酸化反応は、前記原燃
料を酸化することによって該原燃料を改質する酸化改質
反応である構成とすることも好ましい。
【００１６】このような場合には、前記原燃料ガスに酸
素が供給されたときに、前記原燃料が酸化される酸化改
質反応が行なわれ、この酸化改質反応で生じた熱量は、
吸熱反応である前記原燃料の改質反応に利用される。こ
のように、原燃料の改質反応で要する熱量を供給する酸
化反応においても原燃料の改質が行なわれて水素が生成
されるため、前記改質反応に熱量を供給するために前記
改質反応以外の反応を行なっても、改質された燃料ガス
の水素分圧が低下してしまうことを抑えることができ
る。
素が供給されたときに、前記原燃料が酸化される酸化改
質反応が行なわれ、この酸化改質反応で生じた熱量は、
吸熱反応である前記原燃料の改質反応に利用される。こ
のように、原燃料の改質反応で要する熱量を供給する酸
化反応においても原燃料の改質が行なわれて水素が生成
されるため、前記改質反応に熱量を供給するために前記
改質反応以外の反応を行なっても、改質された燃料ガス
の水素分圧が低下してしまうことを抑えることができ
る。
【００１７】さらに本発明の燃料改質方法において、前
記改質反応を行なう際、前記原燃料を含有する原燃料ガ
スに対して供給する酸素の割合を、前記原燃料ガスの所
定の成分の酸化反応によって生ずる熱量と、前記改質反
応で要する熱量との関係から決定し、該決定した割合に
相当する量の酸素を前記原燃料ガスと混合して前記酸化
反応に供することとしても良い。
記改質反応を行なう際、前記原燃料を含有する原燃料ガ
スに対して供給する酸素の割合を、前記原燃料ガスの所
定の成分の酸化反応によって生ずる熱量と、前記改質反
応で要する熱量との関係から決定し、該決定した割合に
相当する量の酸素を前記原燃料ガスと混合して前記酸化
反応に供することとしても良い。
【００１８】このような場合には、前記改質反応で要す
る熱量を、前記改質部内部において不足なく用意するこ
とが可能となる。ここで、前記改質反応で要する全熱量
を供給可能となるように所定の量の酸素を前記原燃料ガ
スに供給する構成とするならば、前記改質反応で要する
熱量を確保するために外部から熱量を供給する必要がな
くなる。そのため、このような燃料改質方法に従って改
質反応を行なう燃料改質装置を構成すれば、この燃料改
質装置に熱源を設ける必要がなくなるため燃料改質装置
全体を小型化することが可能となる。さらに、このよう
な熱源が不要となると共にこの熱源を稼働させるための
燃料を供給する配管やエネルギを供給するための配線も
不要となるため、燃料改質装置を備えるシステム全体の
構造を簡素化することができる。
る熱量を、前記改質部内部において不足なく用意するこ
とが可能となる。ここで、前記改質反応で要する全熱量
を供給可能となるように所定の量の酸素を前記原燃料ガ
スに供給する構成とするならば、前記改質反応で要する
熱量を確保するために外部から熱量を供給する必要がな
くなる。そのため、このような燃料改質方法に従って改
質反応を行なう燃料改質装置を構成すれば、この燃料改
質装置に熱源を設ける必要がなくなるため燃料改質装置
全体を小型化することが可能となる。さらに、このよう
な熱源が不要となると共にこの熱源を稼働させるための
燃料を供給する配管やエネルギを供給するための配線も
不要となるため、燃料改質装置を備えるシステム全体の
構造を簡素化することができる。
【００１９】また、原燃料ガスに供給する酸素の量を、
前記酸化反応によって生ずる熱量と、前記改質反応で要
する熱量との関係から決定することにより、前記改質反
応で要する熱量を不足なく用意できるだけでなく、前記
原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で生じる熱量と前記
改質反応で要する熱量とのバランスをとって、余剰の熱
量を発生させないことが可能になる。従って、不必要に
前記改質部を昇温させることによって、放熱などのため
にエネルギが失われるという無駄を抑えることができ
る。
前記酸化反応によって生ずる熱量と、前記改質反応で要
する熱量との関係から決定することにより、前記改質反
応で要する熱量を不足なく用意できるだけでなく、前記
原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で生じる熱量と前記
改質反応で要する熱量とのバランスをとって、余剰の熱
量を発生させないことが可能になる。従って、不必要に
前記改質部を昇温させることによって、放熱などのため
にエネルギが失われるという無駄を抑えることができ
る。
【００２０】さらに、前記酸化反応で発生する熱量と前
記改質反応で要する熱量との関係から供給する酸素量を
決定することより、前記酸化反応の割合が不必要に大き
くなることを抑えることができる。これによって、前記
酸化反応によって水素以外の成分が生じる場合や、この
酸化反応によって水素が生じてもメタノール１分子当た
りに生じる水素分子の数が前記改質反応で生じる水素分
子の数よりも少ない場合には、生成される燃料ガス中の
水素分圧が低下するのを抑えることができる。
記改質反応で要する熱量との関係から供給する酸素量を
決定することより、前記酸化反応の割合が不必要に大き
くなることを抑えることができる。これによって、前記
酸化反応によって水素以外の成分が生じる場合や、この
酸化反応によって水素が生じてもメタノール１分子当た
りに生じる水素分子の数が前記改質反応で生じる水素分
子の数よりも少ない場合には、生成される燃料ガス中の
水素分圧が低下するのを抑えることができる。
【００２１】また、本発明の燃料改質方法において、前
記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で発生する熱量に
よって前記改質部に生じる温度分布のピークを低下させ
ると共に、吸熱反応である前記改質反応が活発化される
温度に達する領域を拡大して、前記原燃料ガスの所定の
成分の酸化反応および前記改質反応を行なう構成も好ま
しい。
記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で発生する熱量に
よって前記改質部に生じる温度分布のピークを低下させ
ると共に、吸熱反応である前記改質反応が活発化される
温度に達する領域を拡大して、前記原燃料ガスの所定の
成分の酸化反応および前記改質反応を行なう構成も好ま
しい。
【００２２】このような場合には、前記改質部に生じる
温度分布のピークを低下させることによって、改質部の
温度が上昇し過ぎるために起きる弊害を抑えることがで
きる。例えば、所定以上の高温になることで、改質部に
備えられ前記改質反応を促進する触媒が劣化してしまっ
たり、前記酸化反応および前記改質反応以外の非所望の
反応が起こって、不要な副生成物が生じてしまうことが
ない。また、吸熱反応である前記改質反応が活発化され
る温度に達する領域が拡大されることから、前記改質部
における単位容積当たりの改質反応効率が向上して、こ
の改質部を小型化することが可能となる。
温度分布のピークを低下させることによって、改質部の
温度が上昇し過ぎるために起きる弊害を抑えることがで
きる。例えば、所定以上の高温になることで、改質部に
備えられ前記改質反応を促進する触媒が劣化してしまっ
たり、前記酸化反応および前記改質反応以外の非所望の
反応が起こって、不要な副生成物が生じてしまうことが
ない。また、吸熱反応である前記改質反応が活発化され
る温度に達する領域が拡大されることから、前記改質部
における単位容積当たりの改質反応効率が向上して、こ
の改質部を小型化することが可能となる。
【００２３】さらに、本発明の燃料改質方法において、
前記改質部に備えられ所定の耐熱性を有する第１の触媒
によって、少なくとも前記原燃料ガスの所定の成分の酸
化反応を促進し、該酸化反応を経た前記原燃料ガスを前
記改質部が備える第２の触媒に供し、該第２の触媒によ
って、少なくとも前記改質反応を促進することとしても
良い。
前記改質部に備えられ所定の耐熱性を有する第１の触媒
によって、少なくとも前記原燃料ガスの所定の成分の酸
化反応を促進し、該酸化反応を経た前記原燃料ガスを前
記改質部が備える第２の触媒に供し、該第２の触媒によ
って、少なくとも前記改質反応を促進することとしても
良い。
【００２４】このような燃料改質方法では、所定の耐熱
性を有する第１の触媒によって、発熱を伴う前記原燃料
ガスの所定の成分の酸化反応が促進されるため、酸化反
応が進行することでこの酸化反応が起こっている領域の
温度が上昇しても、第１の触媒が劣化してしまうことが
ない。また、酸化反応が起こっている領域の温度が上昇
しても第１の触媒が劣化し難いことから、この酸化反応
をさらに活発化することによって改質器を小型化するこ
とができる。すなわち、第１の触媒を備える領域におい
て容積当たりの発熱効率を上昇させることで、第１の触
媒を備える領域を小型化しても充分な熱量を発生させる
ことが可能となる。
性を有する第１の触媒によって、発熱を伴う前記原燃料
ガスの所定の成分の酸化反応が促進されるため、酸化反
応が進行することでこの酸化反応が起こっている領域の
温度が上昇しても、第１の触媒が劣化してしまうことが
ない。また、酸化反応が起こっている領域の温度が上昇
しても第１の触媒が劣化し難いことから、この酸化反応
をさらに活発化することによって改質器を小型化するこ
とができる。すなわち、第１の触媒を備える領域におい
て容積当たりの発熱効率を上昇させることで、第１の触
媒を備える領域を小型化しても充分な熱量を発生させる
ことが可能となる。
【００２５】さらに、前記酸化反応を経た前記原燃料ガ
スを第２の触媒に供するため、第２の触媒においては先
の酸化反応で発生した熱量を用いながら吸熱反応である
前記改質反応が進行する。ここで、前記改質反応は炭化
水素から水素を生成する反応であるため、一般にこの改
質反応を構成する反応として、一酸化炭素と水とから二
酸化炭素と水素とを生成する反応を含む。この反応は発
熱を伴うシフト反応であるため、周囲の温度が低い方が
反応は促進される。そのため、第２の触媒の下で前記改
質反応の進行と共に熱量が消費されて改質部の温度が低
下すると、上記したシフト反応が促進されて一酸化炭素
濃度が低減され、一酸化炭素濃度の低い燃料ガスを生成
することができる。
スを第２の触媒に供するため、第２の触媒においては先
の酸化反応で発生した熱量を用いながら吸熱反応である
前記改質反応が進行する。ここで、前記改質反応は炭化
水素から水素を生成する反応であるため、一般にこの改
質反応を構成する反応として、一酸化炭素と水とから二
酸化炭素と水素とを生成する反応を含む。この反応は発
熱を伴うシフト反応であるため、周囲の温度が低い方が
反応は促進される。そのため、第２の触媒の下で前記改
質反応の進行と共に熱量が消費されて改質部の温度が低
下すると、上記したシフト反応が促進されて一酸化炭素
濃度が低減され、一酸化炭素濃度の低い燃料ガスを生成
することができる。
【００２６】本発明の燃料改質装置は、炭化水素を原燃
料とし、該原燃料から水素を含む燃料ガスを生成する改
質反応を行なう燃料改質装置において、前記改質反応が
進行する改質部と、該改質部に対して前記原燃料を含有
する原燃料ガスを供給する原燃料供給手段と、前記原燃
料ガスに対して酸素を供給する酸素供給手段とを備え、
前記改質部は、前記酸素供給手段により供給された酸素
を用いて、前記原燃料ガスの所定の成分について発熱反
応である酸化反応を促進する第１の触媒と、前記原燃料
ガスの所定の成分の酸化反応で生じた熱量を利用して、
吸熱反応である前記改質反応を促進する第２の触媒とを
備えることを要旨とする。
料とし、該原燃料から水素を含む燃料ガスを生成する改
質反応を行なう燃料改質装置において、前記改質反応が
進行する改質部と、該改質部に対して前記原燃料を含有
する原燃料ガスを供給する原燃料供給手段と、前記原燃
料ガスに対して酸素を供給する酸素供給手段とを備え、
前記改質部は、前記酸素供給手段により供給された酸素
を用いて、前記原燃料ガスの所定の成分について発熱反
応である酸化反応を促進する第１の触媒と、前記原燃料
ガスの所定の成分の酸化反応で生じた熱量を利用して、
吸熱反応である前記改質反応を促進する第２の触媒とを
備えることを要旨とする。
【００２７】以上のように構成された燃料改質装置で
は、改質部に対して炭化水素からなる原燃料が供給さ
れ、この原燃料に対して酸素が供給される。改質部で
は、供給された酸素を用い、前記原燃料を含有する原燃
料ガスの所定の成分について、発熱反応である酸化反応
が第１の触媒によって促進される。さらに改質部では、
この酸化反応で生じた熱量を利用して、吸熱反応であっ
て前記原燃料から水素を含む燃料ガスを生成する改質反
応が第２の触媒によって促進される。
は、改質部に対して炭化水素からなる原燃料が供給さ
れ、この原燃料に対して酸素が供給される。改質部で
は、供給された酸素を用い、前記原燃料を含有する原燃
料ガスの所定の成分について、発熱反応である酸化反応
が第１の触媒によって促進される。さらに改質部では、
この酸化反応で生じた熱量を利用して、吸熱反応であっ
て前記原燃料から水素を含む燃料ガスを生成する改質反
応が第２の触媒によって促進される。
【００２８】このような燃料改質装置によれば、原燃料
を含有する原燃料ガスに対して酸素を供給するため、原
燃料ガスの所定の成分について発熱反応である酸化反応
を行なわせることができる。このように燃料改質装置内
部で発熱反応を進行させるため、この燃料改質装置内部
で発生する熱量を利用して吸熱反応である前記原燃料の
改質反応を行なうことができ、前記原燃料の改質反応で
要する熱量を供給するために外部から加える熱量を削減
することが可能となる。そのため、改質反応で要する熱
量を確保するために燃料改質装置に設ける熱源を小型化
することができると共に、燃料改質装置全体を小型化す
ることが可能となる。
を含有する原燃料ガスに対して酸素を供給するため、原
燃料ガスの所定の成分について発熱反応である酸化反応
を行なわせることができる。このように燃料改質装置内
部で発熱反応を進行させるため、この燃料改質装置内部
で発生する熱量を利用して吸熱反応である前記原燃料の
改質反応を行なうことができ、前記原燃料の改質反応で
要する熱量を供給するために外部から加える熱量を削減
することが可能となる。そのため、改質反応で要する熱
量を確保するために燃料改質装置に設ける熱源を小型化
することができると共に、燃料改質装置全体を小型化す
ることが可能となる。
【００２９】ここで、前記酸化反応に供される前記所定
の成分は前記原燃料であり、前記酸化反応が、前記原燃
料を酸化することによって該原燃料を改質する酸化改質
反応である構成も好ましい。
の成分は前記原燃料であり、前記酸化反応が、前記原燃
料を酸化することによって該原燃料を改質する酸化改質
反応である構成も好ましい。
【００３０】このような燃料改質装置においては、前記
原燃料ガスに酸素が供給されたときに、前記原燃料が酸
化される酸化改質反応が行なわれ、この酸化改質反応で
生じた熱量は、吸熱反応である前記原燃料の改質反応に
利用される。このように、原燃料の改質反応で要する熱
量を供給する酸化反応においても原燃料の改質が行なわ
れて水素が生成されるため、前記改質反応に熱量を供給
するために前記改質反応以外の反応を行なっても、改質
された燃料ガスの水素分圧が低下してしまうことを抑え
ることができる。
原燃料ガスに酸素が供給されたときに、前記原燃料が酸
化される酸化改質反応が行なわれ、この酸化改質反応で
生じた熱量は、吸熱反応である前記原燃料の改質反応に
利用される。このように、原燃料の改質反応で要する熱
量を供給する酸化反応においても原燃料の改質が行なわ
れて水素が生成されるため、前記改質反応に熱量を供給
するために前記改質反応以外の反応を行なっても、改質
された燃料ガスの水素分圧が低下してしまうことを抑え
ることができる。
【００３１】さらに本発明の燃料改質装置において、前
記酸素供給手段は、前記原燃料ガスに対して供給する酸
素の割合を、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応に
よって生じる熱量と、前記改質反応で要する熱量との関
係から決定し、該決定した割合に相当する量の酸素を前
記原燃料ガスに供給する供給酸素量調節手段を備えた構
成も好適である。
記酸素供給手段は、前記原燃料ガスに対して供給する酸
素の割合を、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応に
よって生じる熱量と、前記改質反応で要する熱量との関
係から決定し、該決定した割合に相当する量の酸素を前
記原燃料ガスに供給する供給酸素量調節手段を備えた構
成も好適である。
【００３２】このような場合には、原燃料ガスに供給す
る酸素の量を、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応
によって生ずる熱量と、前記改質反応で要する熱量との
関係から決定するため、前記改質反応で要する熱量を、
前記改質部内部において不足なく用意することができ
る。ここで、前記改質反応で要する全熱量を供給可能と
なるように所定の量の酸素を前記原燃料ガスに供給する
構成とするならば、前記改質反応で要する熱量を確保す
るための熱源を設ける必要がなくなるため、燃料改質装
置全体を小型化することが可能となる。さらに、このよ
うな熱源が不要となると共にこの熱源を稼働させるため
の燃料を供給する配管やエネルギを供給するための配線
も不要となるため、燃料改質装置を備えるシステム全体
の構造を簡素化することができる。
る酸素の量を、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応
によって生ずる熱量と、前記改質反応で要する熱量との
関係から決定するため、前記改質反応で要する熱量を、
前記改質部内部において不足なく用意することができ
る。ここで、前記改質反応で要する全熱量を供給可能と
なるように所定の量の酸素を前記原燃料ガスに供給する
構成とするならば、前記改質反応で要する熱量を確保す
るための熱源を設ける必要がなくなるため、燃料改質装
置全体を小型化することが可能となる。さらに、このよ
うな熱源が不要となると共にこの熱源を稼働させるため
の燃料を供給する配管やエネルギを供給するための配線
も不要となるため、燃料改質装置を備えるシステム全体
の構造を簡素化することができる。
【００３３】また、原燃料ガスに供給する酸素の量を、
前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって生ずる
熱量と、前記改質反応で要する熱量との関係から決定す
ることにより、前記改質反応で要する熱量を不足なく用
意できるだけでなく、前記原燃料ガスの所定の成分の酸
化反応で生じる熱量と前記改質反応で要する熱量とのバ
ランスをとって、余剰の熱量を発生させないことが可能
になる。従って、不必要に前記改質部を昇温させること
によって、放熱などのためにエネルギが失われるという
無駄を抑えることができる。
前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって生ずる
熱量と、前記改質反応で要する熱量との関係から決定す
ることにより、前記改質反応で要する熱量を不足なく用
意できるだけでなく、前記原燃料ガスの所定の成分の酸
化反応で生じる熱量と前記改質反応で要する熱量とのバ
ランスをとって、余剰の熱量を発生させないことが可能
になる。従って、不必要に前記改質部を昇温させること
によって、放熱などのためにエネルギが失われるという
無駄を抑えることができる。
【００３４】さらに、前記酸化反応で発生する熱量と前
記改質反応で要する熱量との関係から供給する酸素量を
決定することより、前記酸化反応の割合が不必要に大き
くなることを抑えることができる。これによって、前記
酸化反応によって燃料電池の電池反応と無関係な成分が
生じる場合や、前記酸化反応によって水素が生じてもメ
タノール１分子当たり生じる水素分子の数が前記改質反
応で生じる水素分子の数よりも少ない場合には、燃料改
質装置で生成される燃料ガス中の水素分圧が低下するの
を抑えることができる。
記改質反応で要する熱量との関係から供給する酸素量を
決定することより、前記酸化反応の割合が不必要に大き
くなることを抑えることができる。これによって、前記
酸化反応によって燃料電池の電池反応と無関係な成分が
生じる場合や、前記酸化反応によって水素が生じてもメ
タノール１分子当たり生じる水素分子の数が前記改質反
応で生じる水素分子の数よりも少ない場合には、燃料改
質装置で生成される燃料ガス中の水素分圧が低下するの
を抑えることができる。
【００３５】また、本発明の燃料改質装置において、前
記第１の触媒と前記第２の触媒とが同一物質であり、前
記改質部は前記第１および前記第２の触媒によって形成
される均質な触媒層を備える構成も好適である。
記第１の触媒と前記第２の触媒とが同一物質であり、前
記改質部は前記第１および前記第２の触媒によって形成
される均質な触媒層を備える構成も好適である。
【００３６】このような燃料改質装置では、前記第１の
触媒と前記第２の触媒とが同一物質であるため、単一の
触媒によって、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応
と前記改質反応とが促進される。ここで、この単一の触
媒は均質な触媒層を形成するため、燃料改質装置の構成
を単純化することができ、この燃料改質装置の製造が容
易になる。さらに、前記酸化反応が進行する領域で同時
に前記改質反応をも進行し得るため、発熱反応と同時に
吸熱反応を行なわせて燃料改質装置の容積当たりの改質
効率を向上することができる。改質反応効率を向上する
ことによって、燃料改質装置を小型化することも可能と
なる。また、前記酸化反応と前記改質反応とが同時に起
こっている領域では生じた熱量がその場で消費されるた
め、酸化反応で生じた熱量を改質反応が起こる領域に伝
えることによる放熱損失を抑えることもできる。
触媒と前記第２の触媒とが同一物質であるため、単一の
触媒によって、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応
と前記改質反応とが促進される。ここで、この単一の触
媒は均質な触媒層を形成するため、燃料改質装置の構成
を単純化することができ、この燃料改質装置の製造が容
易になる。さらに、前記酸化反応が進行する領域で同時
に前記改質反応をも進行し得るため、発熱反応と同時に
吸熱反応を行なわせて燃料改質装置の容積当たりの改質
効率を向上することができる。改質反応効率を向上する
ことによって、燃料改質装置を小型化することも可能と
なる。また、前記酸化反応と前記改質反応とが同時に起
こっている領域では生じた熱量がその場で消費されるた
め、酸化反応で生じた熱量を改質反応が起こる領域に伝
えることによる放熱損失を抑えることもできる。
【００３７】また、本発明の燃料改質装置において、前
記第１の触媒は、所定の耐熱性および／または高温下で
の耐久性を備え、前記第２の触媒が配された位置より
も、前記改質部に対して前記原燃料ガスが供給される入
り口部側に配置されたこととしても良い。
記第１の触媒は、所定の耐熱性および／または高温下で
の耐久性を備え、前記第２の触媒が配された位置より
も、前記改質部に対して前記原燃料ガスが供給される入
り口部側に配置されたこととしても良い。
【００３８】このような場合には、前記第１の触媒が所
定の耐熱性および／または高温下での耐久性を備えてい
るため、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応によっ
て大量の熱量が発生しても、この第１の触媒が劣化する
おそれがない。従って、改質部において、第１の触媒を
備える領域に対して大量の酸素を供給して前記酸化反応
を活発化し、前記第１の触媒を備える領域の容積当たり
の酸化反応の効率を向上させることができるため、改質
部ひいては燃料改質装置を小型化することが可能とな
る。また、燃料改質装置を耐久性に優れたものにするこ
とができる。
定の耐熱性および／または高温下での耐久性を備えてい
るため、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応によっ
て大量の熱量が発生しても、この第１の触媒が劣化する
おそれがない。従って、改質部において、第１の触媒を
備える領域に対して大量の酸素を供給して前記酸化反応
を活発化し、前記第１の触媒を備える領域の容積当たり
の酸化反応の効率を向上させることができるため、改質
部ひいては燃料改質装置を小型化することが可能とな
る。また、燃料改質装置を耐久性に優れたものにするこ
とができる。
【００３９】さらに、前記第１の触媒が前記第２の触媒
よりも前記改質部の入り口側に配されることから、前記
改質反応に先だって前記酸化反応が行なわれることにな
り、前記改質部の出口側では吸熱反応である前記改質反
応のために温度が低下する。ここで、前記改質反応は炭
化水素から水素を生成する反応であるため、一般にこの
改質反応を構成する反応として、一酸化炭素と水とから
二酸化炭素と水素とを生成する反応を含む。この反応は
発熱を伴うシフト反応であるため、周囲の温度が低い方
が反応は促進される。そのため、前記改質部の出口付近
で前記改質反応の進行と共に熱量が消費されて改質部の
温度が低下すると、上記したシフト反応が促進されて一
酸化炭素濃度が低減され、一酸化炭素濃度の低い燃料ガ
スを生成することができる。
よりも前記改質部の入り口側に配されることから、前記
改質反応に先だって前記酸化反応が行なわれることにな
り、前記改質部の出口側では吸熱反応である前記改質反
応のために温度が低下する。ここで、前記改質反応は炭
化水素から水素を生成する反応であるため、一般にこの
改質反応を構成する反応として、一酸化炭素と水とから
二酸化炭素と水素とを生成する反応を含む。この反応は
発熱を伴うシフト反応であるため、周囲の温度が低い方
が反応は促進される。そのため、前記改質部の出口付近
で前記改質反応の進行と共に熱量が消費されて改質部の
温度が低下すると、上記したシフト反応が促進されて一
酸化炭素濃度が低減され、一酸化炭素濃度の低い燃料ガ
スを生成することができる。
【００４０】さらに本発明の燃料改質装置は、前記改質
部において、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で
発生する熱量によって前記改質部に生じる温度分布のピ
ークを低下させると共に、吸熱反応である前記改質反応
が活発化される温度に達する領域を拡大する温度分布平
均化手段を備えた構成も好ましい。
部において、前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で
発生する熱量によって前記改質部に生じる温度分布のピ
ークを低下させると共に、吸熱反応である前記改質反応
が活発化される温度に達する領域を拡大する温度分布平
均化手段を備えた構成も好ましい。
【００４１】このような場合には、発熱反応である前記
酸化反応が起こるときに、生じた熱量が前記改質部にお
いて平均化されて分布する。従って、改質部において局
所的に温度が上がりすぎることがないため、改質部に備
えた触媒が高温のために劣化してしまうことがない。ま
た、改質部内の温度が平均化されることによって、酸化
改質反応が活発に行なわれていない領域の温度も上昇す
る。このような領域では前記改質反応が行なわれている
が、改質反応は吸熱反応であるため温度が上昇すること
によって活発化される。従って、改質部内の温度を平均
化することによって改質部の単位容積当たりの改質効率
を向上させることができ、燃料改質装置の小型化を図る
ことが可能になる。
酸化反応が起こるときに、生じた熱量が前記改質部にお
いて平均化されて分布する。従って、改質部において局
所的に温度が上がりすぎることがないため、改質部に備
えた触媒が高温のために劣化してしまうことがない。ま
た、改質部内の温度が平均化されることによって、酸化
改質反応が活発に行なわれていない領域の温度も上昇す
る。このような領域では前記改質反応が行なわれている
が、改質反応は吸熱反応であるため温度が上昇すること
によって活発化される。従って、改質部内の温度を平均
化することによって改質部の単位容積当たりの改質効率
を向上させることができ、燃料改質装置の小型化を図る
ことが可能になる。
【００４２】ここで、前記温度分布平均化手段は、前記
改質部における前記原燃料ガスの流れの方向に沿って複
数の前記酸素供給手段を備えてなることとしても良い。
このような場合には、改質部に対する酸素の供給が複数
箇所から行なわれるため、発熱を伴う前記酸化反応の活
性のピークもそれに応じて複数箇所に生じる。そのた
め、改質部に供給する酸素量が同じであっても、一箇所
だけから酸素を供給する場合に比べてピーク時の温度が
低くなり、また、温度上昇がピークとなる箇所が増える
ために所定温度以上となる領域が拡大する。従って、改
質部内で局所的に温度が上がりすぎることがないため触
媒の劣化を防止することができ、また、吸熱反応である
前記改質反応の活発領域を拡大することができるために
改質部における改質効率を向上させることができる。
改質部における前記原燃料ガスの流れの方向に沿って複
数の前記酸素供給手段を備えてなることとしても良い。
このような場合には、改質部に対する酸素の供給が複数
箇所から行なわれるため、発熱を伴う前記酸化反応の活
性のピークもそれに応じて複数箇所に生じる。そのた
め、改質部に供給する酸素量が同じであっても、一箇所
だけから酸素を供給する場合に比べてピーク時の温度が
低くなり、また、温度上昇がピークとなる箇所が増える
ために所定温度以上となる領域が拡大する。従って、改
質部内で局所的に温度が上がりすぎることがないため触
媒の劣化を防止することができ、また、吸熱反応である
前記改質反応の活発領域を拡大することができるために
改質部における改質効率を向上させることができる。
【００４３】また、前記温度分布平均化手段は、前記原
燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって発生した熱量
を、前記改質部内部において伝熱によって分散させる熱
分散手段としてもよい。このような場合には、改質部に
おいて酸素が供給された領域で前記酸化反応が起こって
発熱しても、この生じた熱量が熱分散手段によって改質
部内部に分散される。従って、前記酸化反応による発熱
がピークに達する領域でも生じた熱量が分散されるため
局所的に温度が上がりすぎることがなく、触媒の劣化を
防ぐことができる。また、前記酸化反応によって生じた
熱量が改質部内部に分散して前記酸化反応が活発でない
領域の温度を上昇させるため、これらの領域では吸熱反
応である前記改質反応が活発化されて改質部における容
積当たりの改質効率が向上し、燃料改質装置の小型化が
可能となる。
燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって発生した熱量
を、前記改質部内部において伝熱によって分散させる熱
分散手段としてもよい。このような場合には、改質部に
おいて酸素が供給された領域で前記酸化反応が起こって
発熱しても、この生じた熱量が熱分散手段によって改質
部内部に分散される。従って、前記酸化反応による発熱
がピークに達する領域でも生じた熱量が分散されるため
局所的に温度が上がりすぎることがなく、触媒の劣化を
防ぐことができる。また、前記酸化反応によって生じた
熱量が改質部内部に分散して前記酸化反応が活発でない
領域の温度を上昇させるため、これらの領域では吸熱反
応である前記改質反応が活発化されて改質部における容
積当たりの改質効率が向上し、燃料改質装置の小型化が
可能となる。
【００４４】また、前記温度分布平均化手段は、前記原
燃料ガスおよび酸素が導入される側の領域に存在する前
記触媒の総表面積が、前記改質反応によって生成された
前記燃料ガスが排出される側の領域に存在する前記触媒
の総表面積に比べて小さい前記改質部からなることとし
てもよい。このような場合には、前記原燃料ガスおよび
酸素が導入される側であって触媒の総表面積が小さい側
の領域において、発熱反応である酸化反応の反応速度を
抑えることができる。通常は、吸熱反応である改質反応
よりも発熱反応である酸化反応の方が反応速度反応速度
が速いために、酸素が導入される側の領域では、改質反
応で要する熱量よりも酸化反応で生じる熱量が上回り、
改質部内の温度が上昇する。上記したように、原燃料ガ
スおよび酸素が導入される側の領域で触媒の総表面積を
変えて酸化反応の反応速度を抑えることによって、酸化
反応に起因する温度上昇を緩和して改質部内部の温度分
布を平均化することができる。したがって、改質部に充
填される触媒金属で形成された触媒ペレットの粒子の大
きさを、ガスの導入側と排出側とで異ならせるなどの簡
便な方法によって、装置や配管の複雑化などを伴うこと
なく、改質部内部の温度分布を平均化することができ
る。これによって、改質部内が高温となることに起因す
る触媒の劣化を防止し、改質部内における容積当たりの
改質効率を向上させることが可能となる。
燃料ガスおよび酸素が導入される側の領域に存在する前
記触媒の総表面積が、前記改質反応によって生成された
前記燃料ガスが排出される側の領域に存在する前記触媒
の総表面積に比べて小さい前記改質部からなることとし
てもよい。このような場合には、前記原燃料ガスおよび
酸素が導入される側であって触媒の総表面積が小さい側
の領域において、発熱反応である酸化反応の反応速度を
抑えることができる。通常は、吸熱反応である改質反応
よりも発熱反応である酸化反応の方が反応速度反応速度
が速いために、酸素が導入される側の領域では、改質反
応で要する熱量よりも酸化反応で生じる熱量が上回り、
改質部内の温度が上昇する。上記したように、原燃料ガ
スおよび酸素が導入される側の領域で触媒の総表面積を
変えて酸化反応の反応速度を抑えることによって、酸化
反応に起因する温度上昇を緩和して改質部内部の温度分
布を平均化することができる。したがって、改質部に充
填される触媒金属で形成された触媒ペレットの粒子の大
きさを、ガスの導入側と排出側とで異ならせるなどの簡
便な方法によって、装置や配管の複雑化などを伴うこと
なく、改質部内部の温度分布を平均化することができ
る。これによって、改質部内が高温となることに起因す
る触媒の劣化を防止し、改質部内における容積当たりの
改質効率を向上させることが可能となる。
【００４５】さらに、前記温度分布平均化手段は、前記
原燃料ガスおよび酸素が導入される側が、前記改質反応
によって生成された前記燃料ガスが排出される側よりも
大きな流路断面積を有する前記改質部よりなることとし
てもよい。このような構成とすれば、流路断面積が大き
く形成されたガスの導入側ではガスの流速が遅くなり、
流路断面積が小さく形成されたガスの排出側ではガスの
流速が速くなる。このような改質部では、ガス流速の遅
いガスの導入側の領域において発熱反応である酸化反応
の反応速度を抑えることができる。発熱反応である酸化
反応の反応速度を抑えることによって、改質反応に対す
る酸化反応の相対的な速度が遅くなり、これによって酸
化反応に起因する温度上昇が緩和され、改質部内部の温
度分布が平均化される。したがって、改質部の形状を、
ガスの導入側の流路断面積がガスの排出側の流路断面積
よりも大きくなるように形成するといった簡便な方法に
よって、装置や配管の複雑化などを伴うことなく、改質
部内部の温度分布を平均化することができる。これによ
って、改質部内が高温となることに起因する触媒の劣化
を防止し、改質部内における容積当たりの改質効率を向
上させることが可能となる。
原燃料ガスおよび酸素が導入される側が、前記改質反応
によって生成された前記燃料ガスが排出される側よりも
大きな流路断面積を有する前記改質部よりなることとし
てもよい。このような構成とすれば、流路断面積が大き
く形成されたガスの導入側ではガスの流速が遅くなり、
流路断面積が小さく形成されたガスの排出側ではガスの
流速が速くなる。このような改質部では、ガス流速の遅
いガスの導入側の領域において発熱反応である酸化反応
の反応速度を抑えることができる。発熱反応である酸化
反応の反応速度を抑えることによって、改質反応に対す
る酸化反応の相対的な速度が遅くなり、これによって酸
化反応に起因する温度上昇が緩和され、改質部内部の温
度分布が平均化される。したがって、改質部の形状を、
ガスの導入側の流路断面積がガスの排出側の流路断面積
よりも大きくなるように形成するといった簡便な方法に
よって、装置や配管の複雑化などを伴うことなく、改質
部内部の温度分布を平均化することができる。これによ
って、改質部内が高温となることに起因する触媒の劣化
を防止し、改質部内における容積当たりの改質効率を向
上させることが可能となる。
【００４６】ここで、改質部の流路断面積とは、改質部
においてガスの流れ方向に垂直な面をいう。したがっ
て、ガスの流れ方向に垂直な面の面積が次第に小さくな
る構成となっていればよく、ガスの導入側の流路断面積
をガスの排出側の流路断面積よりも大きくなるように形
成した改質部においては、ガスの流れ方向が必ずしも一
方向である必要はない。例えば、改質部を円柱状に形成
し、円柱の外周面方向からガスを導入して円柱の中心軸
方向にガスを排出する構成としても、ガスの流れ方向に
垂直な面の面積を次第に小さくすることができる。
においてガスの流れ方向に垂直な面をいう。したがっ
て、ガスの流れ方向に垂直な面の面積が次第に小さくな
る構成となっていればよく、ガスの導入側の流路断面積
をガスの排出側の流路断面積よりも大きくなるように形
成した改質部においては、ガスの流れ方向が必ずしも一
方向である必要はない。例えば、改質部を円柱状に形成
し、円柱の外周面方向からガスを導入して円柱の中心軸
方向にガスを排出する構成としても、ガスの流れ方向に
垂直な面の面積を次第に小さくすることができる。
【００４７】本発明の燃料電池システムは、本発明の燃
料改質装置と、該燃料改質装置から前記燃料ガスの供給
を受けて発電を行なう燃料電池とを備えたことを要旨と
する。
料改質装置と、該燃料改質装置から前記燃料ガスの供給
を受けて発電を行なう燃料電池とを備えたことを要旨と
する。
【００４８】このような燃料電池システムによれば、前
記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって生じる熱
量を利用して、吸熱反応である前記改質反応を行なうた
め、改質反応で要する熱量を供給するために外部から供
給する熱量を削減することができる。特に、前記燃料改
質装置において、前記改質部に供給する酸素量を、前記
酸化反応で生じる熱量と前記改質反応で要する熱量との
関係から決定する場合には、前記改質反応で要する全熱
量を前記酸化反応で生じる熱量によって賄うことが可能
となるため、前記改質反応で要する熱量を供給するため
に別途熱源を設ける必要がない。したがって、この燃料
電池システムに備えられた燃料改質装置が熱源を設ける
ことによって大型化することがない。また、加熱のため
の熱源が不要となることから、熱源を稼働させるための
燃料やエネルギを供給することも不要となるため、本発
明の燃料電池システムにおいては、システム全体の構造
の複雑化を抑え、エネルギ効率を向上させることが可能
となる。
記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって生じる熱
量を利用して、吸熱反応である前記改質反応を行なうた
め、改質反応で要する熱量を供給するために外部から供
給する熱量を削減することができる。特に、前記燃料改
質装置において、前記改質部に供給する酸素量を、前記
酸化反応で生じる熱量と前記改質反応で要する熱量との
関係から決定する場合には、前記改質反応で要する全熱
量を前記酸化反応で生じる熱量によって賄うことが可能
となるため、前記改質反応で要する熱量を供給するため
に別途熱源を設ける必要がない。したがって、この燃料
電池システムに備えられた燃料改質装置が熱源を設ける
ことによって大型化することがない。また、加熱のため
の熱源が不要となることから、熱源を稼働させるための
燃料やエネルギを供給することも不要となるため、本発
明の燃料電池システムにおいては、システム全体の構造
の複雑化を抑え、エネルギ効率を向上させることが可能
となる。
【００４９】また、この燃料電池システムが備える燃料
改質装置において、その改質部に熱量を伝熱によって分
散させる熱分散手段を設け、生じる温度分布のピークを
低下させると共に、所定温度以上の温度に達する領域を
拡大する構成とするならば、この燃料電池システムが備
える燃料電池の負荷が急激に増大する場合にも速やかに
対応可能となるという効果を奏する。例えば、燃料電池
システムの起動時など燃料改質装置で行なう改質反応を
急激に活発化したい場合に、大量の原燃料ガスと共にこ
の原燃料ガス量に見合った大量の酸素を供給しても、前
記酸化反応によって生じた熱量は前記熱分散手段によっ
て分散されるので、改質部で一時的、局所的にでも温度
が上がりすぎて触媒劣化などの不都合が生じることがな
い。従って、短時間で多くの燃料ガスを改質することが
でき、速やかに必要量の燃料ガスを燃料電池に供給可能
となる。
改質装置において、その改質部に熱量を伝熱によって分
散させる熱分散手段を設け、生じる温度分布のピークを
低下させると共に、所定温度以上の温度に達する領域を
拡大する構成とするならば、この燃料電池システムが備
える燃料電池の負荷が急激に増大する場合にも速やかに
対応可能となるという効果を奏する。例えば、燃料電池
システムの起動時など燃料改質装置で行なう改質反応を
急激に活発化したい場合に、大量の原燃料ガスと共にこ
の原燃料ガス量に見合った大量の酸素を供給しても、前
記酸化反応によって生じた熱量は前記熱分散手段によっ
て分散されるので、改質部で一時的、局所的にでも温度
が上がりすぎて触媒劣化などの不都合が生じることがな
い。従って、短時間で多くの燃料ガスを改質することが
でき、速やかに必要量の燃料ガスを燃料電池に供給可能
となる。
【００５０】
【発明の他の態様】本発明は、以下のような他の態様を
とることも可能である。すなわち、本発明の第１の態様
としては、本発明の燃料改質方法および燃料改質装置で
あって、前記酸化反応に供される前記所定の成分は、前
記原燃料の分解反応によって生成した一酸化炭素および
／または水素である態様を挙げることができる。
とることも可能である。すなわち、本発明の第１の態様
としては、本発明の燃料改質方法および燃料改質装置で
あって、前記酸化反応に供される前記所定の成分は、前
記原燃料の分解反応によって生成した一酸化炭素および
／または水素である態様を挙げることができる。
【００５１】炭化水素は一般的に分解反応によって一酸
化炭素および水素を生成可能であるため、これら一酸化
炭素および／または水素を酸化するときに生じる熱量を
利用する構成とするならば、本発明の燃料改質方法およ
び燃料改質装置において、広い範囲の炭化水素を原燃料
として利用することが可能となる。
化炭素および水素を生成可能であるため、これら一酸化
炭素および／または水素を酸化するときに生じる熱量を
利用する構成とするならば、本発明の燃料改質方法およ
び燃料改質装置において、広い範囲の炭化水素を原燃料
として利用することが可能となる。
【００５２】また、本発明の第２の態様としては、本発
明の燃料電池システムを車両駆動用の電源として搭載し
た電気自動車を挙げることができる。
明の燃料電池システムを車両駆動用の電源として搭載し
た電気自動車を挙げることができる。
【００５３】このような場合には、本発明の燃料電池シ
ステムが、搭載可能なスペースにも厳しい限界があって
システム全体の重量にも規制のある移動用の電源として
用いられるため、本発明の燃料電池システムの効果をよ
り有利に実現できる。改質装置の内部において、改質反
応を行なうと共に改質反応に要する熱量をも発生させる
ことによって、システム構造の簡素化、軽量化が容易に
達成され、このような電気自動車では、メインテナンス
の軽減、部品点数の低減、組立作業の簡易化、製造コス
トの削減などの効果が得られる。
ステムが、搭載可能なスペースにも厳しい限界があって
システム全体の重量にも規制のある移動用の電源として
用いられるため、本発明の燃料電池システムの効果をよ
り有利に実現できる。改質装置の内部において、改質反
応を行なうと共に改質反応に要する熱量をも発生させる
ことによって、システム構造の簡素化、軽量化が容易に
達成され、このような電気自動車では、メインテナンス
の軽減、部品点数の低減、組立作業の簡易化、製造コス
トの削減などの効果が得られる。
【００５４】
【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図１は、本発明の好適な一実
施例である燃料電池システム２０の構成を例示する概略
構成図である。燃料電池システム２０は、メタノールを
貯留するメタノールタンク２８、水を貯留する水タンク
３０、燃焼ガスを発生するバーナ３４、空気の圧縮を行
なう圧縮機３２、バーナ３４や圧縮機３２を併設した蒸
発器２４、改質反応により燃料ガスを生成する改質器２
２、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減部
２６、電気化学反応により起電力を得る燃料電池４０、
圧縮空気を蓄えるエアタンク３６、圧縮空気を補助的に
供給するコンプレッサ３８、コンピュータにより構成さ
れる制御部５０を主な構成要素とする。まず最初に、燃
料電池システム２０における発電の主体である燃料電池
４０について説明する。
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図１は、本発明の好適な一実
施例である燃料電池システム２０の構成を例示する概略
構成図である。燃料電池システム２０は、メタノールを
貯留するメタノールタンク２８、水を貯留する水タンク
３０、燃焼ガスを発生するバーナ３４、空気の圧縮を行
なう圧縮機３２、バーナ３４や圧縮機３２を併設した蒸
発器２４、改質反応により燃料ガスを生成する改質器２
２、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減部
２６、電気化学反応により起電力を得る燃料電池４０、
圧縮空気を蓄えるエアタンク３６、圧縮空気を補助的に
供給するコンプレッサ３８、コンピュータにより構成さ
れる制御部５０を主な構成要素とする。まず最初に、燃
料電池システム２０における発電の主体である燃料電池
４０について説明する。
【００５５】燃料電池４０は、固体高分子電解質型の燃
料電池であり、構成単位である単セル４８を複数積層し
たスタック構造を有している。図２は、燃料電池４０を
構成する単セル４８の構成を例示する断面図である。単
セル４８は、電解質膜４１と、アノード４２およびカソ
ード４３と、セパレータ４４，４５とから構成されてい
る。
料電池であり、構成単位である単セル４８を複数積層し
たスタック構造を有している。図２は、燃料電池４０を
構成する単セル４８の構成を例示する断面図である。単
セル４８は、電解質膜４１と、アノード４２およびカソ
ード４３と、セパレータ４４，４５とから構成されてい
る。
【００５６】アノード４２およびカソード４３は、電解
質膜４１を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ４４，４５は、このサンド
イッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード４２お
よびカソード４３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの
流路を形成する。アノード４２とセパレータ４４との間
には燃料ガス流路４４Ｐが形成されており、カソード４
３とセパレータ４５との間には酸化ガス流路４５Ｐが形
成されている。セパレータ４４，４５は、図２ではそれ
ぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両
面にリブが形成されており、片面はアノード４２との間
で燃料ガス流路４４Ｐを形成し、他面は隣接する単セル
が備えるカソード４３との間で酸化ガス流路４５Ｐを形
成する。このように、セパレータ４４，４５は、ガス拡
散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する
単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を
果たしている。もとより、単セル４８を積層してスタッ
ク構造を形成する際、スタック構造の両端に位置する２
枚のセパレータは、ガス拡散電極と接する片面にだけリ
ブを形成することとしてもよい。
質膜４１を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ４４，４５は、このサンド
イッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード４２お
よびカソード４３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの
流路を形成する。アノード４２とセパレータ４４との間
には燃料ガス流路４４Ｐが形成されており、カソード４
３とセパレータ４５との間には酸化ガス流路４５Ｐが形
成されている。セパレータ４４，４５は、図２ではそれ
ぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両
面にリブが形成されており、片面はアノード４２との間
で燃料ガス流路４４Ｐを形成し、他面は隣接する単セル
が備えるカソード４３との間で酸化ガス流路４５Ｐを形
成する。このように、セパレータ４４，４５は、ガス拡
散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する
単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を
果たしている。もとより、単セル４８を積層してスタッ
ク構造を形成する際、スタック構造の両端に位置する２
枚のセパレータは、ガス拡散電極と接する片面にだけリ
ブを形成することとしてもよい。
【００５７】ここで、電解質膜４１は、固体高分子材
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）
を使用した。電解質膜４１の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添
加してペースト化し、電解質膜４１上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを
作製し、このシートを電解質膜４１上にプレスする構成
も好適である。
料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）
を使用した。電解質膜４１の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添
加してペースト化し、電解質膜４１上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを
作製し、このシートを電解質膜４１上にプレスする構成
も好適である。
【００５８】アノード４２およびカソード４３は、共に
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード４２およ
びカソード４３をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形
成されている。なお、本実施例では、アノード４２およ
びカソード４３をカーボンクロスにより形成したが、炭
素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
【００５９】セパレータ４４，４５は、ガス不透過の導
電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とし
た緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ４
４，４５はその両面に、平行に配置された複数のリブを
形成しており、既述したように、アノード４２の表面と
で燃料ガス流路４４Ｐを形成し、隣接する単セルのカソ
ード４３の表面とで酸化ガス流路４５Ｐを形成する。こ
こで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面と
もに平行に形成する必要はなく、面毎に直行するなど所
定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は
平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃
料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。
電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とし
た緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ４
４，４５はその両面に、平行に配置された複数のリブを
形成しており、既述したように、アノード４２の表面と
で燃料ガス流路４４Ｐを形成し、隣接する単セルのカソ
ード４３の表面とで酸化ガス流路４５Ｐを形成する。こ
こで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面と
もに平行に形成する必要はなく、面毎に直行するなど所
定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は
平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃
料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。
【００６０】以上、燃料電池４０の基本構造である単セ
ル４８の構成について説明した。実際に燃料電池４０と
して組み立てるときには、セパレータ４４、アノード４
２、電解質膜４１、カソード４３、セパレータ４５の順
序で構成される単セル４８を複数組積層し（本実施例で
は１００組）、その両端に緻密質カーボンや銅板などに
より形成される集電板４６，４７を配置することによっ
て、スタック構造を構成する。
ル４８の構成について説明した。実際に燃料電池４０と
して組み立てるときには、セパレータ４４、アノード４
２、電解質膜４１、カソード４３、セパレータ４５の順
序で構成される単セル４８を複数組積層し（本実施例で
は１００組）、その両端に緻密質カーボンや銅板などに
より形成される集電板４６，４７を配置することによっ
て、スタック構造を構成する。
【００６１】以下、燃料電池システム２０を構成する燃
料電池４０以外の構成要素およびそれらの接続関係につ
いて順次説明する。蒸発器２４は、メタノールタンク２
８および水タンク３０からメタノールと水の供給を受
け、これらメタノールと水とを気化させる装置である。
蒸発器２４は、既述したようにバーナ３４と圧縮機３２
とを併設しているが、後述するように圧縮機３２を介し
てバーナ３４の燃焼熱が導かれ、この燃焼熱が蒸発器２
４の備える図示しない熱交換器に伝えられて、蒸発器２
４に供給されたメタノールと水とを沸騰、気化させる。
料電池４０以外の構成要素およびそれらの接続関係につ
いて順次説明する。蒸発器２４は、メタノールタンク２
８および水タンク３０からメタノールと水の供給を受
け、これらメタノールと水とを気化させる装置である。
蒸発器２４は、既述したようにバーナ３４と圧縮機３２
とを併設しているが、後述するように圧縮機３２を介し
てバーナ３４の燃焼熱が導かれ、この燃焼熱が蒸発器２
４の備える図示しない熱交換器に伝えられて、蒸発器２
４に供給されたメタノールと水とを沸騰、気化させる。
【００６２】メタノールタンク２８から蒸発器２４に原
燃料であるメタノールを送り込むメタノール流路７０に
は第２ポンプ６４が設けられており、蒸発器２４に供給
するメタノール量を調節可能となっている。この第２ポ
ンプ６４は、制御部５０と電気的に接続されており、制
御部５０から出力される信号によって駆動され、蒸発器
２４に供給するメタノール流量を調節する。
燃料であるメタノールを送り込むメタノール流路７０に
は第２ポンプ６４が設けられており、蒸発器２４に供給
するメタノール量を調節可能となっている。この第２ポ
ンプ６４は、制御部５０と電気的に接続されており、制
御部５０から出力される信号によって駆動され、蒸発器
２４に供給するメタノール流量を調節する。
【００６３】水タンク３０から蒸発器２４に水を送り込
む給水路７２には第３ポンプ６５が設けられており、蒸
発器２４に供給する水の量を調節可能となっている。こ
の第３ポンプ６５は、第２ポンプ６４と同じく制御部５
０と電気的に接続されており、制御部５０から出力され
る信号によって駆動され、蒸発器２４に供給する水量を
調節する。上記メタノール流路７０と給水路７２とは合
流して第１燃料供給路７８を形成し、この第１燃料供給
路７８は蒸発器２４に接続する。メタノール流量と水量
とは上記第２ポンプ６４と第３ポンプ６５とによって調
節されるため、所定量ずつ混合されたメタノールと水と
は第１燃料供給路７８を介して蒸発器２４に供給され
る。
む給水路７２には第３ポンプ６５が設けられており、蒸
発器２４に供給する水の量を調節可能となっている。こ
の第３ポンプ６５は、第２ポンプ６４と同じく制御部５
０と電気的に接続されており、制御部５０から出力され
る信号によって駆動され、蒸発器２４に供給する水量を
調節する。上記メタノール流路７０と給水路７２とは合
流して第１燃料供給路７８を形成し、この第１燃料供給
路７８は蒸発器２４に接続する。メタノール流量と水量
とは上記第２ポンプ６４と第３ポンプ６５とによって調
節されるため、所定量ずつ混合されたメタノールと水と
は第１燃料供給路７８を介して蒸発器２４に供給され
る。
【００６４】蒸発器２４に併設された圧縮機３２は、燃
料電池４０から排出される酸化排ガスを取り込んでこれ
を圧縮し、エアタンク３６に加圧供給するための装置で
ある。圧縮機３２は、タービン３２ａおよびコンプレッ
サ３２ｂを備え、これらは羽根車型に成形されている。
タービン３２ａおよびコンプレッサ３２ｂは同軸上のシ
ャフト３２ｃで連結されており、タービン３２ａを回転
駆動することにより、コンプレッサ３２ｂを回転駆動す
ることができる。蒸発器２４にはさらにバーナ３４が併
設されているが、このバーナ３４からの高温の燃焼ガス
によってタービン３２ａは駆動される。
料電池４０から排出される酸化排ガスを取り込んでこれ
を圧縮し、エアタンク３６に加圧供給するための装置で
ある。圧縮機３２は、タービン３２ａおよびコンプレッ
サ３２ｂを備え、これらは羽根車型に成形されている。
タービン３２ａおよびコンプレッサ３２ｂは同軸上のシ
ャフト３２ｃで連結されており、タービン３２ａを回転
駆動することにより、コンプレッサ３２ｂを回転駆動す
ることができる。蒸発器２４にはさらにバーナ３４が併
設されているが、このバーナ３４からの高温の燃焼ガス
によってタービン３２ａは駆動される。
【００６５】タービン３２ａの回転と共にコンプレッサ
３２ｂも回転し、このコンプレッサ３２ｂは燃料電池シ
ステム２０を循環する酸素を含有するガスの圧縮を行な
う。コンプレッサ３２ｂへは、空気導入路６９を介して
外気が取り込み可能となっており、また、燃料電池４０
の酸素極側から排出される酸化排ガスが酸化排ガス路７
３を介して供給されている。この酸化排ガスは、燃料電
池４０を経由することによって所定の温度に昇温してお
り、所定の圧力をも有しているため、このエネルギを再
利用する目的でこのように再び燃料電池システム２０に
取り込んで、酸素を含有するガスとして再利用してい
る。しかしながら酸化排ガスは燃料電池４０において所
定量の酸素が消費されてしまっているため、含有する酸
素量は空気よりも少ない。また、酸素を含有するガスと
して燃料電池システム２０を循環するガスは、後述する
ようにその所定量がバーナ３４および改質器２２におい
て消費される。そこでコンプレッサ３２ｂは、燃料排ガ
スと共に外気も取り込んで燃料電池システム２０の所定
の部位に供給する酸素量を確保している。このようにコ
ンプレッサ３２ｂで圧縮されるのは、外気と酸化排ガス
との混合気体であるが、以後コンプレッサ３２ｂで圧縮
された気体を圧縮空気と呼ぶことにする。
３２ｂも回転し、このコンプレッサ３２ｂは燃料電池シ
ステム２０を循環する酸素を含有するガスの圧縮を行な
う。コンプレッサ３２ｂへは、空気導入路６９を介して
外気が取り込み可能となっており、また、燃料電池４０
の酸素極側から排出される酸化排ガスが酸化排ガス路７
３を介して供給されている。この酸化排ガスは、燃料電
池４０を経由することによって所定の温度に昇温してお
り、所定の圧力をも有しているため、このエネルギを再
利用する目的でこのように再び燃料電池システム２０に
取り込んで、酸素を含有するガスとして再利用してい
る。しかしながら酸化排ガスは燃料電池４０において所
定量の酸素が消費されてしまっているため、含有する酸
素量は空気よりも少ない。また、酸素を含有するガスと
して燃料電池システム２０を循環するガスは、後述する
ようにその所定量がバーナ３４および改質器２２におい
て消費される。そこでコンプレッサ３２ｂは、燃料排ガ
スと共に外気も取り込んで燃料電池システム２０の所定
の部位に供給する酸素量を確保している。このようにコ
ンプレッサ３２ｂで圧縮されるのは、外気と酸化排ガス
との混合気体であるが、以後コンプレッサ３２ｂで圧縮
された気体を圧縮空気と呼ぶことにする。
【００６６】ここで、タービン３２ａは、バーナ３４か
らの高温の燃焼ガスにより駆動されるので、耐熱性およ
び耐久性を実現するために超耐熱合金やセラミックス等
により形成される。本実施例では、ニッケルベースの合
金（インコネル７００、インコネル社）を使用した。ま
た、コンプレッサ３２ｂは、軽量なアルミニウム合金に
より形成される。
らの高温の燃焼ガスにより駆動されるので、耐熱性およ
び耐久性を実現するために超耐熱合金やセラミックス等
により形成される。本実施例では、ニッケルベースの合
金（インコネル７００、インコネル社）を使用した。ま
た、コンプレッサ３２ｂは、軽量なアルミニウム合金に
より形成される。
【００６７】このように加圧された圧縮空気はエアタン
ク３６に一旦供給された後、後述するようにバーナ３４
や燃料電池４０の酸素極側および改質器２２に供給され
る。なお、エアタンク３６には、エアタンク３６内の空
気圧を測定する圧力センサ６８が設けられており、さら
にエアタンク３６内の空気量が不足するときこれを補う
ためのコンプレッサ３８が併設されている。圧力センサ
６８は、制御部５０と電気的に接続されている。制御部
５０は、この圧力センサ６８からの入力信号を基にエア
タンク３６内の空気量を判断し、空気量が不足であると
判断した場合にはコンプレッサ３８に対して駆動信号を
出力し、エアタンク３６内に供給される圧縮空気量が充
分量となるよう制御する。燃料電池システム２０が定常
状態で運転されているときには、エアタンク３６は圧縮
機３２がら充分量の圧縮空気を供給されることができる
ため、このコンプレッサ３８は、主にシステムの起動時
などに用いられる。
ク３６に一旦供給された後、後述するようにバーナ３４
や燃料電池４０の酸素極側および改質器２２に供給され
る。なお、エアタンク３６には、エアタンク３６内の空
気圧を測定する圧力センサ６８が設けられており、さら
にエアタンク３６内の空気量が不足するときこれを補う
ためのコンプレッサ３８が併設されている。圧力センサ
６８は、制御部５０と電気的に接続されている。制御部
５０は、この圧力センサ６８からの入力信号を基にエア
タンク３６内の空気量を判断し、空気量が不足であると
判断した場合にはコンプレッサ３８に対して駆動信号を
出力し、エアタンク３６内に供給される圧縮空気量が充
分量となるよう制御する。燃料電池システム２０が定常
状態で運転されているときには、エアタンク３６は圧縮
機３２がら充分量の圧縮空気を供給されることができる
ため、このコンプレッサ３８は、主にシステムの起動時
などに用いられる。
【００６８】タービン３２ａを駆動するバーナ３４は、
燃焼のための燃料を、燃料電池４０の陰極側およびメタ
ノールタンク２８から供給される。燃料電池４０は、メ
タノールを改質器２２で改質して生成した水素リッチガ
スを燃料として電気化学反応を行なうが、燃料電池４０
に供給されたすべての水素が消費されるわけではなく、
消費されずに残った水素を含む燃料排ガスは燃料排出路
７４から排出される。バーナ３４は、この燃料排出路７
４に接続して燃料排ガスの供給を受け、消費されずに残
った水素を完全燃焼させて燃料の利用率の向上を図って
いる。このような排燃料だけでは燃料として不足する
分、および燃料電池システム２０の起動時のように燃料
電池４０から排燃料の供給を受けられないときは、バー
ナ３４はメタノールタンク２８からメタノールの供給を
受ける。バーナ３４へメタノールを供給するためにメタ
ノール分岐路７１が設けられている。このメタノール分
岐路７１は、メタノールタンク２８から蒸発器２４にメ
タノールを供給するメタノール流路７０から分岐してい
る。
燃焼のための燃料を、燃料電池４０の陰極側およびメタ
ノールタンク２８から供給される。燃料電池４０は、メ
タノールを改質器２２で改質して生成した水素リッチガ
スを燃料として電気化学反応を行なうが、燃料電池４０
に供給されたすべての水素が消費されるわけではなく、
消費されずに残った水素を含む燃料排ガスは燃料排出路
７４から排出される。バーナ３４は、この燃料排出路７
４に接続して燃料排ガスの供給を受け、消費されずに残
った水素を完全燃焼させて燃料の利用率の向上を図って
いる。このような排燃料だけでは燃料として不足する
分、および燃料電池システム２０の起動時のように燃料
電池４０から排燃料の供給を受けられないときは、バー
ナ３４はメタノールタンク２８からメタノールの供給を
受ける。バーナ３４へメタノールを供給するためにメタ
ノール分岐路７１が設けられている。このメタノール分
岐路７１は、メタノールタンク２８から蒸発器２４にメ
タノールを供給するメタノール流路７０から分岐してい
る。
【００６９】一方バーナ３４は、上記燃焼のための燃料
の他に、燃焼に必要な酸素の供給を受けている。この燃
焼に必要な酸素は、既述したエアタンク３６から第２空
気供給路７６を介して圧縮空気として供給される。この
第２空気供給路７６には第２流量調整器６７が設けられ
ており、この第２流量調整器６７は制御部５０からの駆
動信号を受けて、バーナ３４に供給する圧縮空気量を調
節している。
の他に、燃焼に必要な酸素の供給を受けている。この燃
焼に必要な酸素は、既述したエアタンク３６から第２空
気供給路７６を介して圧縮空気として供給される。この
第２空気供給路７６には第２流量調整器６７が設けられ
ており、この第２流量調整器６７は制御部５０からの駆
動信号を受けて、バーナ３４に供給する圧縮空気量を調
節している。
【００７０】ここで、バーナ３４には第１温度センサ６
０が設けられており、バーナ３４での燃焼熱の温度を測
定して、この測定結果を電気的な信号として制御部５０
に入力している。制御部５０は、この第１温度センサ６
０からの入力結果を基に、第１ポンプ６３および第２流
量調整器６７に駆動信号を出力して、バーナ３４に供給
するメタノール量と圧縮空気量とを調節し、バーナ３４
での燃焼温度を所定の範囲（約８００℃から１０００
℃）に保っている。このバーナ３４における燃焼ガス
は、タービン３２ａを回転駆動したのち蒸発器２４に導
かれる。タービン３２ａでの熱交換効率は余り高くない
ため（約１０％以内）、蒸発器２４に導かれる燃焼排ガ
スの温度は約６００〜７００℃に達し、蒸発器２４の熱
源として充分となる。ここで、既述した第１燃料供給路
７８を介して供給されたメタノールと水との混合溶液
は、蒸発器２４に導かれたバーナ３４の高温燃焼排ガス
によって気化させる。蒸発器２４で気化されたメタノー
ルと水とからなる原燃料ガスは、第２燃料供給路７９に
導かれて改質器２２に伝えられる。
０が設けられており、バーナ３４での燃焼熱の温度を測
定して、この測定結果を電気的な信号として制御部５０
に入力している。制御部５０は、この第１温度センサ６
０からの入力結果を基に、第１ポンプ６３および第２流
量調整器６７に駆動信号を出力して、バーナ３４に供給
するメタノール量と圧縮空気量とを調節し、バーナ３４
での燃焼温度を所定の範囲（約８００℃から１０００
℃）に保っている。このバーナ３４における燃焼ガス
は、タービン３２ａを回転駆動したのち蒸発器２４に導
かれる。タービン３２ａでの熱交換効率は余り高くない
ため（約１０％以内）、蒸発器２４に導かれる燃焼排ガ
スの温度は約６００〜７００℃に達し、蒸発器２４の熱
源として充分となる。ここで、既述した第１燃料供給路
７８を介して供給されたメタノールと水との混合溶液
は、蒸発器２４に導かれたバーナ３４の高温燃焼排ガス
によって気化させる。蒸発器２４で気化されたメタノー
ルと水とからなる原燃料ガスは、第２燃料供給路７９に
導かれて改質器２２に伝えられる。
【００７１】改質器２２は、供給されたメタノールと水
とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガス
を生成する。この改質器２２の構成および改質器２２で
行なわれる改質反応は本発明の要部に対応するものであ
り、後に詳述する。なお、改質器２２にメタノールと水
とからなる原燃料ガスを供給する第２燃料供給路７９に
は第２温度センサ６１が設けられており、改質器２２に
供給されるメタノールと水とからなる原燃料ガスの温度
を測定している。この測定結果は、所定の導電ラインを
介して制御部５０に電気的な信号として入力される。制
御部５０は、バーナ３４での燃焼温度を測定している既
述した第１温度センサ６０からの信号と共にこの第２温
度センサ６１からの信号を入力し、これらの入力信号に
基づいて蒸発器２４内部の状態を判断し、第２ポンプ６
４および第３ポンプ６５を駆動することで蒸発器２４に
供給するメタノール量と水量とを調節して、蒸発器２４
で気化された上記原燃料ガスの温度を調節する。蒸発器
２４から供給される原燃料ガスは、通常約２５０℃に昇
温している。
とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガス
を生成する。この改質器２２の構成および改質器２２で
行なわれる改質反応は本発明の要部に対応するものであ
り、後に詳述する。なお、改質器２２にメタノールと水
とからなる原燃料ガスを供給する第２燃料供給路７９に
は第２温度センサ６１が設けられており、改質器２２に
供給されるメタノールと水とからなる原燃料ガスの温度
を測定している。この測定結果は、所定の導電ラインを
介して制御部５０に電気的な信号として入力される。制
御部５０は、バーナ３４での燃焼温度を測定している既
述した第１温度センサ６０からの信号と共にこの第２温
度センサ６１からの信号を入力し、これらの入力信号に
基づいて蒸発器２４内部の状態を判断し、第２ポンプ６
４および第３ポンプ６５を駆動することで蒸発器２４に
供給するメタノール量と水量とを調節して、蒸発器２４
で気化された上記原燃料ガスの温度を調節する。蒸発器
２４から供給される原燃料ガスは、通常約２５０℃に昇
温している。
【００７２】また、後述するように改質器２２における
改質反応では酸素が関与するが、この改質反応に必要な
酸素を供給するために、エアタンク３６からは第１空気
供給路７５を介して改質器２２に圧縮空気が酸化ガスと
して供給可能となっている。第１空気供給路７５には第
１流量調整器６６が設けられており、所定の導電ライン
を介して制御部５０からの駆動信号を受けて、改質器２
２に供給する酸化ガス量を調節している。
改質反応では酸素が関与するが、この改質反応に必要な
酸素を供給するために、エアタンク３６からは第１空気
供給路７５を介して改質器２２に圧縮空気が酸化ガスと
して供給可能となっている。第１空気供給路７５には第
１流量調整器６６が設けられており、所定の導電ライン
を介して制御部５０からの駆動信号を受けて、改質器２
２に供給する酸化ガス量を調節している。
【００７３】改質器２２で改質された水素リッチな燃料
ガスは、第３燃料供給路８０によってＣＯ低減部２６に
導かれる。第３燃料供給路８０に設けられた第３温度セ
ンサ６２は、改質器２２から排出される燃料ガスの温度
を測定し、この測定結果を所定の導電ラインを介して制
御部５０に電気的な信号として入力する。制御部５０は
第３温度センサ６２からの信号を基に改質器２２内部の
反応温度を判断し、上述した第１流量調整器６６に対し
て駆動信号を出力して改質器２２に供給する空気量を調
節する。後述するように、改質器２２に供給する空気量
を調節することによって、改質器２２で行なわれる改質
反応の状態を制御して改質器２２内部の温度を調節する
ことができる。
ガスは、第３燃料供給路８０によってＣＯ低減部２６に
導かれる。第３燃料供給路８０に設けられた第３温度セ
ンサ６２は、改質器２２から排出される燃料ガスの温度
を測定し、この測定結果を所定の導電ラインを介して制
御部５０に電気的な信号として入力する。制御部５０は
第３温度センサ６２からの信号を基に改質器２２内部の
反応温度を判断し、上述した第１流量調整器６６に対し
て駆動信号を出力して改質器２２に供給する空気量を調
節する。後述するように、改質器２２に供給する空気量
を調節することによって、改質器２２で行なわれる改質
反応の状態を制御して改質器２２内部の温度を調節する
ことができる。
【００７４】ＣＯ低減部２６は、第３燃料供給路８０を
介して改質器２２から供給された燃料ガスの一酸化炭素
濃度を低減させる装置である。メタノールの一般的な改
質反応はすでに（４）式ないし（６）式に示したが、実
際に改質反応が行なわれるときにはこれらの式に表わし
たように理想的に反応が進行するわけではなく、改質器
２２で生成された燃料ガスは所定量の一酸化炭素を含ん
でいる。そこで、ＣＯ低減部２６を設けることで、燃料
電池４０に供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低減
を図っている。
介して改質器２２から供給された燃料ガスの一酸化炭素
濃度を低減させる装置である。メタノールの一般的な改
質反応はすでに（４）式ないし（６）式に示したが、実
際に改質反応が行なわれるときにはこれらの式に表わし
たように理想的に反応が進行するわけではなく、改質器
２２で生成された燃料ガスは所定量の一酸化炭素を含ん
でいる。そこで、ＣＯ低減部２６を設けることで、燃料
電池４０に供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低減
を図っている。
【００７５】本実施例の燃料電池４０は固体高分子型の
燃料電池であって、電池反応を促進する白金または白金
と他の金属とからなる触媒を備えているが（本実施例で
は白金触媒を電解質膜４１の表面に塗布した）、燃料ガ
ス中に一酸化炭素が含まれる場合には、この一酸化炭素
が白金触媒に吸着して触媒としての機能を低下させ、
（１）式に示したアノードにおける反応を阻害して燃料
電池の性能を低下させてしまう。そのため、燃料電池４
０のような固体高分子型の燃料電池を用いて発電を行な
うためには、供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を所
定量以下に低減して電池性能の低下を防ぐことが必須と
なる。なお、このような固体高分子型燃料電池におい
て、供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度としての許
容濃度は数ｐｐｍ程度以下である。
燃料電池であって、電池反応を促進する白金または白金
と他の金属とからなる触媒を備えているが（本実施例で
は白金触媒を電解質膜４１の表面に塗布した）、燃料ガ
ス中に一酸化炭素が含まれる場合には、この一酸化炭素
が白金触媒に吸着して触媒としての機能を低下させ、
（１）式に示したアノードにおける反応を阻害して燃料
電池の性能を低下させてしまう。そのため、燃料電池４
０のような固体高分子型の燃料電池を用いて発電を行な
うためには、供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を所
定量以下に低減して電池性能の低下を防ぐことが必須と
なる。なお、このような固体高分子型燃料電池におい
て、供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度としての許
容濃度は数ｐｐｍ程度以下である。
【００７６】ＣＯ低減部２６に供給される燃料ガスは、
上記したように所定量の一酸化炭素を含有する水素リッ
チガスであり、ＣＯ低減部２６においては、燃料ガス中
の水素に優先して一酸化炭素の酸化が行なわれる。ＣＯ
低減部２６には、一酸化炭素の選択酸化触媒である白金
−ルテニウム合金触媒を担持した担体が充填されてい
る。このＣＯ低減部２６で処理された燃料ガス中の一酸
化炭素濃度は、ＣＯ低減部２６の運転温度、供給される
燃料ガス中の一酸化炭素濃度、ＣＯ低減部２６への単位
触媒体積当たりの燃料ガスの供給流量等によって定ま
る。ＣＯ低減部２６には図示しない一酸化炭素濃度セン
サが設けられており、この測定結果に基づいてＣＯ低減
部２６の運転温度や供給する燃料ガス流量を調節し、処
理後の燃料ガス中の一酸化炭素濃度が数ｐｐｍ以下とな
るように制御している。
上記したように所定量の一酸化炭素を含有する水素リッ
チガスであり、ＣＯ低減部２６においては、燃料ガス中
の水素に優先して一酸化炭素の酸化が行なわれる。ＣＯ
低減部２６には、一酸化炭素の選択酸化触媒である白金
−ルテニウム合金触媒を担持した担体が充填されてい
る。このＣＯ低減部２６で処理された燃料ガス中の一酸
化炭素濃度は、ＣＯ低減部２６の運転温度、供給される
燃料ガス中の一酸化炭素濃度、ＣＯ低減部２６への単位
触媒体積当たりの燃料ガスの供給流量等によって定ま
る。ＣＯ低減部２６には図示しない一酸化炭素濃度セン
サが設けられており、この測定結果に基づいてＣＯ低減
部２６の運転温度や供給する燃料ガス流量を調節し、処
理後の燃料ガス中の一酸化炭素濃度が数ｐｐｍ以下とな
るように制御している。
【００７７】ＣＯ低減部２６で上記のように一酸化炭素
濃度が下げられた燃料ガスは、第４燃料供給路８１によ
って燃料電池４０に導かれ、アノード側における電池反
応に供される。燃料電池４０で電池反応に用いられた後
の燃料排ガスは、既述したように燃料排出路７４に排出
されてバーナ３４に導かれ、この燃料排ガス中に残って
いる水素が燃焼のための燃料として消費される。一方、
燃料電池４０のカソード側における電池反応に関わる酸
化ガスは、エアタンク３６から第３空気供給路７７を介
して圧縮空気として供給される。電池反応に用いられた
残りの酸化排ガスは、酸化排ガス路７３に排出されて圧
縮機３２に導かれ、コンプレッサ３２ｂによって圧縮さ
れて再びエアタンク３６に送り込まれる。
濃度が下げられた燃料ガスは、第４燃料供給路８１によ
って燃料電池４０に導かれ、アノード側における電池反
応に供される。燃料電池４０で電池反応に用いられた後
の燃料排ガスは、既述したように燃料排出路７４に排出
されてバーナ３４に導かれ、この燃料排ガス中に残って
いる水素が燃焼のための燃料として消費される。一方、
燃料電池４０のカソード側における電池反応に関わる酸
化ガスは、エアタンク３６から第３空気供給路７７を介
して圧縮空気として供給される。電池反応に用いられた
残りの酸化排ガスは、酸化排ガス路７３に排出されて圧
縮機３２に導かれ、コンプレッサ３２ｂによって圧縮さ
れて再びエアタンク３６に送り込まれる。
【００７８】制御部５０は、マイクロコンピュータを中
心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定
された制御プログラムに従って所定の演算などを実行す
るＣＰＵ５４と、ＣＰＵ５４で各種演算処理を実行する
のに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納さ
れたＲＯＭ５６と、同じくＣＰＵ５４で各種演算処理を
するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲ
ＡＭ５８と、既述した各種温度センサや圧力センサから
の検出信号を入力すると共にＣＰＵ５４での演算結果に
応じて既述した各種ポンプや流量調整器などに駆動信号
を出力する入出力ポート５２等を備える。
心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定
された制御プログラムに従って所定の演算などを実行す
るＣＰＵ５４と、ＣＰＵ５４で各種演算処理を実行する
のに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納さ
れたＲＯＭ５６と、同じくＣＰＵ５４で各種演算処理を
するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲ
ＡＭ５８と、既述した各種温度センサや圧力センサから
の検出信号を入力すると共にＣＰＵ５４での演算結果に
応じて既述した各種ポンプや流量調整器などに駆動信号
を出力する入出力ポート５２等を備える。
【００７９】次に、本発明の要部に対応する改質器２２
の構成について説明する。図３は、改質器２２の構成を
模式的に表わす説明図である。改質器２２は、改質反応
を促進する触媒金属であるＣｕ−Ｚｎ触媒で形成された
ペレットが充填された改質部２３を備えている。蒸発器
２４で気化されたメタノールと水とからなる原燃料ガス
を、改質器２２に対して供給する第２燃料供給路７９
は、改質器２２との接続部の手前で第１空気供給路７５
と合流する。従って、メタノールと水とからなる上記原
燃料ガスは、酸化ガスとしての圧縮空気が混合されて所
定量の酸素を含有する状態で改質器２２に供給される。
この改質器２２は、改質部２３において上記酸素を含有
する原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する。生成さ
れた燃料ガスは既述したように第３燃料供給路８０を介
して燃料電池４０に供給されて電池反応に供される。
の構成について説明する。図３は、改質器２２の構成を
模式的に表わす説明図である。改質器２２は、改質反応
を促進する触媒金属であるＣｕ−Ｚｎ触媒で形成された
ペレットが充填された改質部２３を備えている。蒸発器
２４で気化されたメタノールと水とからなる原燃料ガス
を、改質器２２に対して供給する第２燃料供給路７９
は、改質器２２との接続部の手前で第１空気供給路７５
と合流する。従って、メタノールと水とからなる上記原
燃料ガスは、酸化ガスとしての圧縮空気が混合されて所
定量の酸素を含有する状態で改質器２２に供給される。
この改質器２２は、改質部２３において上記酸素を含有
する原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する。生成さ
れた燃料ガスは既述したように第３燃料供給路８０を介
して燃料電池４０に供給されて電池反応に供される。
【００８０】ここで、触媒金属であるＣｕ−Ｚｎ触媒で
形成されたペレットとは、銅と酸化亜鉛とを用いて共沈
法によって作成した触媒金属にアルミナなどのバインダ
を加えて、押しだし成形によって直径３〜７ｍｍ程度の
粒子状に成形したものをいう。本実施例では、約３ｍｍ
×３ｍｍ×３ｍｍの大きさに成形したペレットを用い
た。このＣｕ−Ｚｎ触媒からなるペレットは、改質部２
３において均一に充填されている。改質部２３内部に導
入された酸素を含有する上記原燃料ガスは、上記ペレッ
ト表面の触媒金属と接触して改質反応を進行しながら第
３燃料供給路８０に通じる出口方向に向かって移動す
る。なお、改質器２２内に充填する触媒ペレットは、上
記した共沈法の他、含浸法など他の方法によって作成し
たものを用いることとしてもよい。
形成されたペレットとは、銅と酸化亜鉛とを用いて共沈
法によって作成した触媒金属にアルミナなどのバインダ
を加えて、押しだし成形によって直径３〜７ｍｍ程度の
粒子状に成形したものをいう。本実施例では、約３ｍｍ
×３ｍｍ×３ｍｍの大きさに成形したペレットを用い
た。このＣｕ−Ｚｎ触媒からなるペレットは、改質部２
３において均一に充填されている。改質部２３内部に導
入された酸素を含有する上記原燃料ガスは、上記ペレッ
ト表面の触媒金属と接触して改質反応を進行しながら第
３燃料供給路８０に通じる出口方向に向かって移動す
る。なお、改質器２２内に充填する触媒ペレットは、上
記した共沈法の他、含浸法など他の方法によって作成し
たものを用いることとしてもよい。
【００８１】改質器２２で行なわれる改質反応について
以下に説明する。上記したＣｕ−Ｚｎ触媒のもとでメタ
ノールの水蒸気改質を行なうと、通常は既述した（４）
式ないし（６）式に従って反応が起こり、全体として吸
熱反応となる。ここで、本実施例のように、メタノール
と水蒸気の他にさらに酸素を加えてＣｕ−Ｚｎ触媒のも
とで改質反応を行なうと、上記した（４）式ないし
（６）式に従った改質反応の他に、以下に（７）式とし
て示す発熱を伴う改質反応が進行する。
以下に説明する。上記したＣｕ−Ｚｎ触媒のもとでメタ
ノールの水蒸気改質を行なうと、通常は既述した（４）
式ないし（６）式に従って反応が起こり、全体として吸
熱反応となる。ここで、本実施例のように、メタノール
と水蒸気の他にさらに酸素を加えてＣｕ−Ｚｎ触媒のも
とで改質反応を行なうと、上記した（４）式ないし
（６）式に従った改質反応の他に、以下に（７）式とし
て示す発熱を伴う改質反応が進行する。
【００８２】 ＣＨ3ＯＨ＋（１／２）Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2＋１８９．５（kJ/mol） …（７）
【００８３】図３に示すように酸素を含有する原燃料ガ
スを改質器２２に供給すると、改質器２２では、加えた
酸素が消費されて無くなるまでは（７）式に示す発熱反
応が進行し続ける。もとより、（７）式に示す発熱反応
が進行している間も（６）式に示す通常の水蒸気改質反
応は行なわれている。酸素が消費されて（７）式に示す
発熱反応が行なわれなくなった後は、（６）式に示す吸
熱を伴う改質反応だけが行なわれるようになる。ここ
で、改質器２２に供給する原燃料ガスに加える酸素の量
は、原燃料ガスとして供給するメタノール量を基に、
（７）式に示す発熱反応によって（６）式に示す通常の
改質反応に必要な熱量を供給可能となるように設定すれ
ばよい。改質器２２が高温となることにより、生じた熱
量が改質器２２外に散逸する放熱損失などを考慮して
も、改質器２２に導入する圧縮空気中の酸素量は、改質
器２２に導入されるメタノール量の１０から２０％とす
れば、反応に伴う吸熱と発熱とが釣り合う。すなわち、
吸熱反応に要する熱量を、発熱反応によって生じる熱量
で賄うことができるのである。
スを改質器２２に供給すると、改質器２２では、加えた
酸素が消費されて無くなるまでは（７）式に示す発熱反
応が進行し続ける。もとより、（７）式に示す発熱反応
が進行している間も（６）式に示す通常の水蒸気改質反
応は行なわれている。酸素が消費されて（７）式に示す
発熱反応が行なわれなくなった後は、（６）式に示す吸
熱を伴う改質反応だけが行なわれるようになる。ここ
で、改質器２２に供給する原燃料ガスに加える酸素の量
は、原燃料ガスとして供給するメタノール量を基に、
（７）式に示す発熱反応によって（６）式に示す通常の
改質反応に必要な熱量を供給可能となるように設定すれ
ばよい。改質器２２が高温となることにより、生じた熱
量が改質器２２外に散逸する放熱損失などを考慮して
も、改質器２２に導入する圧縮空気中の酸素量は、改質
器２２に導入されるメタノール量の１０から２０％とす
れば、反応に伴う吸熱と発熱とが釣り合う。すなわち、
吸熱反応に要する熱量を、発熱反応によって生じる熱量
で賄うことができるのである。
【００８４】図４に、酸素を含有する原燃料ガスを改質
器２２に供給してこのように改質反応が進行するとき
の、改質器２２における温度分布を示す。改質器２２の
入り口付近では、上述したように（６）式に示す吸熱を
伴う改質反応と共に（７）式に示す発熱反応が進行する
が、反応速度は吸熱反応よりも発熱反応の方が速いため
に発熱量が吸熱量を上回って改質器２２内部の温度が上
昇する。改質器２２内部の温度がピークに達してしばら
くすると改質器２２に供給された酸素は使い果たされ、
その後は（６）式に示す吸熱反応だけが進行する。この
ような吸熱反応を進行するために要する熱量としては、
それまでに（７）式に示す発熱反応によって生じた熱量
が利用される。従って、改質器２２内部の温度がピーク
に達した後は、改質器２２の出口に向かって温度は徐々
に下降する。
器２２に供給してこのように改質反応が進行するとき
の、改質器２２における温度分布を示す。改質器２２の
入り口付近では、上述したように（６）式に示す吸熱を
伴う改質反応と共に（７）式に示す発熱反応が進行する
が、反応速度は吸熱反応よりも発熱反応の方が速いため
に発熱量が吸熱量を上回って改質器２２内部の温度が上
昇する。改質器２２内部の温度がピークに達してしばら
くすると改質器２２に供給された酸素は使い果たされ、
その後は（６）式に示す吸熱反応だけが進行する。この
ような吸熱反応を進行するために要する熱量としては、
それまでに（７）式に示す発熱反応によって生じた熱量
が利用される。従って、改質器２２内部の温度がピーク
に達した後は、改質器２２の出口に向かって温度は徐々
に下降する。
【００８５】以上、改質器２２の構成および動作につい
て説明したが、本発明の改質器２２によれば、外部から
改質器２２に供給する熱量を低減することができるとい
う効果を奏する。改質器２２に供給されるメタノールと
水蒸気からなる原燃料ガスには酸素を含有する圧縮空気
が加えられるため、改質器２２で起こる改質反応として
は、前記（６）式に表わした吸熱反応の他に（７）式に
表わした発熱反応も起きる。改質器２２は既述したよう
に改質触媒であるＣｕ−Ｚｎ触媒が均質に充填された改
質部２３を備えており、上記発熱反応で生じた熱量はこ
の改質部２３内部を拡散するため、（６）式の吸熱反応
で要する熱量として（７）式の発熱反応で生じた熱量を
利用することができる。従って、吸熱反応のために外部
から改質器２２に対して供給する熱量を削減することが
可能となる。
て説明したが、本発明の改質器２２によれば、外部から
改質器２２に供給する熱量を低減することができるとい
う効果を奏する。改質器２２に供給されるメタノールと
水蒸気からなる原燃料ガスには酸素を含有する圧縮空気
が加えられるため、改質器２２で起こる改質反応として
は、前記（６）式に表わした吸熱反応の他に（７）式に
表わした発熱反応も起きる。改質器２２は既述したよう
に改質触媒であるＣｕ−Ｚｎ触媒が均質に充填された改
質部２３を備えており、上記発熱反応で生じた熱量はこ
の改質部２３内部を拡散するため、（６）式の吸熱反応
で要する熱量として（７）式の発熱反応で生じた熱量を
利用することができる。従って、吸熱反応のために外部
から改質器２２に対して供給する熱量を削減することが
可能となる。
【００８６】特に本実施例では、改質器２２に供給する
原燃料ガス中のメタノール量に応じて、吸熱反応で要す
る熱量を発熱反応で生じる熱量によって供給可能となる
ように原燃料ガスに加える酸素量を制御するため、吸熱
反応で要する熱量を供給するための加熱装置を特別に備
える必要がない。そのため、装置が大型化したりシステ
ムが複雑になることがなく、また、改質器２２の加熱の
ためにエネルギを消費してシステム全体のエネルギ効率
が低下することもない。さらに、本実施例の改質器２２
では、改質器２２内部で進行する（６）式の吸熱反応で
要する熱量を、同じく改質器２２内部で進行する（７）
式の発熱反応によって供給するため、所定の距離をおい
た外部の熱源から熱量を供給する場合に比べて伝熱時の
放熱損失が少なくて済み、システム前提のエネルギ効率
の低下を抑えることができる。
原燃料ガス中のメタノール量に応じて、吸熱反応で要す
る熱量を発熱反応で生じる熱量によって供給可能となる
ように原燃料ガスに加える酸素量を制御するため、吸熱
反応で要する熱量を供給するための加熱装置を特別に備
える必要がない。そのため、装置が大型化したりシステ
ムが複雑になることがなく、また、改質器２２の加熱の
ためにエネルギを消費してシステム全体のエネルギ効率
が低下することもない。さらに、本実施例の改質器２２
では、改質器２２内部で進行する（６）式の吸熱反応で
要する熱量を、同じく改質器２２内部で進行する（７）
式の発熱反応によって供給するため、所定の距離をおい
た外部の熱源から熱量を供給する場合に比べて伝熱時の
放熱損失が少なくて済み、システム前提のエネルギ効率
の低下を抑えることができる。
【００８７】また、本実施例の改質器２２では、改質器
２２へメタノールを含む原燃料ガスを導入する入り口付
近で酸素を含有する圧縮空気が加えられるため、改質器
２２内部における温度分布のピークは、改質器２２の中
ほどよりも入り口寄りの位置に見られる。既述したよう
に、改質器２２の内部温度がピークに達して供給された
酸素が使い果たされた後は、吸熱を伴う改質反応である
（６）式に示す反応だけが進行するため、改質器２２の
内部温度は第３燃料供給路８０に通じる出口方向に向か
って下がり続ける。一般に改質反応においては、温度が
低いほうが（５）式で表わしたシフト反応が促進されて
一酸化炭素濃度は低下するが、本実施例の改質器２２で
は、温度を上昇させる発熱反応を改質器２２の入り口付
近で活発に行なって出口付近では温度を低下させる構成
としているため、改質器２２の出口付近では上記シフト
反応が活発化されて、改質した燃料ガス中の一酸化炭素
濃度を低減するという効果を奏する。
２２へメタノールを含む原燃料ガスを導入する入り口付
近で酸素を含有する圧縮空気が加えられるため、改質器
２２内部における温度分布のピークは、改質器２２の中
ほどよりも入り口寄りの位置に見られる。既述したよう
に、改質器２２の内部温度がピークに達して供給された
酸素が使い果たされた後は、吸熱を伴う改質反応である
（６）式に示す反応だけが進行するため、改質器２２の
内部温度は第３燃料供給路８０に通じる出口方向に向か
って下がり続ける。一般に改質反応においては、温度が
低いほうが（５）式で表わしたシフト反応が促進されて
一酸化炭素濃度は低下するが、本実施例の改質器２２で
は、温度を上昇させる発熱反応を改質器２２の入り口付
近で活発に行なって出口付近では温度を低下させる構成
としているため、改質器２２の出口付近では上記シフト
反応が活発化されて、改質した燃料ガス中の一酸化炭素
濃度を低減するという効果を奏する。
【００８８】また、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減
することができることから、ＣＯ低減部２６で処理すべ
き一酸化炭素量が減ることになり、ＣＯ低減部２６を小
容量化することが可能となる。さらに、このＣＯ低減部
２６で一酸化炭素を低減する際に生じる熱量を利用せず
にシステム外に排出する構成とする場合には、このＣＯ
低減部２６で処理すべき一酸化炭素量が減ることによっ
て、利用されずに放出される熱量が減ることになり、シ
ステム全体のエネルギ効率の向上につながる。
することができることから、ＣＯ低減部２６で処理すべ
き一酸化炭素量が減ることになり、ＣＯ低減部２６を小
容量化することが可能となる。さらに、このＣＯ低減部
２６で一酸化炭素を低減する際に生じる熱量を利用せず
にシステム外に排出する構成とする場合には、このＣＯ
低減部２６で処理すべき一酸化炭素量が減ることによっ
て、利用されずに放出される熱量が減ることになり、シ
ステム全体のエネルギ効率の向上につながる。
【００８９】既述したように、改質器２２に導入する圧
縮空気中の酸素量は、改質器２２に導入されるメタノー
ル量の１０から２０％とすれば反応に伴う吸熱と発熱と
が釣り合うが、このような場合には改質器２２に供給さ
れたメタノール量の２０から４０％が（７）式に示した
発熱反応に供されることになる。既述したように発熱反
応は吸熱反応よりも反応速度が速いため、改質器２２で
起こる改質反応として（６）式に示した吸熱反応と共に
（７）式に示した発熱反応を行なう場合には、（６）式
に示した吸熱反応だけで改質を行なう場合に比べて改質
反応の速度が上昇する。本実施例では、上記所定の割合
の原燃料を用いて（７）式に示す発熱反応を行なってい
るため、所定の時間で所望の量の燃料ガスを生成するた
めに必要な改質部２３の容積を小さくすることが可能と
なる。なお、上記したメタノール量に対する酸素量の割
合は、改質器２２における断熱性を向上させて改質器２
２での放熱損失を低く抑えることによって小さくするこ
とが可能である。
縮空気中の酸素量は、改質器２２に導入されるメタノー
ル量の１０から２０％とすれば反応に伴う吸熱と発熱と
が釣り合うが、このような場合には改質器２２に供給さ
れたメタノール量の２０から４０％が（７）式に示した
発熱反応に供されることになる。既述したように発熱反
応は吸熱反応よりも反応速度が速いため、改質器２２で
起こる改質反応として（６）式に示した吸熱反応と共に
（７）式に示した発熱反応を行なう場合には、（６）式
に示した吸熱反応だけで改質を行なう場合に比べて改質
反応の速度が上昇する。本実施例では、上記所定の割合
の原燃料を用いて（７）式に示す発熱反応を行なってい
るため、所定の時間で所望の量の燃料ガスを生成するた
めに必要な改質部２３の容積を小さくすることが可能と
なる。なお、上記したメタノール量に対する酸素量の割
合は、改質器２２における断熱性を向上させて改質器２
２での放熱損失を低く抑えることによって小さくするこ
とが可能である。
【００９０】従来の、（４）ないし（６）式に基づいた
改質反応だけを行なっていた改質器では、供給するメタ
ノール量に対して２から３倍量の水（水蒸気）を改質器
に供給していた。このように水蒸気量を過剰にすること
によって、（５）式に示す反応の平衡状態を変化させて
一酸化炭素濃度を低減し、ひいては（６）式に示す反応
全体の促進を図っている。しかしながら、このように過
剰量の水を供給する場合には、過剰分の水を気化するた
めのエネルギがさらに必要となるため、システム全体の
エネルギ効率は低下する。本実施例の改質器２２では、
（７）式に示した水を要しない反応が所定の割合で行な
われるため、改質器２２に供給する水の量を減らすこと
ができる。例えば、改質器２２に供給されたメタノール
の２０から４０％が（７）式に示す反応に用いられると
きには、加える水の量はメタノール量の１．２から２倍
量で済む。従って、蒸発器２４で気化する水の量を低減
でき、蒸発器２４で水を気化するために要するエネルギ
量を少なくすることが可能となって、システム全体のエ
ネルギ効率を向上することができる。さらに、蒸発器２
４や水タンク３０、あるいはこれらを接続する配管など
をコンパクトにすることが可能となる。
改質反応だけを行なっていた改質器では、供給するメタ
ノール量に対して２から３倍量の水（水蒸気）を改質器
に供給していた。このように水蒸気量を過剰にすること
によって、（５）式に示す反応の平衡状態を変化させて
一酸化炭素濃度を低減し、ひいては（６）式に示す反応
全体の促進を図っている。しかしながら、このように過
剰量の水を供給する場合には、過剰分の水を気化するた
めのエネルギがさらに必要となるため、システム全体の
エネルギ効率は低下する。本実施例の改質器２２では、
（７）式に示した水を要しない反応が所定の割合で行な
われるため、改質器２２に供給する水の量を減らすこと
ができる。例えば、改質器２２に供給されたメタノール
の２０から４０％が（７）式に示す反応に用いられると
きには、加える水の量はメタノール量の１．２から２倍
量で済む。従って、蒸発器２４で気化する水の量を低減
でき、蒸発器２４で水を気化するために要するエネルギ
量を少なくすることが可能となって、システム全体のエ
ネルギ効率を向上することができる。さらに、蒸発器２
４や水タンク３０、あるいはこれらを接続する配管など
をコンパクトにすることが可能となる。
【００９１】ここで、改質器２２内部の温度分布のピー
クを抑え、改質器２２の内部温度を適正範囲に保つ手段
を設ける構成とすることも好ましい。改質器２２では、
供給するメタノール量に応じて供給する酸素の量を決め
ていたが、改質器２２で進行する改質反応の状況に応じ
て供給する酸素量を細かく調節すれば、改質器２２での
温度分布の状態をより良好に保つことが可能となる。こ
のように供給酸素量を調節するには、例えば、改質器２
２内部に第４温度センサ３１を設け、この第４温度セン
サからの検出信号を基に制御部５０が第１流量調整器６
６に駆動信号を出力する構成とすれば良い。このような
構成とすれば、供給酸素量が多くなって改質器２２内部
の温度が上昇したときには、直ちに制御部５０が第１流
量調整器６６を制御して供給する酸素量を減らし、改質
器２２内の温度を適正に保つ。
クを抑え、改質器２２の内部温度を適正範囲に保つ手段
を設ける構成とすることも好ましい。改質器２２では、
供給するメタノール量に応じて供給する酸素の量を決め
ていたが、改質器２２で進行する改質反応の状況に応じ
て供給する酸素量を細かく調節すれば、改質器２２での
温度分布の状態をより良好に保つことが可能となる。こ
のように供給酸素量を調節するには、例えば、改質器２
２内部に第４温度センサ３１を設け、この第４温度セン
サからの検出信号を基に制御部５０が第１流量調整器６
６に駆動信号を出力する構成とすれば良い。このような
構成とすれば、供給酸素量が多くなって改質器２２内部
の温度が上昇したときには、直ちに制御部５０が第１流
量調整器６６を制御して供給する酸素量を減らし、改質
器２２内の温度を適正に保つ。
【００９２】上述したように改質器２２における温度分
布状況に応じて供給する酸素量を制御する場合には、改
質器２２内部の温度が一時的あるいは部分的にでも上昇
し過ぎることによって生じ得る不都合を防止することが
可能となる。改質器２２の内部温度が上昇することに起
因する不都合としては、触媒の劣化と不要な副生成物の
発生とを挙げることができる。
布状況に応じて供給する酸素量を制御する場合には、改
質器２２内部の温度が一時的あるいは部分的にでも上昇
し過ぎることによって生じ得る不都合を防止することが
可能となる。改質器２２の内部温度が上昇することに起
因する不都合としては、触媒の劣化と不要な副生成物の
発生とを挙げることができる。
【００９３】まず、触媒の劣化について説明する。改質
器２２には既述したようにＣｕ−Ｚｎ触媒が充填されて
いるが、このＣｕ−Ｚｎ触媒は、約３００℃を越える高
温下で使用する場合には耐久性が低下するおそれがあ
り、これ以上の高温に曝されるとシンタリングを起こし
て劣化してしまうおそれがある。ここでシンタリングと
は、担体表面に担持された触媒が凝集してしまう現象を
いう。Ｃｕ−Ｚｎ触媒は通常、亜鉛粒子の表面に銅微粒
子が散在する形状をしているが、シンタリングを起こす
と銅微粒子が凝集して粒子が巨大化する。このような現
象が生じると、銅粒子の表面積の低下に伴って触媒の活
性面積が減少してしまうため改質器２２の性能が低下し
てしまう。
器２２には既述したようにＣｕ−Ｚｎ触媒が充填されて
いるが、このＣｕ−Ｚｎ触媒は、約３００℃を越える高
温下で使用する場合には耐久性が低下するおそれがあ
り、これ以上の高温に曝されるとシンタリングを起こし
て劣化してしまうおそれがある。ここでシンタリングと
は、担体表面に担持された触媒が凝集してしまう現象を
いう。Ｃｕ−Ｚｎ触媒は通常、亜鉛粒子の表面に銅微粒
子が散在する形状をしているが、シンタリングを起こす
と銅微粒子が凝集して粒子が巨大化する。このような現
象が生じると、銅粒子の表面積の低下に伴って触媒の活
性面積が減少してしまうため改質器２２の性能が低下し
てしまう。
【００９４】また、もう一つの不都合である副生成物の
発生とは、所定の高温下で改質反応が進行する際に、既
述した正常な反応以外の反応が起こり、メタンが生じた
り、供給した加圧空気中の窒素ガスが反応して窒素酸化
物が生じたりすることをいう。これらの副生成物は、改
質器２２における改質反応温度の範囲では分解されるこ
とがないためそのまま燃料電池４０に供給されてしま
う。特にメタン等の生成量が増えることは燃料ガス中の
水素分圧の低下につながり好ましくない。上記実施例で
はこうした不都合の発生を回避することができる。
発生とは、所定の高温下で改質反応が進行する際に、既
述した正常な反応以外の反応が起こり、メタンが生じた
り、供給した加圧空気中の窒素ガスが反応して窒素酸化
物が生じたりすることをいう。これらの副生成物は、改
質器２２における改質反応温度の範囲では分解されるこ
とがないためそのまま燃料電池４０に供給されてしま
う。特にメタン等の生成量が増えることは燃料ガス中の
水素分圧の低下につながり好ましくない。上記実施例で
はこうした不都合の発生を回避することができる。
【００９５】あるいは、改質器２２の内部温度の検出信
号を制御部５０に入力して酸素供給量を制御する代わり
に、制御部５０を介さずに供給酸素量を調節する構成と
してもよい。例えば、第１流量調整器６６を、改質器２
２の隣接部であって改質器２２内部の温度を反映する部
位に設け、この第１流量調整器６６をバイメタルや形状
記憶合金等によって形成する。このような構成とすれ
ば、第１流量調整器６６が直接改質器２２内部の温度を
感知して、改質器２２に供給する圧縮空気量を調節する
ことが可能となる。以上のように、改質器２２の内部温
度に応じて改質器２２に供給する酸素量を制御すること
によって、改質器２２の内部を常に２５０から３００℃
程度の温度範囲に保ち、上記した触媒の劣化や副生成物
の発生を抑えることが可能となる。
号を制御部５０に入力して酸素供給量を制御する代わり
に、制御部５０を介さずに供給酸素量を調節する構成と
してもよい。例えば、第１流量調整器６６を、改質器２
２の隣接部であって改質器２２内部の温度を反映する部
位に設け、この第１流量調整器６６をバイメタルや形状
記憶合金等によって形成する。このような構成とすれ
ば、第１流量調整器６６が直接改質器２２内部の温度を
感知して、改質器２２に供給する圧縮空気量を調節する
ことが可能となる。以上のように、改質器２２の内部温
度に応じて改質器２２に供給する酸素量を制御すること
によって、改質器２２の内部を常に２５０から３００℃
程度の温度範囲に保ち、上記した触媒の劣化や副生成物
の発生を抑えることが可能となる。
【００９６】また、本実施例では第１空気供給路７５を
第２燃料供給路７９に対して合流させることとし、圧縮
空気は改質器２２が備える改質部２３の直前でメタノー
ルを含む原燃料ガスに加える構成としたが、原燃料ガス
が酸素を含有する状態で改質触媒に到達可能となるなら
ば、圧縮空気を加える位置はどこであってもよい。例え
ば、第１流量調整器６６を備えた第１空気供給路７５を
第１燃料供給路７８と合流させて、蒸発器２４の前にお
いて酸素と原燃料とを混合する構成としても良い。
第２燃料供給路７９に対して合流させることとし、圧縮
空気は改質器２２が備える改質部２３の直前でメタノー
ルを含む原燃料ガスに加える構成としたが、原燃料ガス
が酸素を含有する状態で改質触媒に到達可能となるなら
ば、圧縮空気を加える位置はどこであってもよい。例え
ば、第１流量調整器６６を備えた第１空気供給路７５を
第１燃料供給路７８と合流させて、蒸発器２４の前にお
いて酸素と原燃料とを混合する構成としても良い。
【００９７】あるいは、第１流量調整器６６を備えた第
１空気供給路７５を、図３に示すように第２燃料供給路
７９と合流させる代わりに直接改質器２２に接続して、
圧縮空気を単独で改質部２３内部に導入することとして
も良い。この場合の改質部２３への導入口は、原燃料ガ
スが供給される入り口付近はもちろんのこと、この入り
口部から所定の距離をおいて設けても構わない。この場
合には、（７）式に示す発熱反応による温度上昇のピー
クが改質器２２の出口方向に移動することになる。この
とき、改質器２２に供給する原燃料ガスの温度を充分に
上昇させておけば、改質器２２の入り口付近において吸
熱を伴う改質反応を進行させることが可能となる。もと
より、改質器２２の入り口付近に改質反応に要する熱量
を補給する手段を設けておいても良い。ここで、燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度を抑えるためには、改質器２２の
出口付近の温度が充分低下する位置に圧縮空気の導入口
を設置することが望ましい。
１空気供給路７５を、図３に示すように第２燃料供給路
７９と合流させる代わりに直接改質器２２に接続して、
圧縮空気を単独で改質部２３内部に導入することとして
も良い。この場合の改質部２３への導入口は、原燃料ガ
スが供給される入り口付近はもちろんのこと、この入り
口部から所定の距離をおいて設けても構わない。この場
合には、（７）式に示す発熱反応による温度上昇のピー
クが改質器２２の出口方向に移動することになる。この
とき、改質器２２に供給する原燃料ガスの温度を充分に
上昇させておけば、改質器２２の入り口付近において吸
熱を伴う改質反応を進行させることが可能となる。もと
より、改質器２２の入り口付近に改質反応に要する熱量
を補給する手段を設けておいても良い。ここで、燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度を抑えるためには、改質器２２の
出口付近の温度が充分低下する位置に圧縮空気の導入口
を設置することが望ましい。
【００９８】本実施例の改質器２２では、改質触媒とし
てＣｕ−Ｚｎ触媒を用いたが、この触媒は（４）式ない
し（６）式に示す水蒸気改質の反応と（７）式に示した
発熱を伴う改質反応との両方を促進することができるた
め、改質部２３は単一の触媒を備えるだけで上述した効
果を実現可能となり、改質部２３の構成を単純にするこ
とができた。ここで、改質部２３が備える触媒は、上記
した水蒸気改質の反応と発熱を伴う改質反応とを促進す
ることができれば良く、例えば、Ｐｄ−Ｚｎ触媒等を用
いてもよい。
てＣｕ−Ｚｎ触媒を用いたが、この触媒は（４）式ない
し（６）式に示す水蒸気改質の反応と（７）式に示した
発熱を伴う改質反応との両方を促進することができるた
め、改質部２３は単一の触媒を備えるだけで上述した効
果を実現可能となり、改質部２３の構成を単純にするこ
とができた。ここで、改質部２３が備える触媒は、上記
した水蒸気改質の反応と発熱を伴う改質反応とを促進す
ることができれば良く、例えば、Ｐｄ−Ｚｎ触媒等を用
いてもよい。
【００９９】また、本実施例の改質器２２では、Ｃｕ−
Ｚｎ触媒で形成したペレットを充填して改質部２３を形
成したが、改質部２３をハニカムによって形成する構成
も好適である。この場合には、ハニカムの表面に上記触
媒金属を担持させて改質部２３を構成すれば良い。
Ｚｎ触媒で形成したペレットを充填して改質部２３を形
成したが、改質部２３をハニカムによって形成する構成
も好適である。この場合には、ハニカムの表面に上記触
媒金属を担持させて改質部２３を構成すれば良い。
【０１００】上記実施例では、メタノールを含む原燃料
ガスを改質器２２に供給する際に、予めすべての酸素を
加えておく構成としたが、改質器２２において反応の途
中で酸素をさらに追加する構成も好適である。以下に、
このような構成を第２実施例として説明する。図５は、
第２実施例の燃料電池システムにおける改質器２２ａの
構成を示す説明図である。改質器２２ａを備える燃料電
池システムでは、改質器２２ａを除く構成要素は図１に
示した第１実施例の燃料電池システム２０と共通するた
め詳しい説明を省略し、第１実施例と同一の符号を付し
て以下の第２実施例に関する既述を行なう。なお、第２
実施例の後に説明する第３ないし第６実施例の改質器
も、第２実施例と同じく、第１実施例の燃料電池システ
ム２０と同様の構成を有する燃料電池システムに備えら
れているものとする。
ガスを改質器２２に供給する際に、予めすべての酸素を
加えておく構成としたが、改質器２２において反応の途
中で酸素をさらに追加する構成も好適である。以下に、
このような構成を第２実施例として説明する。図５は、
第２実施例の燃料電池システムにおける改質器２２ａの
構成を示す説明図である。改質器２２ａを備える燃料電
池システムでは、改質器２２ａを除く構成要素は図１に
示した第１実施例の燃料電池システム２０と共通するた
め詳しい説明を省略し、第１実施例と同一の符号を付し
て以下の第２実施例に関する既述を行なう。なお、第２
実施例の後に説明する第３ないし第６実施例の改質器
も、第２実施例と同じく、第１実施例の燃料電池システ
ム２０と同様の構成を有する燃料電池システムに備えら
れているものとする。
【０１０１】この実施例では、第１実施例の改質器２２
と同様に、改質器２２ａに対してメタノールと水とから
なる原燃料ガスを供給する第２燃料供給路７９は、改質
器２２ａとの接続部の手前で第１空気供給路７５と合流
する。従って、メタノールと水とからなる原燃料ガス
は、圧縮空気が混合されて所定量の酸素を含有する状態
で改質器２２ａに供給される。本実施例の改質器２２ａ
では、その長手方向の中ほどよりも入り口よりの位置に
空気供給分岐路８２を接続しており、改質器２２ａに対
して圧縮空気を供給可能としている。ここで、空気供給
分岐路８２は第１空気供給路７５から分岐しており、エ
アタンク３６から圧縮空気の供給を受ける。
と同様に、改質器２２ａに対してメタノールと水とから
なる原燃料ガスを供給する第２燃料供給路７９は、改質
器２２ａとの接続部の手前で第１空気供給路７５と合流
する。従って、メタノールと水とからなる原燃料ガス
は、圧縮空気が混合されて所定量の酸素を含有する状態
で改質器２２ａに供給される。本実施例の改質器２２ａ
では、その長手方向の中ほどよりも入り口よりの位置に
空気供給分岐路８２を接続しており、改質器２２ａに対
して圧縮空気を供給可能としている。ここで、空気供給
分岐路８２は第１空気供給路７５から分岐しており、エ
アタンク３６から圧縮空気の供給を受ける。
【０１０２】改質器２２ａは、改質器２２と同じく改質
触媒であるＣｕ−Ｚｎ触媒で形成されたペレットが充填
されている。この改質器２２ａで改質された燃料ガス
は、やはり改質器２２と同じく第３燃料供給路８０を介
して燃料電池４０に供給される。
触媒であるＣｕ−Ｚｎ触媒で形成されたペレットが充填
されている。この改質器２２ａで改質された燃料ガス
は、やはり改質器２２と同じく第３燃料供給路８０を介
して燃料電池４０に供給される。
【０１０３】図６に、改質器２２ａの入り口からは酸素
を混合した原燃料ガスを導入し、さらに改質器２２ａの
中ほどにおいては圧縮空気を加えて改質反応を行なった
ときの、改質器２２ａにおける温度分布を示す。ここ
で、加えた酸素の量は、改質器２２ａの入り口および中
ほどにおいてそれぞれ等量ずつとした。改質器２２ａの
入り口付近では、第１実施例と同様に（７）式に示す発
熱反応が進行するために改質器２２ａ内部の温度が上昇
する。このとき昇温と共に（６）式に示す吸熱反応も促
進されるが、発熱反応の方が反応速度が速いため改質器
２２ａ内部の温度は上昇を続ける。
を混合した原燃料ガスを導入し、さらに改質器２２ａの
中ほどにおいては圧縮空気を加えて改質反応を行なった
ときの、改質器２２ａにおける温度分布を示す。ここ
で、加えた酸素の量は、改質器２２ａの入り口および中
ほどにおいてそれぞれ等量ずつとした。改質器２２ａの
入り口付近では、第１実施例と同様に（７）式に示す発
熱反応が進行するために改質器２２ａ内部の温度が上昇
する。このとき昇温と共に（６）式に示す吸熱反応も促
進されるが、発熱反応の方が反応速度が速いため改質器
２２ａ内部の温度は上昇を続ける。
【０１０４】改質器２２ａ内部の温度がピークに達する
と、原燃料ガスと共に導入された酸素が使い果たされて
（７）式の発熱反応は終了するが、その後は第１実施例
と同様に（７）式に示す発熱反応によって生じた熱量を
利用して（６）式に示す吸熱反応が続行し、改質器２２
ａの内部温度は低下する。ここで、第２実施例では、再
び空気供給分岐路８２から圧縮空気が供給されるため、
もう一度（７）式に示す発熱反応が進行して改質器２２
ａ内部の温度が上昇する。後から追加された酸素が使い
果たされた後は、改質器２２ａ内では（６）式に示す吸
熱反応だけが進行するようになって、改質器２２ａの出
口に向かって温度は徐々に下降する。
と、原燃料ガスと共に導入された酸素が使い果たされて
（７）式の発熱反応は終了するが、その後は第１実施例
と同様に（７）式に示す発熱反応によって生じた熱量を
利用して（６）式に示す吸熱反応が続行し、改質器２２
ａの内部温度は低下する。ここで、第２実施例では、再
び空気供給分岐路８２から圧縮空気が供給されるため、
もう一度（７）式に示す発熱反応が進行して改質器２２
ａ内部の温度が上昇する。後から追加された酸素が使い
果たされた後は、改質器２２ａ内では（６）式に示す吸
熱反応だけが進行するようになって、改質器２２ａの出
口に向かって温度は徐々に下降する。
【０１０５】第２実施例の改質器２２ａによれば、改質
器２２ａに酸素を供給する際に２回に分けて圧縮空気を
供給しているため、改質器２２ａで起きる改質反応のう
ち（７）式に示す発熱反応のピークも２回に分かれるこ
とになる。従って、改質器２２ａに供給する酸素量の総
量は同じであっても、改質器２２ａ内部の温度分布のピ
ーク時の温度を下げることができる。このように改質器
２２ａにおけるピーク時の温度を下げることが可能にな
ったため、改質器２２ａの内部の温度が部分的あるいは
一時的に上がりすぎることに起因して、触媒が既述した
シンタリング等を起こして劣化してしまうおそれがなく
なった。また、改質器２２ａにおけるピーク時の温度を
低くすることができるようになったため、改質器２２ａ
と周辺外気との温度差に起因する放熱損失を抑えること
が可能となった。放熱損失を抑えることは、発熱反応で
生じた熱量を吸熱反応で利用する利用効率の向上につな
がり、これによって改質器２２ａのさらなる小型化が可
能となって、さらに、システム全体のエネルギ効率も向
上する。
器２２ａに酸素を供給する際に２回に分けて圧縮空気を
供給しているため、改質器２２ａで起きる改質反応のう
ち（７）式に示す発熱反応のピークも２回に分かれるこ
とになる。従って、改質器２２ａに供給する酸素量の総
量は同じであっても、改質器２２ａ内部の温度分布のピ
ーク時の温度を下げることができる。このように改質器
２２ａにおけるピーク時の温度を下げることが可能にな
ったため、改質器２２ａの内部の温度が部分的あるいは
一時的に上がりすぎることに起因して、触媒が既述した
シンタリング等を起こして劣化してしまうおそれがなく
なった。また、改質器２２ａにおけるピーク時の温度を
低くすることができるようになったため、改質器２２ａ
と周辺外気との温度差に起因する放熱損失を抑えること
が可能となった。放熱損失を抑えることは、発熱反応で
生じた熱量を吸熱反応で利用する利用効率の向上につな
がり、これによって改質器２２ａのさらなる小型化が可
能となって、さらに、システム全体のエネルギ効率も向
上する。
【０１０６】上述した改質器２２ａにおいて、酸素を含
有する空気を後から加える位置は、改質器２２ａの長手
方向において中ほどよりも入り口側、好ましくは図５中
ｄ／ｃが１から４程度であることが好適である。このよ
うな構成とすれば、発熱反応のピークを２回に分けるこ
とによる上述した効果が充分に得られると共に、改質器
２２ａの出口付近では内部の温度が充分に下がるために
（５）式のシフト反応が促進され、第３燃料供給路８０
に送り出される燃料ガス中の一酸化炭素濃度を充分に低
下させることができる。
有する空気を後から加える位置は、改質器２２ａの長手
方向において中ほどよりも入り口側、好ましくは図５中
ｄ／ｃが１から４程度であることが好適である。このよ
うな構成とすれば、発熱反応のピークを２回に分けるこ
とによる上述した効果が充分に得られると共に、改質器
２２ａの出口付近では内部の温度が充分に下がるために
（５）式のシフト反応が促進され、第３燃料供給路８０
に送り出される燃料ガス中の一酸化炭素濃度を充分に低
下させることができる。
【０１０７】また、第２実施例の改質器２２ａでは、発
熱のピークを２回に分けたことによって改質器２２ａ内
で所定温度以上に昇温している領域が広がり、これによ
って吸熱反応活発領域も広がった。吸熱反応は、周辺温
度が所定温度以上に上がれば充分に活発化されるもので
あるため、発熱反応によって生じる熱量の総量が同じで
あるならば、発熱反応のピーク時の温度は低くても所定
の温度以上に昇温する領域が広い方が全体として吸熱反
応の効率は上昇することになる。このように吸熱反応活
発領域が広がったことによって改質器２２ａにおける容
積当たりの改質効率が向上することになり、従って改質
器２２ａをさらに小型化することが可能になった。
熱のピークを２回に分けたことによって改質器２２ａ内
で所定温度以上に昇温している領域が広がり、これによ
って吸熱反応活発領域も広がった。吸熱反応は、周辺温
度が所定温度以上に上がれば充分に活発化されるもので
あるため、発熱反応によって生じる熱量の総量が同じで
あるならば、発熱反応のピーク時の温度は低くても所定
の温度以上に昇温する領域が広い方が全体として吸熱反
応の効率は上昇することになる。このように吸熱反応活
発領域が広がったことによって改質器２２ａにおける容
積当たりの改質効率が向上することになり、従って改質
器２２ａをさらに小型化することが可能になった。
【０１０８】上述した第２実施例では、改質器２２ａに
供給すべき空気の量を２等分して別々に改質器２２ａに
供給する構成としたが、この空気の分割比率を可変とし
て、改質器２２ａ内部での温度分布を調節する構成も好
ましい。このような構成は、第１空気供給路７５および
空気供給分岐路８２において、制御部５０によって制御
可能な調整弁を設けることで容易に実現できる。このよ
うに分割供給する酸素の量を制御する場合には、燃料電
池４０の発電量が変化して、改質器２２ａにおける改質
反応の処理量が変化するときにも、改質器２２ａ内部の
ピーク温度や吸熱反応活発領域の広さを調節することが
可能となる。すなわち、所定の位置から供給する酸素の
量を、改質器２２ａに供給する原燃料ガス中のメタノー
ル量に見合った量に制御することによって、改質器２２
ａ内部の温度分布を適切に制御するとともに、改質反応
によって生成した燃料ガス中の一酸化炭素濃度を適正な
範囲内に調節する。これによって、改質器２２ａでの改
質反応の処理量を燃料電池４０の出力状態に対応して速
やかに調節することが可能となり、燃料電池４０に供給
するガス流量の調節も容易となる。
供給すべき空気の量を２等分して別々に改質器２２ａに
供給する構成としたが、この空気の分割比率を可変とし
て、改質器２２ａ内部での温度分布を調節する構成も好
ましい。このような構成は、第１空気供給路７５および
空気供給分岐路８２において、制御部５０によって制御
可能な調整弁を設けることで容易に実現できる。このよ
うに分割供給する酸素の量を制御する場合には、燃料電
池４０の発電量が変化して、改質器２２ａにおける改質
反応の処理量が変化するときにも、改質器２２ａ内部の
ピーク温度や吸熱反応活発領域の広さを調節することが
可能となる。すなわち、所定の位置から供給する酸素の
量を、改質器２２ａに供給する原燃料ガス中のメタノー
ル量に見合った量に制御することによって、改質器２２
ａ内部の温度分布を適切に制御するとともに、改質反応
によって生成した燃料ガス中の一酸化炭素濃度を適正な
範囲内に調節する。これによって、改質器２２ａでの改
質反応の処理量を燃料電池４０の出力状態に対応して速
やかに調節することが可能となり、燃料電池４０に供給
するガス流量の調節も容易となる。
【０１０９】上述したように、第１空気供給路７５およ
び空気供給分岐路８２に設けた調節弁によって改質器２
２ａに供給する酸素量を制御する場合には、燃料電池シ
ステム２０ａの各部にセンサを設け、このセンサからの
検出信号を制御部５０に入力して、この情報を基に制御
部５０が上記調節弁を制御する構成とすれば、精度よく
酸素量の調節を行なうことができる。例えば、改質器２
２ａに改質器２２内部の温度を検出する温度センサを設
けておけば、改質反応のピーク温度が上がりすぎたとき
には、２箇所ある調節弁の両方あるいはいずれか片方か
らの酸素供給量を減らすことで発熱を伴う改質反応を減
らして温度を下げることができる。逆に、改質器２２ａ
の温度が下がり始めたときには酸素供給量を増やして発
熱反応が多く起こるようにすればよい。
び空気供給分岐路８２に設けた調節弁によって改質器２
２ａに供給する酸素量を制御する場合には、燃料電池シ
ステム２０ａの各部にセンサを設け、このセンサからの
検出信号を制御部５０に入力して、この情報を基に制御
部５０が上記調節弁を制御する構成とすれば、精度よく
酸素量の調節を行なうことができる。例えば、改質器２
２ａに改質器２２内部の温度を検出する温度センサを設
けておけば、改質反応のピーク温度が上がりすぎたとき
には、２箇所ある調節弁の両方あるいはいずれか片方か
らの酸素供給量を減らすことで発熱を伴う改質反応を減
らして温度を下げることができる。逆に、改質器２２ａ
の温度が下がり始めたときには酸素供給量を増やして発
熱反応が多く起こるようにすればよい。
【０１１０】また、第３燃料供給路８０に、改質反応に
よって生成した燃料ガス中の一酸化炭素濃度を検出する
ＣＯセンサを設けることとしてもよい。このような構成
とすれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度の変化を知るこ
とができ、一酸化炭素濃度が所定の値以上になったとき
には空気供給分岐路８２からの空気の供給量を減らすこ
とによって、改質器２２ａの出口付近の温度を下げて燃
料ガス中の一酸化炭素濃度を低減できる。さらに、改質
器２２ａに供給する原燃料ガスの流量を検出する流量セ
ンサを第２燃料供給路７９に設けておけば、改質器２２
ａで改質するガスの処理量が変化したときに、直ちに酸
素量を適正な量に調節することができる。
よって生成した燃料ガス中の一酸化炭素濃度を検出する
ＣＯセンサを設けることとしてもよい。このような構成
とすれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度の変化を知るこ
とができ、一酸化炭素濃度が所定の値以上になったとき
には空気供給分岐路８２からの空気の供給量を減らすこ
とによって、改質器２２ａの出口付近の温度を下げて燃
料ガス中の一酸化炭素濃度を低減できる。さらに、改質
器２２ａに供給する原燃料ガスの流量を検出する流量セ
ンサを第２燃料供給路７９に設けておけば、改質器２２
ａで改質するガスの処理量が変化したときに、直ちに酸
素量を適正な量に調節することができる。
【０１１１】上記第２実施例の改質器２２ａでは、酸素
を含む圧縮空気を２箇所から供給可能な構成としたが、
空気の供給位置を３箇所以上設ける構成としてもよい。
図７は、３箇所以上（図中では５箇所）の空気供給位置
を備えた改質器２２ｂの構成を表わす説明図である。こ
こでは、空気供給分岐路８２から供給される圧縮空気
は、図５に示した改質器２２ａのように直接改質反応に
供されるのではなく、改質器２２ｂ内部に設けられた調
節穴８３を介して改質部２３ｂに供される。改質部２３
ｂは、既述した実施例と同様に、Ｃｕ−Ｚｎ触媒によっ
て形成されたペレットが充填されている。
を含む圧縮空気を２箇所から供給可能な構成としたが、
空気の供給位置を３箇所以上設ける構成としてもよい。
図７は、３箇所以上（図中では５箇所）の空気供給位置
を備えた改質器２２ｂの構成を表わす説明図である。こ
こでは、空気供給分岐路８２から供給される圧縮空気
は、図５に示した改質器２２ａのように直接改質反応に
供されるのではなく、改質器２２ｂ内部に設けられた調
節穴８３を介して改質部２３ｂに供される。改質部２３
ｂは、既述した実施例と同様に、Ｃｕ−Ｚｎ触媒によっ
て形成されたペレットが充填されている。
【０１１２】このように、圧縮空気を数カ所から分けて
供給する構成とすれば、一箇所から供給する空気量が減
るため改質反応による発熱のピーク温度をさらに下げる
ことが可能となり、また、空気の供給位置が増えること
によって改質器２２ｂ内部で所定の温度より昇温する領
域が広くなるため吸熱反応活発領域が拡大する。このと
き、最後部に位置する調節穴８３を設ける位置は、第３
燃料供給路８０に通じる出口付近から所定の距離をおく
ことが望ましい。所定の距離をおくことによって上記出
口付近では改質器２２ｂの内部温度を充分に下げること
が可能になるため、（５）式に示したシフト反応を促進
して、改質された燃料ガス中の一酸化炭素濃度を充分に
低下させることができる。
供給する構成とすれば、一箇所から供給する空気量が減
るため改質反応による発熱のピーク温度をさらに下げる
ことが可能となり、また、空気の供給位置が増えること
によって改質器２２ｂ内部で所定の温度より昇温する領
域が広くなるため吸熱反応活発領域が拡大する。このと
き、最後部に位置する調節穴８３を設ける位置は、第３
燃料供給路８０に通じる出口付近から所定の距離をおく
ことが望ましい。所定の距離をおくことによって上記出
口付近では改質器２２ｂの内部温度を充分に下げること
が可能になるため、（５）式に示したシフト反応を促進
して、改質された燃料ガス中の一酸化炭素濃度を充分に
低下させることができる。
【０１１３】ここで、調節穴８３が均一な径を有する穴
構造である場合には、空気供給分岐路８２から供給され
た圧縮空気は各調節穴８３から均等に改質器２２ｂ内部
に供給されることになり、改質器２２ｂ内での温度上昇
を均等に分散させることができる。あるいは、後部側に
設ける調節穴８３の径を小さくすることで供給する空気
量を減らし、後部側の昇温のピークを下げることによっ
て出口付近での温度を下げ、一酸化炭素濃度を下げるこ
ととしてもよい。
構造である場合には、空気供給分岐路８２から供給され
た圧縮空気は各調節穴８３から均等に改質器２２ｂ内部
に供給されることになり、改質器２２ｂ内での温度上昇
を均等に分散させることができる。あるいは、後部側に
設ける調節穴８３の径を小さくすることで供給する空気
量を減らし、後部側の昇温のピークを下げることによっ
て出口付近での温度を下げ、一酸化炭素濃度を下げるこ
ととしてもよい。
【０１１４】また、調節穴８３は、単なる穴構造ではな
く制御部５０によって駆動される調節弁とするならば、
改質器２２ｂ周辺の諸条件に対応して空気の供給状態を
細かく制御することが可能となる。改質器２２ｂ内部の
温度分布を検出する温度センサからの信号を制御部５０
に入力する構成としておけば、検出した温度分布に基づ
いて各調節穴８３の開放状態を制御して、調節穴８３毎
に空気の供給量を変えることによって、改質器２２ｂ内
部の温度分布の状態を精度よく所望の状態に保つことが
できる。改質器２２ｂの内部温度だけでなく、所定のセ
ンサを設けておくことによって、第３燃料供給路８０に
おける改質ガス中の一酸化炭素濃度や第２燃料供給路７
９から供給される原燃料ガスの流量などを基に、調節穴
８３の開放状態の調節をきめ細かく行なうことが可能と
なり、これによって改質器２２ｂでの改質効率を高く維
持することができる。
く制御部５０によって駆動される調節弁とするならば、
改質器２２ｂ周辺の諸条件に対応して空気の供給状態を
細かく制御することが可能となる。改質器２２ｂ内部の
温度分布を検出する温度センサからの信号を制御部５０
に入力する構成としておけば、検出した温度分布に基づ
いて各調節穴８３の開放状態を制御して、調節穴８３毎
に空気の供給量を変えることによって、改質器２２ｂ内
部の温度分布の状態を精度よく所望の状態に保つことが
できる。改質器２２ｂの内部温度だけでなく、所定のセ
ンサを設けておくことによって、第３燃料供給路８０に
おける改質ガス中の一酸化炭素濃度や第２燃料供給路７
９から供給される原燃料ガスの流量などを基に、調節穴
８３の開放状態の調節をきめ細かく行なうことが可能と
なり、これによって改質器２２ｂでの改質効率を高く維
持することができる。
【０１１５】あるいは、調節穴８３をバイメタルや形状
記憶合金によって形成する構成も好適である。このよう
な構成にしておけば、調節穴８３を設けた部位の周辺領
域の温度変化に伴って各調節穴８３の開放状態が変化す
るため、供給する空気量を調節して改質器２２ｂにおけ
る温度分布を所望の状態に保つことが可能となる。この
場合には、上述した制御部５０の制御を受ける場合に比
べて、装置や配線をはるかに簡単にすることができると
いう利点がある。
記憶合金によって形成する構成も好適である。このよう
な構成にしておけば、調節穴８３を設けた部位の周辺領
域の温度変化に伴って各調節穴８３の開放状態が変化す
るため、供給する空気量を調節して改質器２２ｂにおけ
る温度分布を所望の状態に保つことが可能となる。この
場合には、上述した制御部５０の制御を受ける場合に比
べて、装置や配線をはるかに簡単にすることができると
いう利点がある。
【０１１６】第２実施例では改質反応に供する空気の量
を制御することによって改質部内の温度を調節したが、
以下に第３実施例として、改質部内に熱輸送手段を設け
て反応温度を調節する構成を説明する。図８は、内部に
ヒートパイプ８４を備えた改質器２２ｃの構成を表わす
説明図である。改質器２２ｃでは、第１実施例の改質器
２２と同様にその入り口部近傍において第２燃料供給路
７９が第１空気供給路７５と合流しており、メタノール
を含有する原燃料ガスは酸素が加えられてから改質器２
２ｃ内に供給される。改質器２２ｃには、既述した実施
例と同様にＣｕ−Ｚｎ触媒によって形成されたペレット
が充填されている。この改質器２２ｃの内部にはヒート
パイプ８４が設けられており、発熱を伴う改質反応によ
って生じた熱量がこのヒートパイプを介して改質器２２
ｃ内部に伝えられる。
を制御することによって改質部内の温度を調節したが、
以下に第３実施例として、改質部内に熱輸送手段を設け
て反応温度を調節する構成を説明する。図８は、内部に
ヒートパイプ８４を備えた改質器２２ｃの構成を表わす
説明図である。改質器２２ｃでは、第１実施例の改質器
２２と同様にその入り口部近傍において第２燃料供給路
７９が第１空気供給路７５と合流しており、メタノール
を含有する原燃料ガスは酸素が加えられてから改質器２
２ｃ内に供給される。改質器２２ｃには、既述した実施
例と同様にＣｕ−Ｚｎ触媒によって形成されたペレット
が充填されている。この改質器２２ｃの内部にはヒート
パイプ８４が設けられており、発熱を伴う改質反応によ
って生じた熱量がこのヒートパイプを介して改質器２２
ｃ内部に伝えられる。
【０１１７】図９は、改質器２２ｃで改質反応を行なっ
た時の改質器２２ｃ内部での温度分布を表わす説明図で
ある。改質器２２ｃに送り込まれた原燃料ガスは、改質
反応を進行しながら出口方向に向かって移動するが、入
り口付近では酸素を多く含むため、（７）式に表わす発
熱反応で活発に行なわれる。この発熱反応で生じた熱量
のために改質器２２ｃ内部の温度は上昇を続けてやがて
ピークに達するが、ヒートパイプを備えた改質器２２ｃ
では発熱反応で生じた熱量がヒートパイプによって改質
器２２ｃの後方に伝えられる。そのため、改質器２２ｃ
内部の発熱のピーク時の温度は、ヒートパイプによる熱
輸送を行なわない場合に比べて低くなる。従って、改質
器２２ｃ内部の温度が一時的あるいは部分的に上昇し過
ぎることがなく、既述した触媒の劣化などの不都合が生
じることがない。
た時の改質器２２ｃ内部での温度分布を表わす説明図で
ある。改質器２２ｃに送り込まれた原燃料ガスは、改質
反応を進行しながら出口方向に向かって移動するが、入
り口付近では酸素を多く含むため、（７）式に表わす発
熱反応で活発に行なわれる。この発熱反応で生じた熱量
のために改質器２２ｃ内部の温度は上昇を続けてやがて
ピークに達するが、ヒートパイプを備えた改質器２２ｃ
では発熱反応で生じた熱量がヒートパイプによって改質
器２２ｃの後方に伝えられる。そのため、改質器２２ｃ
内部の発熱のピーク時の温度は、ヒートパイプによる熱
輸送を行なわない場合に比べて低くなる。従って、改質
器２２ｃ内部の温度が一時的あるいは部分的に上昇し過
ぎることがなく、既述した触媒の劣化などの不都合が生
じることがない。
【０１１８】また、ヒートパイプによって熱量は高温部
から低温部へと伝えられるため、改質器２２ｃではピー
ク時の温度が低下する分ピーク時以外の温度が全体的に
上昇する。従って、（６）式に示した改質反応を行なう
ときの温度が所定温度以上となる範囲が広くなって吸熱
反応活発領域が拡大するため、改質器２２ｃにおいて
は、単位容積当たりの改質反応の効率が向上するという
効果を奏する。第３実施例の改質器２２ｃでは、空気の
供給量を制御するなどシステムの複雑化を伴うことな
く、内部にヒートパイプを備えるだけで上記した効果を
得ることができる。
から低温部へと伝えられるため、改質器２２ｃではピー
ク時の温度が低下する分ピーク時以外の温度が全体的に
上昇する。従って、（６）式に示した改質反応を行なう
ときの温度が所定温度以上となる範囲が広くなって吸熱
反応活発領域が拡大するため、改質器２２ｃにおいて
は、単位容積当たりの改質反応の効率が向上するという
効果を奏する。第３実施例の改質器２２ｃでは、空気の
供給量を制御するなどシステムの複雑化を伴うことな
く、内部にヒートパイプを備えるだけで上記した効果を
得ることができる。
【０１１９】さらに、第３実施例の改質器２２ｃでは、
生じた熱量を改質器２２ｃ内部に分散することによって
発熱のピーク時の温度を下げることができるため、より
多くの酸素を一度に供給して発熱反応を活発化すること
が可能となる。このことは、特にシステムの起動時のよ
うに負荷が急激に大きくなるときに有利である。このこ
とについて以下に説明する。
生じた熱量を改質器２２ｃ内部に分散することによって
発熱のピーク時の温度を下げることができるため、より
多くの酸素を一度に供給して発熱反応を活発化すること
が可能となる。このことは、特にシステムの起動時のよ
うに負荷が急激に大きくなるときに有利である。このこ
とについて以下に説明する。
【０１２０】燃料電池システムの起動時のように、改質
反応を行なう処理量を急激に増やす必要があるときに
は、吸熱反応よりも反応速度が速い発熱反応の割合を高
くして改質反応を行なう方がより速く必要量の燃料ガス
を改質することができる。しかしながら、一度にあまり
多くの酸素を供給して発熱反応の割合を高めてしまう
と、ピーク時の温度が高くなりすぎて既述した触媒劣化
等の不都合が生じてしまう。第３実施例の改質器２２ｃ
によれば、システムの起動時などに一時的に酸素の供給
量を増加させて発熱反応の割合を増やしても、改質器２
２ｃ内部が局所的に高温になりすぎることがないため、
発熱を伴う改質反応を活発化して速やかに必要量の燃料
ガスを生成することができる。通常は、改質反応に供す
るメタノール量の１０〜２０％の酸素を供給して、メタ
ノール量の２０〜４０％を用いて（７）式に示した発熱
反応を行なわせるが、改質器２２ｃでは、メタノール量
の１２．５〜３０％の酸素を供給することによって、上
記発熱反応を行なうメタノール量の比率を２５〜６０％
に引き上げることができる。
反応を行なう処理量を急激に増やす必要があるときに
は、吸熱反応よりも反応速度が速い発熱反応の割合を高
くして改質反応を行なう方がより速く必要量の燃料ガス
を改質することができる。しかしながら、一度にあまり
多くの酸素を供給して発熱反応の割合を高めてしまう
と、ピーク時の温度が高くなりすぎて既述した触媒劣化
等の不都合が生じてしまう。第３実施例の改質器２２ｃ
によれば、システムの起動時などに一時的に酸素の供給
量を増加させて発熱反応の割合を増やしても、改質器２
２ｃ内部が局所的に高温になりすぎることがないため、
発熱を伴う改質反応を活発化して速やかに必要量の燃料
ガスを生成することができる。通常は、改質反応に供す
るメタノール量の１０〜２０％の酸素を供給して、メタ
ノール量の２０〜４０％を用いて（７）式に示した発熱
反応を行なわせるが、改質器２２ｃでは、メタノール量
の１２．５〜３０％の酸素を供給することによって、上
記発熱反応を行なうメタノール量の比率を２５〜６０％
に引き上げることができる。
【０１２１】改質器２２ｃのように、ヒートパイプを備
えて内部で熱輸送を行なう場合には、上記したように反
応速度の速い発熱反応を活発化することが可能となると
いう効果の他に、吸熱を伴う改質反応も活発化されると
いう効果を奏する。改質器２２ｃでは、ピーク時の温度
が低下する代わりに、図９に示すように所定の温度以上
に昇温する吸熱反応活発領域が拡大する。従って、吸熱
反応である（６）式に示す反応も活発化されるため、改
質器２２ｃにおける改質処理量を増やすことが可能とな
って、単位容積当たりの改質効率が向上する。
えて内部で熱輸送を行なう場合には、上記したように反
応速度の速い発熱反応を活発化することが可能となると
いう効果の他に、吸熱を伴う改質反応も活発化されると
いう効果を奏する。改質器２２ｃでは、ピーク時の温度
が低下する代わりに、図９に示すように所定の温度以上
に昇温する吸熱反応活発領域が拡大する。従って、吸熱
反応である（６）式に示す反応も活発化されるため、改
質器２２ｃにおける改質処理量を増やすことが可能とな
って、単位容積当たりの改質効率が向上する。
【０１２２】さらに、第３実施例のような熱輸送による
熱量の分散化は、ピーク時の温度を下げて触媒劣化を防
ぐばかりでなく、改質反応時に不要な副生成物が生じる
のを抑えるためにも効果がある。既述したように、改質
器２２ｃにおいて一時的あるいは部分的にでも温度が上
昇し過ぎて約４００℃以上に昇温した場合には、メタン
や窒素酸化物等が生じることがある。一時的あるいは部
分的に所定の温度以下となった場合に生じる可能性があ
る副生成物として、ギ酸やギ酸メチルあるいはホルムア
ルデヒド等が考えられるが、これらはその後温度が上昇
すれば分解されて、最終的には水素と二酸化炭素を生成
することができる。しかしながら、上記した高温時に生
じる副生成物は、一旦生成されてしまうと分解されるこ
とがない。本実施例の改質器２２ｃでは、ヒートパイプ
８４によって熱を分散させて改質器２２ｃ内部の温度を
平均化するため、反応温度が上がりすぎることによって
上記した副生成物が生じることを防止できる。
熱量の分散化は、ピーク時の温度を下げて触媒劣化を防
ぐばかりでなく、改質反応時に不要な副生成物が生じる
のを抑えるためにも効果がある。既述したように、改質
器２２ｃにおいて一時的あるいは部分的にでも温度が上
昇し過ぎて約４００℃以上に昇温した場合には、メタン
や窒素酸化物等が生じることがある。一時的あるいは部
分的に所定の温度以下となった場合に生じる可能性があ
る副生成物として、ギ酸やギ酸メチルあるいはホルムア
ルデヒド等が考えられるが、これらはその後温度が上昇
すれば分解されて、最終的には水素と二酸化炭素を生成
することができる。しかしながら、上記した高温時に生
じる副生成物は、一旦生成されてしまうと分解されるこ
とがない。本実施例の改質器２２ｃでは、ヒートパイプ
８４によって熱を分散させて改質器２２ｃ内部の温度を
平均化するため、反応温度が上がりすぎることによって
上記した副生成物が生じることを防止できる。
【０１２３】ここで、上述したように発熱温度を分散さ
せる場合に、改質器２２ｃの出口付近にまで熱量が伝え
られて出口付近の温度が高くなってしまうと、改質され
た燃料ガス中の一酸化炭素濃度が上昇してしまうという
問題を生じる。すなわち、改質器２２ｃの出口付近の温
度が所定温度以下に下がらないと（５）式に示したシフ
ト反応が充分に進行しないため、改質された燃料ガス中
の一酸化炭素濃度が高くなってしまう。第３実施例の改
質器２２ｃでは、ヒートパイプ８４を改質器２２ｃの出
口付近までは伸ばさない構成として出口付近にまで熱量
が伝えられるのを防いでいるため、吸熱を伴う改質反応
が進行することで改質器２２ｃの出口付近の温度を低下
させることができ、（５）式に示したシフト反応を促進
して燃料ガス中の一酸化炭素濃度が低減可能となってい
る。
せる場合に、改質器２２ｃの出口付近にまで熱量が伝え
られて出口付近の温度が高くなってしまうと、改質され
た燃料ガス中の一酸化炭素濃度が上昇してしまうという
問題を生じる。すなわち、改質器２２ｃの出口付近の温
度が所定温度以下に下がらないと（５）式に示したシフ
ト反応が充分に進行しないため、改質された燃料ガス中
の一酸化炭素濃度が高くなってしまう。第３実施例の改
質器２２ｃでは、ヒートパイプ８４を改質器２２ｃの出
口付近までは伸ばさない構成として出口付近にまで熱量
が伝えられるのを防いでいるため、吸熱を伴う改質反応
が進行することで改質器２２ｃの出口付近の温度を低下
させることができ、（５）式に示したシフト反応を促進
して燃料ガス中の一酸化炭素濃度が低減可能となってい
る。
【０１２４】図１０に、第３実施例の改質器２２ｃの変
形例である改質器２２ｄを示す。改質器２２ｃは内部に
ヒートパイプを備えたが、この改質器２２ｄは容器全体
で熱輸送を行なう構成となっており、ステンレス系鋼材
製の導熱部８６の内部に複数の改質管８５が設けられて
いる。この改質管８５にはＣｕ−Ｚｎ触媒によって形成
されたペレットが充填されている。改質管８５は、第１
空気供給路７５と第２燃料供給路７９とが合流して酸素
が加えられた原燃料ガスの供給を受け、この原燃料ガス
を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。改質器２
２ｄにおいて、酸素を要する（７）式に示す改質反応に
よって生じた熱量は、改質器２２ｄを構成する容器であ
る導熱部８６を介して、改質器２２ｄ内部のより温度の
低い領域に伝えられる。
形例である改質器２２ｄを示す。改質器２２ｃは内部に
ヒートパイプを備えたが、この改質器２２ｄは容器全体
で熱輸送を行なう構成となっており、ステンレス系鋼材
製の導熱部８６の内部に複数の改質管８５が設けられて
いる。この改質管８５にはＣｕ−Ｚｎ触媒によって形成
されたペレットが充填されている。改質管８５は、第１
空気供給路７５と第２燃料供給路７９とが合流して酸素
が加えられた原燃料ガスの供給を受け、この原燃料ガス
を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。改質器２
２ｄにおいて、酸素を要する（７）式に示す改質反応に
よって生じた熱量は、改質器２２ｄを構成する容器であ
る導熱部８６を介して、改質器２２ｄ内部のより温度の
低い領域に伝えられる。
【０１２５】以上説明したように、改質器２２ｄも改質
器２２ｃと同様に、発熱反応で生じた熱量が周辺のより
低温の領域に伝えられるため、発熱のピーク時の温度を
下げることによって触媒劣化などの不都合を防止するこ
とができる。従って、特に燃料電池システムの起動時な
ど改質した燃料ガスの生成量を急激に増加させる必要の
ある場合に、多くの酸素を加えて発熱を伴う改質反応の
割合を多くして生成する燃料ガス量を増やす場合に有利
となる。さらに改質器２２ｄは、改質器ｃと同様に、生
じた熱量を内部に分散させることによって、吸熱反応活
発領域を拡大するという効果を有すると共に、改質反応
時の温度が上がりすぎたり下がりすぎたりすることに起
因して不要な副生成物が生じるのを防止するという効果
を奏する。
器２２ｃと同様に、発熱反応で生じた熱量が周辺のより
低温の領域に伝えられるため、発熱のピーク時の温度を
下げることによって触媒劣化などの不都合を防止するこ
とができる。従って、特に燃料電池システムの起動時な
ど改質した燃料ガスの生成量を急激に増加させる必要の
ある場合に、多くの酸素を加えて発熱を伴う改質反応の
割合を多くして生成する燃料ガス量を増やす場合に有利
となる。さらに改質器２２ｄは、改質器ｃと同様に、生
じた熱量を内部に分散させることによって、吸熱反応活
発領域を拡大するという効果を有すると共に、改質反応
時の温度が上がりすぎたり下がりすぎたりすることに起
因して不要な副生成物が生じるのを防止するという効果
を奏する。
【０１２６】また、図１０に示すように改質器２２ｄ
は、第３燃料供給路８０に通じる出口付近には導熱部８
６を設けておらず、改質器２２ｃと同様に出口付近には
発熱した熱量を伝えない構成としている。これによっ
て、改質器２２ｄの出口付近では吸熱を伴う改質反応の
ために温度が低下し、（５）式に示したシフト反応が促
進されて燃料ガス中の一酸化炭素濃度を下げることがで
きる。
は、第３燃料供給路８０に通じる出口付近には導熱部８
６を設けておらず、改質器２２ｃと同様に出口付近には
発熱した熱量を伝えない構成としている。これによっ
て、改質器２２ｄの出口付近では吸熱を伴う改質反応の
ために温度が低下し、（５）式に示したシフト反応が促
進されて燃料ガス中の一酸化炭素濃度を下げることがで
きる。
【０１２７】ここで、改質器２２ｃ、改質器２２ｄとも
に第３燃料供給路８０に通じる出口付近には発熱した熱
量を伝えないこととして一酸化炭素濃度の低減を図って
いるが、既述したように燃料ガスは第３燃料供給路８０
を介してＣＯ低減部２６に導かれ、さらに一酸化炭素の
低減が図られる。従って、ＣＯ低減部２６において充分
に一酸化炭素濃度を下げることが可能であれば、改質器
２２ｃおよび２２ｄにおいては発熱反応で生じた熱量を
出口付近にまで伝える構成として、（５）式に示したシ
フト反応を特には促進しない構成としても構わない。
に第３燃料供給路８０に通じる出口付近には発熱した熱
量を伝えないこととして一酸化炭素濃度の低減を図って
いるが、既述したように燃料ガスは第３燃料供給路８０
を介してＣＯ低減部２６に導かれ、さらに一酸化炭素の
低減が図られる。従って、ＣＯ低減部２６において充分
に一酸化炭素濃度を下げることが可能であれば、改質器
２２ｃおよび２２ｄにおいては発熱反応で生じた熱量を
出口付近にまで伝える構成として、（５）式に示したシ
フト反応を特には促進しない構成としても構わない。
【０１２８】既述したように、第１実施例の改質器２２
では供給する酸素量を調節することによって、第２実施
例の改質器２２ａおよび２２ｂでは発熱反応に要する空
気を分割供給することによって、第３実施例の改質器２
２ｃおよび２２ｄでは熱輸送を行なうことによって、発
熱のピーク時の温度を下げて触媒劣化を防いだ。以下に
説明する第４実施例の改質器２２ｅでは、耐熱性に優れ
た触媒を用いて発熱反応を促進することによって触媒の
劣化を防止している。図１１に、改質器２２ｅの構成を
示す。
では供給する酸素量を調節することによって、第２実施
例の改質器２２ａおよび２２ｂでは発熱反応に要する空
気を分割供給することによって、第３実施例の改質器２
２ｃおよび２２ｄでは熱輸送を行なうことによって、発
熱のピーク時の温度を下げて触媒劣化を防いだ。以下に
説明する第４実施例の改質器２２ｅでは、耐熱性に優れ
た触媒を用いて発熱反応を促進することによって触媒の
劣化を防止している。図１１に、改質器２２ｅの構成を
示す。
【０１２９】改質器２２ｅは、耐熱性に優れたパラジウ
ム触媒を用いて形成したペレットを充填した第１触媒層
８７と、既述したＣｕ−Ｚｎ触媒によって形成したペレ
ットを充填した第２触媒層８８とを備えている。第１空
気供給路７５と第２燃料供給路７９とが合流して酸素が
加えられた原燃料ガスは、まず、第１触媒層８７におけ
る改質反応に供される。第１触媒層８７に充填された担
体が担持するパラジウム触媒は５００℃程度の高温下で
も劣化を起こすことがなく、Ｃｕ−Ｚｎ触媒に比べて耐
熱性に優れており、メタノールと酸素とを含有する原燃
料ガスの供給を受けて、（７）式に示すメタノールの酸
化改質反応と共に（４）式に示したメタノールの分解反
応を促進する。なお、第１触媒層８７に充填したパラジ
ウムペレットは、酸化亜鉛に硝酸パラジウムを含浸する
ことによって作製した。もとより、パラジウム触媒を他
の方法によって作製することとしてもかまわない。
ム触媒を用いて形成したペレットを充填した第１触媒層
８７と、既述したＣｕ−Ｚｎ触媒によって形成したペレ
ットを充填した第２触媒層８８とを備えている。第１空
気供給路７５と第２燃料供給路７９とが合流して酸素が
加えられた原燃料ガスは、まず、第１触媒層８７におけ
る改質反応に供される。第１触媒層８７に充填された担
体が担持するパラジウム触媒は５００℃程度の高温下で
も劣化を起こすことがなく、Ｃｕ−Ｚｎ触媒に比べて耐
熱性に優れており、メタノールと酸素とを含有する原燃
料ガスの供給を受けて、（７）式に示すメタノールの酸
化改質反応と共に（４）式に示したメタノールの分解反
応を促進する。なお、第１触媒層８７に充填したパラジ
ウムペレットは、酸化亜鉛に硝酸パラジウムを含浸する
ことによって作製した。もとより、パラジウム触媒を他
の方法によって作製することとしてもかまわない。
【０１３０】上記パラジウム触媒はＣｕ−Ｚｎ触媒に比
べて（７）式に示す発熱反応を促進する作用が強いた
め、（７）式の反応が活発に行なわれて多くの熱量が発
生する。このとき同時に（４）式に示す吸熱反応も行な
われるが、（４）式の反応で要する熱量よりも（７）式
に示す反応で生じる熱量の方が多いため、改質器２２ｅ
の内部温度は上昇し続ける。改質器２２ｅ内部の温度が
上昇することによって吸熱反応である（４）式に示す反
応はさらに活発化されることになり、改質器２２ｅで
は、温度の上昇と共に原燃料であるメタノールの分解が
進む。
べて（７）式に示す発熱反応を促進する作用が強いた
め、（７）式の反応が活発に行なわれて多くの熱量が発
生する。このとき同時に（４）式に示す吸熱反応も行な
われるが、（４）式の反応で要する熱量よりも（７）式
に示す反応で生じる熱量の方が多いため、改質器２２ｅ
の内部温度は上昇し続ける。改質器２２ｅ内部の温度が
上昇することによって吸熱反応である（４）式に示す反
応はさらに活発化されることになり、改質器２２ｅで
は、温度の上昇と共に原燃料であるメタノールの分解が
進む。
【０１３１】第１触媒層８７で（４）式および（７）式
に示す反応によってメタノールの分解が進んだ原燃料ガ
スは、引き続き第２触媒層８８に移行して、（５）式お
よび（６）式に示す反応に供される。（６）式の吸熱反
応では、第１触媒層８７で進行した（７）式の発熱反応
によって生じた熱量が利用されるため、第２触媒層８８
では改質器２２ｅの出口付近に近づくにつれて温度が低
下する。第２触媒層８８において内部の温度が所定の温
度よりも低下すると、発熱反応である（５）式のシフト
反応が促進されるようになって、改質反応によって生成
される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が低減される。
に示す反応によってメタノールの分解が進んだ原燃料ガ
スは、引き続き第２触媒層８８に移行して、（５）式お
よび（６）式に示す反応に供される。（６）式の吸熱反
応では、第１触媒層８７で進行した（７）式の発熱反応
によって生じた熱量が利用されるため、第２触媒層８８
では改質器２２ｅの出口付近に近づくにつれて温度が低
下する。第２触媒層８８において内部の温度が所定の温
度よりも低下すると、発熱反応である（５）式のシフト
反応が促進されるようになって、改質反応によって生成
される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が低減される。
【０１３２】第４実施例の改質器２２ｅによれば、第１
触媒層８７は耐熱性に優れたパラジウム触媒を担持した
担体で構成されるため、第１触媒層８７において（７）
式の発熱反応によって急激に温度が上昇しても、高温に
さらされることによって触媒が劣化する等の不都合が生
じることがない。従って、第１触媒層８７に対して多く
の酸素を供給して（７）式の発熱反応を活発に行なわせ
ることが可能になる。発熱反応が活発化して発熱量が多
くなれば、同時に起こる吸熱反応である（４）式の反応
も促進されることになるため改質器２２ｅにおける単位
容積当たりの改質効率がさらに向上する。改質効率が向
上することによって、小さな容積で効果的に改質反応を
行なうことが可能となるため、改質器２２ｅの小型化を
図ることが可能となる。また、多くの酸素を供給するこ
とが可能となることから、この改質器２２ｅを備えるシ
ステムの立ち上げ時のように改質処理量を急激に増加さ
せる必要のある時にも、酸素供給量を増やすことで生成
する燃料ガス量を増大させることができる。
触媒層８７は耐熱性に優れたパラジウム触媒を担持した
担体で構成されるため、第１触媒層８７において（７）
式の発熱反応によって急激に温度が上昇しても、高温に
さらされることによって触媒が劣化する等の不都合が生
じることがない。従って、第１触媒層８７に対して多く
の酸素を供給して（７）式の発熱反応を活発に行なわせ
ることが可能になる。発熱反応が活発化して発熱量が多
くなれば、同時に起こる吸熱反応である（４）式の反応
も促進されることになるため改質器２２ｅにおける単位
容積当たりの改質効率がさらに向上する。改質効率が向
上することによって、小さな容積で効果的に改質反応を
行なうことが可能となるため、改質器２２ｅの小型化を
図ることが可能となる。また、多くの酸素を供給するこ
とが可能となることから、この改質器２２ｅを備えるシ
ステムの立ち上げ時のように改質処理量を急激に増加さ
せる必要のある時にも、酸素供給量を増やすことで生成
する燃料ガス量を増大させることができる。
【０１３３】ここで、第２触媒層８８は、上記パラジウ
ム触媒よりも耐熱性に劣るＣｕ−Ｚｎ触媒を備えている
が、第２触媒層８８では主として吸熱反応が起こるた
め、ここでは改質器２２ｅの出口付近に近づくにつれて
温度が低下する。従って、第２触媒層８８では温度が上
がりすぎることに起因して触媒が劣化することがない。
また、Ｃｕ−Ｚｎ触媒は（５）式に示すシフト反応を促
進する活性を有するため、温度が低下する改質器２２ｅ
の出口付近では一酸化炭素の酸化が進み、生成する燃料
ガス中の一酸化炭素濃度を低減することができる。
ム触媒よりも耐熱性に劣るＣｕ−Ｚｎ触媒を備えている
が、第２触媒層８８では主として吸熱反応が起こるた
め、ここでは改質器２２ｅの出口付近に近づくにつれて
温度が低下する。従って、第２触媒層８８では温度が上
がりすぎることに起因して触媒が劣化することがない。
また、Ｃｕ−Ｚｎ触媒は（５）式に示すシフト反応を促
進する活性を有するため、温度が低下する改質器２２ｅ
の出口付近では一酸化炭素の酸化が進み、生成する燃料
ガス中の一酸化炭素濃度を低減することができる。
【０１３４】第４実施例の改質器２２ｅにおいては、パ
ラジウム触媒によって第１触媒層８７を構成したが、第
１触媒層８７を構成する触媒は、所定の耐熱性を有して
（７）式に示すメタノールの酸化反応を促進可能な触媒
であればよい。パラジウム触媒の他に、例えば、白金、
ニッケル、ロジウム、クロム、タングステン、レニウ
ム、金、銀、鉄などの金属、あるいはこれらの金属と他
の金属との合金等を用いることができる。
ラジウム触媒によって第１触媒層８７を構成したが、第
１触媒層８７を構成する触媒は、所定の耐熱性を有して
（７）式に示すメタノールの酸化反応を促進可能な触媒
であればよい。パラジウム触媒の他に、例えば、白金、
ニッケル、ロジウム、クロム、タングステン、レニウ
ム、金、銀、鉄などの金属、あるいはこれらの金属と他
の金属との合金等を用いることができる。
【０１３５】既述したように、第１ないし第４実施例の
燃料電池システムでは、原燃料であるメタノールの酸化
反応で生じた熱量によって改質器内の触媒温度が上昇し
すぎて改質触媒のシンタリングなどの不都合が起きてし
まうのを防止するために、特別な構造を改質器が備えて
いる。すなわち、触媒温度を測定することによって触媒
温度が上昇しすぎたときには加える酸素量を減らして発
熱反応を抑えたり、複数の酸素供給箇所を設ける、ある
いは伝熱を行なうための構造を設けることによって酸化
反応で生じる熱量を改質器内で分散させたり、耐熱性に
優れた酸化触媒を用いることによって触媒温度が上昇し
ても触媒劣化が起こらない構成とするなどしている。こ
のように触媒温度の過度の上昇が問題となるのは、改質
器内で同時に進行する改質反応と酸化反応において、
（４）式から（６）式に示したメタノールの改質反応に
比べて、（７）式に示したメタノールの酸化反応の方が
速く進行するためであると考えられる。すなわち、一般
的に発熱反応の方が吸熱反応よりも反応速度が速く、吸
熱反応であるメタノールの改質反応と発熱反応であるメ
タノールの酸化反応とを同時に行なうと、メタノールの
酸化反応の方が速く進行するために触媒温度が次第に上
昇してしまう。したがって、触媒温度の過剰な上昇によ
る触媒劣化を防ぐには、発熱反応である酸化反応の反応
速度を改質反応の反応速度に比べて相対的に抑えること
によっても達成することができる。このような構成を第
５実施例として以下に示す。
燃料電池システムでは、原燃料であるメタノールの酸化
反応で生じた熱量によって改質器内の触媒温度が上昇し
すぎて改質触媒のシンタリングなどの不都合が起きてし
まうのを防止するために、特別な構造を改質器が備えて
いる。すなわち、触媒温度を測定することによって触媒
温度が上昇しすぎたときには加える酸素量を減らして発
熱反応を抑えたり、複数の酸素供給箇所を設ける、ある
いは伝熱を行なうための構造を設けることによって酸化
反応で生じる熱量を改質器内で分散させたり、耐熱性に
優れた酸化触媒を用いることによって触媒温度が上昇し
ても触媒劣化が起こらない構成とするなどしている。こ
のように触媒温度の過度の上昇が問題となるのは、改質
器内で同時に進行する改質反応と酸化反応において、
（４）式から（６）式に示したメタノールの改質反応に
比べて、（７）式に示したメタノールの酸化反応の方が
速く進行するためであると考えられる。すなわち、一般
的に発熱反応の方が吸熱反応よりも反応速度が速く、吸
熱反応であるメタノールの改質反応と発熱反応であるメ
タノールの酸化反応とを同時に行なうと、メタノールの
酸化反応の方が速く進行するために触媒温度が次第に上
昇してしまう。したがって、触媒温度の過剰な上昇によ
る触媒劣化を防ぐには、発熱反応である酸化反応の反応
速度を改質反応の反応速度に比べて相対的に抑えること
によっても達成することができる。このような構成を第
５実施例として以下に示す。
【０１３６】図１２に、第５実施例の改質器２２ｆの構
成を表わす。第５実施例の改質器２２ｆは、改質触媒で
あるＣｕ−Ｚｎ触媒からなるペレットが充填されている
改質部８９，９０を備えている。この改質部８９と改質
部９０とでは、内部に充填された触媒ペレットの粒子の
大きさが異なっている。原燃料ガスおよび酸化ガスの導
入側に設けられた改質部８９では、改質触媒は約３ｍｍ
×３ｍｍ×６ｍｍの大きさのペレット（以下、大粒ペレ
ットと呼ぶ）として形成されており、また、改質反応で
生成された燃料ガスの排出側に設けられた改質部９０で
は、改質触媒は約３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍの大きさのペ
レット（以下、小粒ペレットと呼ぶ）として形成されて
いる。なお、既述した実施例において改質器が備える触
媒ペレットは、本実施例における小粒ペレットに相当す
る。改質器２２ｆでは、第２燃料供給路７９から供給さ
れた原燃料ガスと第１空気供給路７５から供給された圧
縮空気とが予め混合されて供給され、この酸素を含有す
る原燃料ガスは、まず、改質部８９に充填された大粒ペ
レットの表面を通過する。改質部８９から改質部９０に
到達した酸素含有原燃料ガスは、続いて、改質部９０に
充填された小粒ペレットの表面を通過する。
成を表わす。第５実施例の改質器２２ｆは、改質触媒で
あるＣｕ−Ｚｎ触媒からなるペレットが充填されている
改質部８９，９０を備えている。この改質部８９と改質
部９０とでは、内部に充填された触媒ペレットの粒子の
大きさが異なっている。原燃料ガスおよび酸化ガスの導
入側に設けられた改質部８９では、改質触媒は約３ｍｍ
×３ｍｍ×６ｍｍの大きさのペレット（以下、大粒ペレ
ットと呼ぶ）として形成されており、また、改質反応で
生成された燃料ガスの排出側に設けられた改質部９０で
は、改質触媒は約３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍの大きさのペ
レット（以下、小粒ペレットと呼ぶ）として形成されて
いる。なお、既述した実施例において改質器が備える触
媒ペレットは、本実施例における小粒ペレットに相当す
る。改質器２２ｆでは、第２燃料供給路７９から供給さ
れた原燃料ガスと第１空気供給路７５から供給された圧
縮空気とが予め混合されて供給され、この酸素を含有す
る原燃料ガスは、まず、改質部８９に充填された大粒ペ
レットの表面を通過する。改質部８９から改質部９０に
到達した酸素含有原燃料ガスは、続いて、改質部９０に
充填された小粒ペレットの表面を通過する。
【０１３７】ここで、改質触媒によって形成されたペレ
ットの大きさ、すなわち触媒の総表面積の大きさと、原
燃料の改質反応および酸化反応の反応速度との関係につ
いて説明する。図１３は、改質器２２ｆと同様の形状の
容器に上記大粒ペレットのみを充填したものと、同じく
上記小粒ペレットのみを充填したものとを用意して、そ
れぞれに対して原燃料ガスのモデルガス（メタノール
０．２ｍｏｌ／ｍｉｎ，水０．４ｍｏｌ／ｍｉｎ，）を
導入し、ガスの流れ方向について触媒温度の変化を調べ
た結果である。ここで、原燃料ガスへは、酸化ガスとし
て空気を２カ所から導入した。１カ所は原燃料ガスを改
質触媒に導入する場所よりも上流とし、もう１カ所は改
質器の入り口部から改質器の長さの略３分の１の位置と
した（図１３下図参照）。これら２カ所からそれぞれ、
原燃料ガスに対して空気を１．７５ｌ／ｍｉｎの流量で
供給した。図１３に示すように、既述した実施例で用い
てきた小粒ペレットを改質触媒として改質器に充填した
場合には、改質器２２ｆの入り口付近で触媒温度は一旦
ピークを形成する。ところが、大粒ペレットを改質触媒
として改質器に充填して、上記小粒ペレットを充填した
改質器よりも単位容積当たりの触媒の総表面積を小さく
した場合には、触媒温度の変化においてこのようなピー
クは見られない。
ットの大きさ、すなわち触媒の総表面積の大きさと、原
燃料の改質反応および酸化反応の反応速度との関係につ
いて説明する。図１３は、改質器２２ｆと同様の形状の
容器に上記大粒ペレットのみを充填したものと、同じく
上記小粒ペレットのみを充填したものとを用意して、そ
れぞれに対して原燃料ガスのモデルガス（メタノール
０．２ｍｏｌ／ｍｉｎ，水０．４ｍｏｌ／ｍｉｎ，）を
導入し、ガスの流れ方向について触媒温度の変化を調べ
た結果である。ここで、原燃料ガスへは、酸化ガスとし
て空気を２カ所から導入した。１カ所は原燃料ガスを改
質触媒に導入する場所よりも上流とし、もう１カ所は改
質器の入り口部から改質器の長さの略３分の１の位置と
した（図１３下図参照）。これら２カ所からそれぞれ、
原燃料ガスに対して空気を１．７５ｌ／ｍｉｎの流量で
供給した。図１３に示すように、既述した実施例で用い
てきた小粒ペレットを改質触媒として改質器に充填した
場合には、改質器２２ｆの入り口付近で触媒温度は一旦
ピークを形成する。ところが、大粒ペレットを改質触媒
として改質器に充填して、上記小粒ペレットを充填した
改質器よりも単位容積当たりの触媒の総表面積を小さく
した場合には、触媒温度の変化においてこのようなピー
クは見られない。
【０１３８】容器に充填した際に単位容積当たりの触媒
総表面積が大きくなる小粒ペレットを充填した改質器に
おいて、その入り口付近で触媒の温度変化がピークを形
成するのは、既述したように酸化反応の反応速度が改質
反応の反応速度を上回るために触媒温度が上昇した結果
であると考えられる。したがって、同じく単位容積当た
りの触媒表面積が小さくなる大粒ペレットを充填した改
質器では、触媒の温度変化においてこのようなピークが
見られなかったことから、大粒ペレットを用いた場合に
は酸化反応の反応温度が改質反応の反応温度を大きく上
回ることがなく、酸化反応による発熱と改質反応による
吸熱とが釣り合った状態に近づき、触媒温度の変化が緩
やかになって改質部内の温度分布が均一化されたと考え
ることができる。以上の結果より、改質触媒によって形
成されるペレットの大きさを大きくした場合、すなわ
ち、単位容積当たりで原燃料ガスと接触し得る触媒の総
表面積を小さくした場合には、メタノールの改質反応に
対する酸化反応の相対的な速度が遅くなるということが
できる。このように、触媒の総表面積が小さくなると酸
化反応の相対的な速度が遅くなるのは以下のような理由
であると考えられる。
総表面積が大きくなる小粒ペレットを充填した改質器に
おいて、その入り口付近で触媒の温度変化がピークを形
成するのは、既述したように酸化反応の反応速度が改質
反応の反応速度を上回るために触媒温度が上昇した結果
であると考えられる。したがって、同じく単位容積当た
りの触媒表面積が小さくなる大粒ペレットを充填した改
質器では、触媒の温度変化においてこのようなピークが
見られなかったことから、大粒ペレットを用いた場合に
は酸化反応の反応温度が改質反応の反応温度を大きく上
回ることがなく、酸化反応による発熱と改質反応による
吸熱とが釣り合った状態に近づき、触媒温度の変化が緩
やかになって改質部内の温度分布が均一化されたと考え
ることができる。以上の結果より、改質触媒によって形
成されるペレットの大きさを大きくした場合、すなわ
ち、単位容積当たりで原燃料ガスと接触し得る触媒の総
表面積を小さくした場合には、メタノールの改質反応に
対する酸化反応の相対的な速度が遅くなるということが
できる。このように、触媒の総表面積が小さくなると酸
化反応の相対的な速度が遅くなるのは以下のような理由
であると考えられる。
【０１３９】メタノールが酸化されるには、メタノール
と酸素とが触媒上で接触する必要があるが、触媒の総表
面積が小さくなるとこれら三者が同時に存在する機会が
減少するために酸化反応の速度が低下する。これに対し
て改質反応は、メタノールと触媒とが接触することに加
えて、同時に熱エネルギを必要としており、この熱エネ
ルギの供給状態が律速段階となっているために、触媒の
総表面積をある程度小さくしてもメタノールの改質反応
の速度はあまり低下しない。ここで、熱エネルギの供給
状態が律速段階となっている状態とは、改質器全体で
は、蒸発器２４側から持ち込まれる熱量と酸化反応で生
じる熱量とによって改質反応に要する熱量の総量は確保
されていても、分子レベルにおいては、改質反応に要す
る熱エネルギの伝達速度が改質反応の速度に遅れている
ために熱エネルギの伝達状態が改質反応を律速している
状態をいう。このような状態では、吸熱反応である改質
反応の反応速度において触媒の総表面積が減少すること
による影響は小さくなる。したがって、触媒の総表面積
を小さくすることによって、発熱反応である酸化反応の
相対的な速度を遅くして発熱反応と吸熱反応とが釣り合
った状態に近づかせ、触媒温度が上昇しすぎてしまうの
を防ぐことができると考えられる。
と酸素とが触媒上で接触する必要があるが、触媒の総表
面積が小さくなるとこれら三者が同時に存在する機会が
減少するために酸化反応の速度が低下する。これに対し
て改質反応は、メタノールと触媒とが接触することに加
えて、同時に熱エネルギを必要としており、この熱エネ
ルギの供給状態が律速段階となっているために、触媒の
総表面積をある程度小さくしてもメタノールの改質反応
の速度はあまり低下しない。ここで、熱エネルギの供給
状態が律速段階となっている状態とは、改質器全体で
は、蒸発器２４側から持ち込まれる熱量と酸化反応で生
じる熱量とによって改質反応に要する熱量の総量は確保
されていても、分子レベルにおいては、改質反応に要す
る熱エネルギの伝達速度が改質反応の速度に遅れている
ために熱エネルギの伝達状態が改質反応を律速している
状態をいう。このような状態では、吸熱反応である改質
反応の反応速度において触媒の総表面積が減少すること
による影響は小さくなる。したがって、触媒の総表面積
を小さくすることによって、発熱反応である酸化反応の
相対的な速度を遅くして発熱反応と吸熱反応とが釣り合
った状態に近づかせ、触媒温度が上昇しすぎてしまうの
を防ぐことができると考えられる。
【０１４０】あるいは、触媒の総表面積が小さくなるこ
とによって改質反応に対する酸化反応の相対的な速度が
遅くなる他の理由として、以下のような見解もある。す
なわち、発熱反応である酸化反応は触媒の表面でしか進
行しないが、改質反応は触媒の表面だけでなく、さらに
ペレット内部の触媒金属によっても反応が促進され得る
というものである。このような考えに基づくならば、触
媒の総表面積を小さくすれば触媒表面のみで進行する酸
化反応の反応速度は抑制されるが、触媒の総表面積が小
さくなっても利用可能な触媒金属の総量があまり変わら
なければ、改質反応の反応速度は触媒の総表面積が小さ
くなることによる影響をほとんど受けないことになる。
とによって改質反応に対する酸化反応の相対的な速度が
遅くなる他の理由として、以下のような見解もある。す
なわち、発熱反応である酸化反応は触媒の表面でしか進
行しないが、改質反応は触媒の表面だけでなく、さらに
ペレット内部の触媒金属によっても反応が促進され得る
というものである。このような考えに基づくならば、触
媒の総表面積を小さくすれば触媒表面のみで進行する酸
化反応の反応速度は抑制されるが、触媒の総表面積が小
さくなっても利用可能な触媒金属の総量があまり変わら
なければ、改質反応の反応速度は触媒の総表面積が小さ
くなることによる影響をほとんど受けないことになる。
【０１４１】以上説明した結果を踏まえて、第５実施例
の改質器２２ｆは、大粒ペレットを充填した改質部８９
を原燃料ガス流路の上流側に、小粒ペレットを充填した
改質部９０を下流側に充填している。すなわち、改質器
２２ｆの上流側に存在する触媒の総表面積を小さくする
ことによって、上流側での原燃料ガスの酸化反応の速度
を抑えて触媒温度が上がりすぎるのを抑えており、且
つ、下流側に存在する触媒の総表面積を大きくすること
によって、下流側での改質反応の活性を確保している。
なお、本実施例の改質器２２ｆでは、大粒ペレットを充
填した領域の大きさと小粒ペレットを充填した領域の大
きさとの比は、約１：２とした。図１４に、第５実施例
の改質器２２ｆを用いて改質反応を行なったときのガス
の流れ方向における触媒温度の変化と、上記小粒ペレッ
トのみで改質器を構成した場合の同じく触媒温度の変化
とを比較した結果を示す。図１４から分かるように、第
５実施例の改質器２２ｆを用いて改質反応を行なった場
合には、小粒ペレットのみを充填して形成した改質器を
用いる場合に比べて、改質器の入り口付近での温度上昇
が緩やかとなり、また、出口部に向かっての温度下降の
状態もより緩やかとなる。
の改質器２２ｆは、大粒ペレットを充填した改質部８９
を原燃料ガス流路の上流側に、小粒ペレットを充填した
改質部９０を下流側に充填している。すなわち、改質器
２２ｆの上流側に存在する触媒の総表面積を小さくする
ことによって、上流側での原燃料ガスの酸化反応の速度
を抑えて触媒温度が上がりすぎるのを抑えており、且
つ、下流側に存在する触媒の総表面積を大きくすること
によって、下流側での改質反応の活性を確保している。
なお、本実施例の改質器２２ｆでは、大粒ペレットを充
填した領域の大きさと小粒ペレットを充填した領域の大
きさとの比は、約１：２とした。図１４に、第５実施例
の改質器２２ｆを用いて改質反応を行なったときのガス
の流れ方向における触媒温度の変化と、上記小粒ペレッ
トのみで改質器を構成した場合の同じく触媒温度の変化
とを比較した結果を示す。図１４から分かるように、第
５実施例の改質器２２ｆを用いて改質反応を行なった場
合には、小粒ペレットのみを充填して形成した改質器を
用いる場合に比べて、改質器の入り口付近での温度上昇
が緩やかとなり、また、出口部に向かっての温度下降の
状態もより緩やかとなる。
【０１４２】以上のように構成された第５実施例の改質
器２２ｆでは、改質器２２ｆに充填する触媒ペレットの
大きさを上流側は大きく下流側は小さくすることによっ
て、改質器２２ｆ内部で単位容積当たりの触媒表面積を
変化させ、上流側で進行する発熱反応である酸化反応の
反応速度を吸熱反応である改質反応に比べて相対的に抑
えている。したがって、吸熱反応よりも反応速度が速い
酸化反応で生じる熱量によって触媒温度が上昇しすぎて
しまうのを抑えることができる。このように触媒温度が
上昇しすぎることがないため、触媒金属（本実施例では
Ｃｕ−Ｚｎ触媒）が非所望の高温にさらされることによ
って劣化し、シンタリングなどの不都合を起こしてしま
うことがない。また、触媒温度が上昇しすぎることに起
因して既述した正常な反応以外の反応が進行して非所望
の副生成物が生じてしまうことがない。さらに、改質器
２２ｆの下流側では小粒ペレットを充填する構成とする
ことによって、改質器２２ｆの下流側で進行する改質反
応に関わる改質触媒の表面積を確保し、改質反応の反応
速度が不必要に低下してしまうのを防いでいる。また、
上流側で進行する酸化反応の反応速度を抑えることによ
って、酸化反応が進行する領域がより下流側にまで広が
り、これによって吸熱反応である改質反応が充分に活発
化される温度に昇温される領域がより下流域にまで広が
る。したがって、改質器２２ｆにおいて改質器の単位容
積当たりの改質反応の効率を向上させることができる。
器２２ｆでは、改質器２２ｆに充填する触媒ペレットの
大きさを上流側は大きく下流側は小さくすることによっ
て、改質器２２ｆ内部で単位容積当たりの触媒表面積を
変化させ、上流側で進行する発熱反応である酸化反応の
反応速度を吸熱反応である改質反応に比べて相対的に抑
えている。したがって、吸熱反応よりも反応速度が速い
酸化反応で生じる熱量によって触媒温度が上昇しすぎて
しまうのを抑えることができる。このように触媒温度が
上昇しすぎることがないため、触媒金属（本実施例では
Ｃｕ−Ｚｎ触媒）が非所望の高温にさらされることによ
って劣化し、シンタリングなどの不都合を起こしてしま
うことがない。また、触媒温度が上昇しすぎることに起
因して既述した正常な反応以外の反応が進行して非所望
の副生成物が生じてしまうことがない。さらに、改質器
２２ｆの下流側では小粒ペレットを充填する構成とする
ことによって、改質器２２ｆの下流側で進行する改質反
応に関わる改質触媒の表面積を確保し、改質反応の反応
速度が不必要に低下してしまうのを防いでいる。また、
上流側で進行する酸化反応の反応速度を抑えることによ
って、酸化反応が進行する領域がより下流側にまで広が
り、これによって吸熱反応である改質反応が充分に活発
化される温度に昇温される領域がより下流域にまで広が
る。したがって、改質器２２ｆにおいて改質器の単位容
積当たりの改質反応の効率を向上させることができる。
【０１４３】本実施例の改質器２２ｆは、上記したよう
に改質器２２ｆに充填する触媒ペレットの粒子の大きさ
を上流側と下流側とで変えることによって、触媒の温度
が上昇しすぎてしまうのを抑えている。したがって、第
４実施例のように複数種の触媒を用意する必要がなく、
改質反応と酸化反応との両方を促進する活性を有する単
一の触媒金属によって改質器２２ｆを構成することがで
きる。また、改質器２２ｆの入り口部において原燃料ガ
スに圧縮空気を加える際に、必要な酸素量に相当する量
の圧縮空気を予め全量加えておいても、充分に改質器内
の温度分布を均一化することができるため、酸化ガスを
複数箇所から導入する必要がなく、配管などの複雑化を
抑えることができ、改質器全体の構成を簡素化すること
ができる。
に改質器２２ｆに充填する触媒ペレットの粒子の大きさ
を上流側と下流側とで変えることによって、触媒の温度
が上昇しすぎてしまうのを抑えている。したがって、第
４実施例のように複数種の触媒を用意する必要がなく、
改質反応と酸化反応との両方を促進する活性を有する単
一の触媒金属によって改質器２２ｆを構成することがで
きる。また、改質器２２ｆの入り口部において原燃料ガ
スに圧縮空気を加える際に、必要な酸素量に相当する量
の圧縮空気を予め全量加えておいても、充分に改質器内
の温度分布を均一化することができるため、酸化ガスを
複数箇所から導入する必要がなく、配管などの複雑化を
抑えることができ、改質器全体の構成を簡素化すること
ができる。
【０１４４】上記した第５実施例の改質器２２ｆは、触
媒金属によって２種類の大きさのペレットを形成し、改
質器２２ｆ内に充填するペレットの大きさを、改質器２
２ｆの上流側と下流側とで異ならせる構成とした。ここ
で、触媒の総表面積を改質器の上流側と下流側とで異な
らせることができるならば、改質器２２ｆの構成は上記
とは異なるものとしてもよい。例えば、改質器２２ｆの
内部に触媒ペレットを充填する代わりに、改質器２２ｆ
をハニカムによって形成することとしてもよい。この場
合には、上流部と下流部とでハニカムを構成する各セル
の断面積が異なるように形成し、上流部は各セルの断面
積を大きく、下流部は各セルの断面積を小さく形成すれ
ばよい。
媒金属によって２種類の大きさのペレットを形成し、改
質器２２ｆ内に充填するペレットの大きさを、改質器２
２ｆの上流側と下流側とで異ならせる構成とした。ここ
で、触媒の総表面積を改質器の上流側と下流側とで異な
らせることができるならば、改質器２２ｆの構成は上記
とは異なるものとしてもよい。例えば、改質器２２ｆの
内部に触媒ペレットを充填する代わりに、改質器２２ｆ
をハニカムによって形成することとしてもよい。この場
合には、上流部と下流部とでハニカムを構成する各セル
の断面積が異なるように形成し、上流部は各セルの断面
積を大きく、下流部は各セルの断面積を小さく形成すれ
ばよい。
【０１４５】さらに、第５実施例の改質器２２ｆでは、
大粒ペレットを充填した領域の大きさと小粒ペレットを
充填した領域の大きさとの比が約１：２となるように形
成したが、上流側の触媒表面積を小さくすることによっ
て触媒温度が上昇しすぎてしまうのを抑える効果が得ら
れるならば、大粒ペレットを充填した領域の大きさと小
粒ペレットを充填した領域の大きさとの比は異なる値と
してもよい。また、本実施例の改質器２２ｆには、既述
した大きさを備えた大粒ペレットと小粒ペレットとの２
種類の大きさのペレットを充填することとしたが、ペレ
ットの大きさは既述した値に限るものではなく、また、
改質器内での触媒表面積の変化が３段階以上となるよう
に構成してもよい。
大粒ペレットを充填した領域の大きさと小粒ペレットを
充填した領域の大きさとの比が約１：２となるように形
成したが、上流側の触媒表面積を小さくすることによっ
て触媒温度が上昇しすぎてしまうのを抑える効果が得ら
れるならば、大粒ペレットを充填した領域の大きさと小
粒ペレットを充填した領域の大きさとの比は異なる値と
してもよい。また、本実施例の改質器２２ｆには、既述
した大きさを備えた大粒ペレットと小粒ペレットとの２
種類の大きさのペレットを充填することとしたが、ペレ
ットの大きさは既述した値に限るものではなく、また、
改質器内での触媒表面積の変化が３段階以上となるよう
に構成してもよい。
【０１４６】以上説明した第５実施例では、改質器内の
上流側と下流側とで触媒表面積の大きさを変えることに
よって発熱反応である酸化反応の進行を改質反応の進行
に比べて抑え、触媒温度の過剰な上昇を抑えることとし
た。次に、第６実施例として、改質器内の上流側と下流
側とで通過する原燃料ガスの流速を変えることによって
発熱反応である酸化反応の進行を改質反応の進行に比べ
て抑え、触媒温度の過剰な上昇を抑えることとした構成
を示す。
上流側と下流側とで触媒表面積の大きさを変えることに
よって発熱反応である酸化反応の進行を改質反応の進行
に比べて抑え、触媒温度の過剰な上昇を抑えることとし
た。次に、第６実施例として、改質器内の上流側と下流
側とで通過する原燃料ガスの流速を変えることによって
発熱反応である酸化反応の進行を改質反応の進行に比べ
て抑え、触媒温度の過剰な上昇を抑えることとした構成
を示す。
【０１４７】図１５は、第６実施例の改質器２２ｇの構
成を表わす説明図である。第６実施例の改質器２２ｇが
備える改質部９１には改質触媒であるＣｕ−Ｚｎ触媒で
形成したペレットが充填されている。この改質器２２ｇ
には、第２燃料供給路７９を介して原燃料ガスが供給さ
れており、第２燃料供給路７９と改質器２２ｇとの接続
部よりも上流で第２燃料供給路７９に接続する第１空気
供給路７５を介して酸化ガスである圧縮空気が供給され
ている。本実施例の改質器２２ｇは略円錐台形の形状を
有し、底面側には第２燃料供給路７９が接続しており頂
点側には第３燃料供給路８０が接続している。したがっ
て改質器２２ｇは、上流側の流路断面積は広く、下流側
へいくほど流路断面積が小さくなるように形成されてい
る。酸素を加えられた後に改質器２２ｇに供給された原
燃料ガスは所定の圧力に加圧されているため、流路断面
積が広い上流域は遅い流速で通過し、下流域で流路断面
積が小さくなるほどその流速は速くなる。本実施例で
は、このように改質器２２ｇの形状によって改質器２２
ｇ内で原燃料ガスの流速を変えることで、発熱反応であ
る酸化反応の進行を改質反応の進行に比べて抑え、触媒
温度の過剰な上昇を抑えている。このようなガス流速と
反応速度との関係については後述する。なお、本実施例
では改質器２２ｇの形状によって原燃料ガスの流速を調
整しているため、改質部９１が備える触媒ペレットとし
ては均一な大きさに形成されたペレットを用いればよ
い。第６実施例の改質器２２ｇには、第５実施例で述べ
た小粒ペレットを充填した。
成を表わす説明図である。第６実施例の改質器２２ｇが
備える改質部９１には改質触媒であるＣｕ−Ｚｎ触媒で
形成したペレットが充填されている。この改質器２２ｇ
には、第２燃料供給路７９を介して原燃料ガスが供給さ
れており、第２燃料供給路７９と改質器２２ｇとの接続
部よりも上流で第２燃料供給路７９に接続する第１空気
供給路７５を介して酸化ガスである圧縮空気が供給され
ている。本実施例の改質器２２ｇは略円錐台形の形状を
有し、底面側には第２燃料供給路７９が接続しており頂
点側には第３燃料供給路８０が接続している。したがっ
て改質器２２ｇは、上流側の流路断面積は広く、下流側
へいくほど流路断面積が小さくなるように形成されてい
る。酸素を加えられた後に改質器２２ｇに供給された原
燃料ガスは所定の圧力に加圧されているため、流路断面
積が広い上流域は遅い流速で通過し、下流域で流路断面
積が小さくなるほどその流速は速くなる。本実施例で
は、このように改質器２２ｇの形状によって改質器２２
ｇ内で原燃料ガスの流速を変えることで、発熱反応であ
る酸化反応の進行を改質反応の進行に比べて抑え、触媒
温度の過剰な上昇を抑えている。このようなガス流速と
反応速度との関係については後述する。なお、本実施例
では改質器２２ｇの形状によって原燃料ガスの流速を調
整しているため、改質部９１が備える触媒ペレットとし
ては均一な大きさに形成されたペレットを用いればよ
い。第６実施例の改質器２２ｇには、第５実施例で述べ
た小粒ペレットを充填した。
【０１４８】改質器２２ｇのように、上流側で原燃料ガ
スの流速を遅くすることによって発熱反応である酸化反
応の進行が抑えられるのは、以下のような理由によるも
のと考えられる。すなわち、原燃料ガスの流速を遅くす
るとメタノール分子と水分子とが衝突する機会が減少
し、触媒表面においてメタノールと水とが揃って酸化反
応に供される確率が低下するために、酸化反応の進行が
抑えられると考えられる。一方、改質反応においては、
吸熱反応である（４）式の反応はメタノール分子が単独
で触媒表面において分解される反応であり、原燃料ガス
の流速がある程度遅くなってもメタノール分子は大過剰
に存在し続ける。したがって、改質触媒が改質反応を促
進する能力に見合った量のメタノール分子は充分に触媒
表面に供給されることになり、改質反応の反応速度は、
原燃料ガスの流速を遅くしたことによる影響を受けるこ
とが少ないと考えられる。したがって、改質器の上流側
で原燃料ガスの流速を遅くすることによって、改質器の
上流領域において、改質反応の反応速度に対する酸化反
応の相対的な反応速度を遅くすることができる。
スの流速を遅くすることによって発熱反応である酸化反
応の進行が抑えられるのは、以下のような理由によるも
のと考えられる。すなわち、原燃料ガスの流速を遅くす
るとメタノール分子と水分子とが衝突する機会が減少
し、触媒表面においてメタノールと水とが揃って酸化反
応に供される確率が低下するために、酸化反応の進行が
抑えられると考えられる。一方、改質反応においては、
吸熱反応である（４）式の反応はメタノール分子が単独
で触媒表面において分解される反応であり、原燃料ガス
の流速がある程度遅くなってもメタノール分子は大過剰
に存在し続ける。したがって、改質触媒が改質反応を促
進する能力に見合った量のメタノール分子は充分に触媒
表面に供給されることになり、改質反応の反応速度は、
原燃料ガスの流速を遅くしたことによる影響を受けるこ
とが少ないと考えられる。したがって、改質器の上流側
で原燃料ガスの流速を遅くすることによって、改質器の
上流領域において、改質反応の反応速度に対する酸化反
応の相対的な反応速度を遅くすることができる。
【０１４９】図１６は、第６実施例の改質器２２ｇを用
いて改質反応を行なうときのガスの流れ方向における触
媒温度の変化と、均一な流路断面積を有する改質器を用
いて改質反応を行なったときの同じく触媒温度の変化と
を比較した結果を示す。均一な流路断面積を有する改質
器を用いた場合、すなわち改質器内の原燃料ガスの流速
が一定の場合には、入り口部付近から触媒温度は次第に
上昇してやがてピークを形成する。これに対して本実施
例の改質器２２ｇでは、原燃料ガスの流速が遅い上流側
において触媒温度の上昇は緩やかになり、流速を一定と
した場合のようなピークは見られない。また、触媒温度
上昇後の出口方向への温度の下降も緩やかとなる。
いて改質反応を行なうときのガスの流れ方向における触
媒温度の変化と、均一な流路断面積を有する改質器を用
いて改質反応を行なったときの同じく触媒温度の変化と
を比較した結果を示す。均一な流路断面積を有する改質
器を用いた場合、すなわち改質器内の原燃料ガスの流速
が一定の場合には、入り口部付近から触媒温度は次第に
上昇してやがてピークを形成する。これに対して本実施
例の改質器２２ｇでは、原燃料ガスの流速が遅い上流側
において触媒温度の上昇は緩やかになり、流速を一定と
した場合のようなピークは見られない。また、触媒温度
上昇後の出口方向への温度の下降も緩やかとなる。
【０１５０】以上のように構成された第６実施例の改質
器２２ｇは、上流側の流路断面積を大きくすることによ
って上流側の原燃料ガスの流速を遅くし、これによって
上流側での酸化反応の相対的な速度を遅くしている。し
たがって、第５実施例と同様に、吸熱反応よりも反応速
度が速い酸化反応で生じる熱量によって触媒温度が上昇
しすぎてしまうのを抑えることができる。このように触
媒温度が上昇しすぎることがないため、触媒金属（本実
施例ではＣｕ−Ｚｎ触媒）が非所望の高温にさらされる
ことによって劣化し、シンタリングなどの不都合を起こ
してしまうことがない。また、触媒温度が上昇しすぎる
ことに起因して既述した正常な反応以外の反応が進行し
て非所望の副生成物が生じてしまうことがない。さら
に、上流側での酸化反応の反応速度を抑えることによっ
て、酸化反応が進行する領域がより下流側にまで広が
り、これによって吸熱反応である改質反応が充分に活発
化される温度に昇温される領域がより下流域にまで広が
る。したがって、改質器２２ｇにおいて改質器の単位容
積当たりの改質反応の効率を向上させることができる。
器２２ｇは、上流側の流路断面積を大きくすることによ
って上流側の原燃料ガスの流速を遅くし、これによって
上流側での酸化反応の相対的な速度を遅くしている。し
たがって、第５実施例と同様に、吸熱反応よりも反応速
度が速い酸化反応で生じる熱量によって触媒温度が上昇
しすぎてしまうのを抑えることができる。このように触
媒温度が上昇しすぎることがないため、触媒金属（本実
施例ではＣｕ−Ｚｎ触媒）が非所望の高温にさらされる
ことによって劣化し、シンタリングなどの不都合を起こ
してしまうことがない。また、触媒温度が上昇しすぎる
ことに起因して既述した正常な反応以外の反応が進行し
て非所望の副生成物が生じてしまうことがない。さら
に、上流側での酸化反応の反応速度を抑えることによっ
て、酸化反応が進行する領域がより下流側にまで広が
り、これによって吸熱反応である改質反応が充分に活発
化される温度に昇温される領域がより下流域にまで広が
る。したがって、改質器２２ｇにおいて改質器の単位容
積当たりの改質反応の効率を向上させることができる。
【０１５１】本実施例の改質器２２ｇは、上記したよう
に改質器２２ｇの流路断面積を上流側と下流側とで変え
ることによって、触媒の温度が上昇しすぎてしまうのを
抑えている。したがって、第４実施例のように複数種の
触媒を用意する必要がなく、改質反応と酸化反応との両
方を促進する活性を有する単一の触媒金属によって改質
器２２ｇを構成することができる。さらに、触媒が単一
の金属で形成されることに加えて、触媒金属で形成した
ペレットは均一な大きさに調製すればよいため、ペレッ
トの調製がより容易となる。また、改質器２２ｇの入り
口部において導入する原燃料ガスに予め酸化ガスを加え
ておいても、改質器内の温度分布を充分に均一化するこ
とができるため、酸化ガスを複数箇所から導入する必要
がなく、配管などの複雑化を抑えることができ、改質器
全体の構成を簡素化することができる。
に改質器２２ｇの流路断面積を上流側と下流側とで変え
ることによって、触媒の温度が上昇しすぎてしまうのを
抑えている。したがって、第４実施例のように複数種の
触媒を用意する必要がなく、改質反応と酸化反応との両
方を促進する活性を有する単一の触媒金属によって改質
器２２ｇを構成することができる。さらに、触媒が単一
の金属で形成されることに加えて、触媒金属で形成した
ペレットは均一な大きさに調製すればよいため、ペレッ
トの調製がより容易となる。また、改質器２２ｇの入り
口部において導入する原燃料ガスに予め酸化ガスを加え
ておいても、改質器内の温度分布を充分に均一化するこ
とができるため、酸化ガスを複数箇所から導入する必要
がなく、配管などの複雑化を抑えることができ、改質器
全体の構成を簡素化することができる。
【０１５２】第６実施例では、改質器２２ｇを略円錐台
形に形成して上流部の流路断面積を下流部の流路断面積
よりも小さくし、原燃料ガスの流速を上流側で遅くなる
構成としたが、原燃料ガスの流速が上流側で遅くなるな
らば、改質器は異なる形状としてもよい。このように、
原燃料ガスの流速が上流側で遅くなる改質器の構成の他
の一例を図１７に示す。図１７の改質器２２ｈは略円柱
状の形状を備えており、その外周面には原燃料ガス導入
路９２が形成され、この原燃料ガス導入路９２の内側
に、改質触媒ペレットが充填された改質部９４が設けら
れている。改質器２２ｈの外周面に形成された原燃料ガ
ス導入路９２は、略円柱形に形成された改質器２２ｈの
一方の底面において開口している。改質器２２ｈの一方
の底面に形成された円形状の開口部は、既述した第２燃
料供給路７９に接続しており、予め圧縮空気が混合され
た原燃料ガスをこの第２燃料供給路７９から供給され
る。改質器２２ｈでは、改質部９４と原燃料ガス導入路
９２との境界は、触媒ペレットを保持可能な目の粗さの
金属メッシュによって形成されている。そのため、原燃
料ガス導入路９２から改質部９４へは、改質部９４の外
周面全体から上記金属メッシュを通過して原燃料ガスが
導入される。
形に形成して上流部の流路断面積を下流部の流路断面積
よりも小さくし、原燃料ガスの流速を上流側で遅くなる
構成としたが、原燃料ガスの流速が上流側で遅くなるな
らば、改質器は異なる形状としてもよい。このように、
原燃料ガスの流速が上流側で遅くなる改質器の構成の他
の一例を図１７に示す。図１７の改質器２２ｈは略円柱
状の形状を備えており、その外周面には原燃料ガス導入
路９２が形成され、この原燃料ガス導入路９２の内側
に、改質触媒ペレットが充填された改質部９４が設けら
れている。改質器２２ｈの外周面に形成された原燃料ガ
ス導入路９２は、略円柱形に形成された改質器２２ｈの
一方の底面において開口している。改質器２２ｈの一方
の底面に形成された円形状の開口部は、既述した第２燃
料供給路７９に接続しており、予め圧縮空気が混合され
た原燃料ガスをこの第２燃料供給路７９から供給され
る。改質器２２ｈでは、改質部９４と原燃料ガス導入路
９２との境界は、触媒ペレットを保持可能な目の粗さの
金属メッシュによって形成されている。そのため、原燃
料ガス導入路９２から改質部９４へは、改質部９４の外
周面全体から上記金属メッシュを通過して原燃料ガスが
導入される。
【０１５３】改質部９４の外周面から改質部９４内部に
導入された原燃料ガスは、改質触媒の表面を通過する際
に改質反応に供されながら、改質器２２ｈの中心軸方向
に向かって流れる。ここで、改質器２２ｈにはその中心
軸に沿って燃料ガス排出路９３が形成されており、改質
器２２ｈ内で原燃料ガスを改質することによって生じた
燃料ガスは、この燃料ガス排出路９３に排出される。燃
料ガス排出路９３は、改質器２２ｈの外表面において、
既述した原燃料ガス導入路９２が開口する底面とは異な
る側の底面で開口している。燃料ガス排出路９３の開口
部は既述した第３燃料供給路８０に接続しており、改質
器２２ｈで改質された燃料ガスは燃料ガス排出路９３を
経由して第３燃料供給路８０に排出される。
導入された原燃料ガスは、改質触媒の表面を通過する際
に改質反応に供されながら、改質器２２ｈの中心軸方向
に向かって流れる。ここで、改質器２２ｈにはその中心
軸に沿って燃料ガス排出路９３が形成されており、改質
器２２ｈ内で原燃料ガスを改質することによって生じた
燃料ガスは、この燃料ガス排出路９３に排出される。燃
料ガス排出路９３は、改質器２２ｈの外表面において、
既述した原燃料ガス導入路９２が開口する底面とは異な
る側の底面で開口している。燃料ガス排出路９３の開口
部は既述した第３燃料供給路８０に接続しており、改質
器２２ｈで改質された燃料ガスは燃料ガス排出路９３を
経由して第３燃料供給路８０に排出される。
【０１５４】以上説明したように、改質器２２ｈは、改
質器を略円柱状に形成し、原燃料ガスを改質器の外周部
から導入して燃料ガスを中心軸付近から排出することに
よって、改質器内部におけるガスの流速を、上流側では
遅く、下流では速くすることが可能となっている。すな
わち、ガスの流れ方向に垂直な面を改質器の断面と考え
るならば、改質器２２ｈでは断面は常に円柱状となり、
この断面の面積は原燃料ガス導入路９２に近いほど大き
く、燃料ガス排出路９３に近いほど小さくなる。このこ
とから、改質器２２ｈ内を流れるガスの流速は、燃料ガ
ス排出路９３に近づくにつれて次第に速くなるというこ
とができる。したがって、改質器２２ｈを用いて改質反
応を行なうならば、第６実施例の改質器２２ｇと同様の
効果を得ることができる。さらに、改質器２２ｈは略円
柱状に形成されているため、略円錐台状に形成された改
質器２２ｇに比べて、設置時に生じてしまうデッドスペ
ースの大きさを抑えることができるという利点を有す
る。
質器を略円柱状に形成し、原燃料ガスを改質器の外周部
から導入して燃料ガスを中心軸付近から排出することに
よって、改質器内部におけるガスの流速を、上流側では
遅く、下流では速くすることが可能となっている。すな
わち、ガスの流れ方向に垂直な面を改質器の断面と考え
るならば、改質器２２ｈでは断面は常に円柱状となり、
この断面の面積は原燃料ガス導入路９２に近いほど大き
く、燃料ガス排出路９３に近いほど小さくなる。このこ
とから、改質器２２ｈ内を流れるガスの流速は、燃料ガ
ス排出路９３に近づくにつれて次第に速くなるというこ
とができる。したがって、改質器２２ｈを用いて改質反
応を行なうならば、第６実施例の改質器２２ｇと同様の
効果を得ることができる。さらに、改質器２２ｈは略円
柱状に形成されているため、略円錐台状に形成された改
質器２２ｇに比べて、設置時に生じてしまうデッドスペ
ースの大きさを抑えることができるという利点を有す
る。
【０１５５】また、改質器において上流側の方が下流側
よりもガスの流速を遅くする他の構成として、改質器の
断面を角形に形成することとしてもよい。このような構
成の改質器２２ｉを図１８に例示する。改質器２２ｉは
第６実施例の改質器２２ｇとほぼ同様の構成を備えてい
るが、その形状は略円錐台状ではなく略四角錐台状に形
成されている。ここで、略四角錐台状に形成された改質
器２２ｉにおける面積の大きい底面側には第２燃料供給
路７９が接続しており、同じく面積の小さい底面側には
第３燃料供給路８０が接続している。このように形成さ
れた改質器２２ｉの流路断面積は、ガス流路の上流ほど
大きくなっているため、改質器２２ｉ内を通過するガス
の流速は上流ほど遅くなる。このような改質器２２ｉを
用いるならば、第６実施例の改質器２２ｇと同様の効果
を得ることができる。
よりもガスの流速を遅くする他の構成として、改質器の
断面を角形に形成することとしてもよい。このような構
成の改質器２２ｉを図１８に例示する。改質器２２ｉは
第６実施例の改質器２２ｇとほぼ同様の構成を備えてい
るが、その形状は略円錐台状ではなく略四角錐台状に形
成されている。ここで、略四角錐台状に形成された改質
器２２ｉにおける面積の大きい底面側には第２燃料供給
路７９が接続しており、同じく面積の小さい底面側には
第３燃料供給路８０が接続している。このように形成さ
れた改質器２２ｉの流路断面積は、ガス流路の上流ほど
大きくなっているため、改質器２２ｉ内を通過するガス
の流速は上流ほど遅くなる。このような改質器２２ｉを
用いるならば、第６実施例の改質器２２ｇと同様の効果
を得ることができる。
【０１５６】さらに、ガスの流速が上流側と下流側とで
異なる構成の改質器を複数個重ねて設置する構成も好適
である。このような構成の一例として、改質器２２ｊを
図１９に例示する。改質器２２ｊは、改質器２２ｉと同
様に略四角錐台状に形成された２つの改質部９５，９６
を、ガスの流れる方向が逆向きとなるように重ね合わせ
た構成を備えている。それぞれの改質部９５，９６は、
流路断面積の大きい底面側から原燃料ガスの供給を受
け、流路断面積の小さな底面側から燃料ガスを排出す
る。
異なる構成の改質器を複数個重ねて設置する構成も好適
である。このような構成の一例として、改質器２２ｊを
図１９に例示する。改質器２２ｊは、改質器２２ｉと同
様に略四角錐台状に形成された２つの改質部９５，９６
を、ガスの流れる方向が逆向きとなるように重ね合わせ
た構成を備えている。それぞれの改質部９５，９６は、
流路断面積の大きい底面側から原燃料ガスの供給を受
け、流路断面積の小さな底面側から燃料ガスを排出す
る。
【０１５７】このような改質器２２ｊによれば、第６実
施例の改質器２２ｇや改質器２２ｉと同様の効果に加え
て以下のような効果を奏する。すなわち、改質器２２ｊ
では、２つの改質部９５，９６がガスの流れ方向が逆に
なるように重ね合わされているため、改質部内の温度分
布の状態をさらに均一化することが可能となる。それぞ
れの改質部９５，９６は、ガスの流れ方向の上流側ほど
ガスの流速が遅くなるため、既述したように上流側では
原燃料の酸化反応の速度が抑えられ、各改質部の上流域
で急激に温度が上昇してしまうことがない。しかしなが
ら、原燃料ガス中に酸素が多く含有されている上流側で
は酸素の含有率が低い下流側に比べて酸化反応が活発に
起こるため、上流側の方が下流側に比べてある程度温度
は高くなる。改質器２２ｊでは、２つの改質部９５，９
６をガスの流れ方向が逆になるように重ねて設置してい
るため、より高温になる上流部とより低温になる下流部
とが隣接して熱交換し、改質器２２ｊ全体における温度
分布の均一化が進む。したがって、酸化反応で生じた熱
量によって改質器内が部分的に昇温しすぎてしまうのを
さらに抑えることができ、また、改質器２２ｊの下流側
の温度を上昇させることによって、改質器２２ｊの下流
側で改質反応をより活発化して改質器全体の反応効率を
向上させることができる。さらに、略四角錐台状の改質
部を重ねて全体を略四角柱状に形成することによって、
改質器２２ｊ全体の形状をコンパクトにして設置時のデ
ッドスペースを小さくすることが可能となる。
施例の改質器２２ｇや改質器２２ｉと同様の効果に加え
て以下のような効果を奏する。すなわち、改質器２２ｊ
では、２つの改質部９５，９６がガスの流れ方向が逆に
なるように重ね合わされているため、改質部内の温度分
布の状態をさらに均一化することが可能となる。それぞ
れの改質部９５，９６は、ガスの流れ方向の上流側ほど
ガスの流速が遅くなるため、既述したように上流側では
原燃料の酸化反応の速度が抑えられ、各改質部の上流域
で急激に温度が上昇してしまうことがない。しかしなが
ら、原燃料ガス中に酸素が多く含有されている上流側で
は酸素の含有率が低い下流側に比べて酸化反応が活発に
起こるため、上流側の方が下流側に比べてある程度温度
は高くなる。改質器２２ｊでは、２つの改質部９５，９
６をガスの流れ方向が逆になるように重ねて設置してい
るため、より高温になる上流部とより低温になる下流部
とが隣接して熱交換し、改質器２２ｊ全体における温度
分布の均一化が進む。したがって、酸化反応で生じた熱
量によって改質器内が部分的に昇温しすぎてしまうのを
さらに抑えることができ、また、改質器２２ｊの下流側
の温度を上昇させることによって、改質器２２ｊの下流
側で改質反応をより活発化して改質器全体の反応効率を
向上させることができる。さらに、略四角錐台状の改質
部を重ねて全体を略四角柱状に形成することによって、
改質器２２ｊ全体の形状をコンパクトにして設置時のデ
ッドスペースを小さくすることが可能となる。
【０１５８】既述した第６実施例の改質器２２ｇないし
２２ｊでは、改質器の上流側と下流側とで改質器の断面
積を変えることによって上流側における酸化反応の反応
速度を抑えているため、改質器内部には大きさの揃った
ペレットを充填することとしても上記した効果を得るこ
とができる。ここで、第６実施例の改質器２２ｇないし
２２ｊにおいて、ガスの流れ方向の上流側には粒子の大
きな触媒ペレットを充填し、下流側には粒子の小さな触
媒ペレットを充填し、上流側での酸化反応をさらに抑え
て改質器内の温度分布のさらなる均一化を図ることとし
てもよい。
２２ｊでは、改質器の上流側と下流側とで改質器の断面
積を変えることによって上流側における酸化反応の反応
速度を抑えているため、改質器内部には大きさの揃った
ペレットを充填することとしても上記した効果を得るこ
とができる。ここで、第６実施例の改質器２２ｇないし
２２ｊにおいて、ガスの流れ方向の上流側には粒子の大
きな触媒ペレットを充填し、下流側には粒子の小さな触
媒ペレットを充填し、上流側での酸化反応をさらに抑え
て改質器内の温度分布のさらなる均一化を図ることとし
てもよい。
【０１５９】以上説明した本発明の第１ないし第６実施
例の改質器は、図１に示した構成を有する燃料電池シス
テム２０に備えられることとしたが、これらの改質器を
備える燃料電池システムは図１とは異なる構成を有する
こととしてもよい。図２０に、図１とは異なる構成の例
として燃料電池システム２０Ａの構成を示す。図２０の
燃料電池システム２０Ａにおいて、第１実施例の燃料電
池システム２０と共通する構成については同じ番号を付
して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明するこ
ととする。
例の改質器は、図１に示した構成を有する燃料電池シス
テム２０に備えられることとしたが、これらの改質器を
備える燃料電池システムは図１とは異なる構成を有する
こととしてもよい。図２０に、図１とは異なる構成の例
として燃料電池システム２０Ａの構成を示す。図２０の
燃料電池システム２０Ａにおいて、第１実施例の燃料電
池システム２０と共通する構成については同じ番号を付
して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明するこ
ととする。
【０１６０】図２０の燃料電池システム２０Ａでは、燃
料電池４０の酸素極側から排出された酸化排ガスは、圧
縮機３２に供給される代わりに、酸化排ガス路７３を介
して凝縮水回収器３９に供給される。燃料電池４０で電
気化学反応が進行する際には、燃料電池４０の酸素極側
において既述した（２）式の反応によって水が生じる。
そのため燃料電池システム２０Ａでは、電池反応による
生成水を含有する酸化排ガスを凝縮水回収器３９に導い
て、酸化排ガス中の生成水を凝縮させて回収し、回収し
た水を再利用している。凝縮水回収器３９で回収された
生成水は、水回収路３５を介して水タンク３０に供給さ
れ、蒸発器２４を経て改質器２２で行なわれる原燃料の
水蒸気改質に供される。
料電池４０の酸素極側から排出された酸化排ガスは、圧
縮機３２に供給される代わりに、酸化排ガス路７３を介
して凝縮水回収器３９に供給される。燃料電池４０で電
気化学反応が進行する際には、燃料電池４０の酸素極側
において既述した（２）式の反応によって水が生じる。
そのため燃料電池システム２０Ａでは、電池反応による
生成水を含有する酸化排ガスを凝縮水回収器３９に導い
て、酸化排ガス中の生成水を凝縮させて回収し、回収し
た水を再利用している。凝縮水回収器３９で回収された
生成水は、水回収路３５を介して水タンク３０に供給さ
れ、蒸発器２４を経て改質器２２で行なわれる原燃料の
水蒸気改質に供される。
【０１６１】凝縮水回収器３９で生成水を回収された酸
化排ガスは、排ガス回収路３３を経由して圧縮機３２に
併設されたバーナ３４に供給される。燃料電池４０での
電気化学反応に供された後排出される酸化排ガスには、
既述したように酸素が残留しているため、バーナ３４に
供給された酸化排ガスは、バーナ３４での燃焼反応に要
する酸化ガスとして働く。なお、燃料電池システム２０
Ａでは、燃料電池４０からの酸化排ガスは上述したよう
に凝縮水回収器３９に導かれるため、エアタンク３６に
圧縮空気を供給する圧縮機３２のコンプレッサ３２ｂへ
は外気のみが供給される。
化排ガスは、排ガス回収路３３を経由して圧縮機３２に
併設されたバーナ３４に供給される。燃料電池４０での
電気化学反応に供された後排出される酸化排ガスには、
既述したように酸素が残留しているため、バーナ３４に
供給された酸化排ガスは、バーナ３４での燃焼反応に要
する酸化ガスとして働く。なお、燃料電池システム２０
Ａでは、燃料電池４０からの酸化排ガスは上述したよう
に凝縮水回収器３９に導かれるため、エアタンク３６に
圧縮空気を供給する圧縮機３２のコンプレッサ３２ｂへ
は外気のみが供給される。
【０１６２】以上説明したように、上記第１ないし第４
実施例の改質器を備える燃料電池システムでは、改質反
応で要する熱量を改質器内部で発生させる構成としたこ
とによって、改質器を始めとする燃料電池システム各部
の小型化が可能となると共にシステム構成の簡素化が可
能となった。従って、上記燃料電池システムは、電気自
動車の駆動用電源として車載して用いる場合のように、
設置可能なスペースに厳しい制限がある場合において特
に有利となる。
実施例の改質器を備える燃料電池システムでは、改質反
応で要する熱量を改質器内部で発生させる構成としたこ
とによって、改質器を始めとする燃料電池システム各部
の小型化が可能となると共にシステム構成の簡素化が可
能となった。従って、上記燃料電池システムは、電気自
動車の駆動用電源として車載して用いる場合のように、
設置可能なスペースに厳しい制限がある場合において特
に有利となる。
【０１６３】第１ないし第４実施例においては、メタノ
ールを原燃料とし、これを改質して水素リッチな燃料ガ
スを生成する構成とした。メタノールは原燃料として使
用可能な炭化水素の中では比較的穏やかな条件で水蒸気
改質を行なうことが可能であるため、改質装置の大型化
を抑えることができ、燃料電池システムを車両駆動用の
電源として用いる場合などでは特に有利であるが、他の
炭化水素系燃料を改質する場合にも本発明を適用するこ
とが可能である。以下に、他の炭化水素系燃料を水蒸気
改質する反応について説明する。
ールを原燃料とし、これを改質して水素リッチな燃料ガ
スを生成する構成とした。メタノールは原燃料として使
用可能な炭化水素の中では比較的穏やかな条件で水蒸気
改質を行なうことが可能であるため、改質装置の大型化
を抑えることができ、燃料電池システムを車両駆動用の
電源として用いる場合などでは特に有利であるが、他の
炭化水素系燃料を改質する場合にも本発明を適用するこ
とが可能である。以下に、他の炭化水素系燃料を水蒸気
改質する反応について説明する。
【０１６４】まず最初に天然ガスを原燃料として用いる
場合について説明する。天然ガスはその主成分がメタン
であるためメタンの改質反応について述べる。以下に、
メタンを水蒸気改質する場合に起こるメタンの分解反応
を（８）式として示し、改質反応時に酸素を加えること
で進行する一酸化炭素の酸化反応と水素の酸化反応とを
それぞれ（９）式および（１０）式として示す。
場合について説明する。天然ガスはその主成分がメタン
であるためメタンの改質反応について述べる。以下に、
メタンを水蒸気改質する場合に起こるメタンの分解反応
を（８）式として示し、改質反応時に酸素を加えること
で進行する一酸化炭素の酸化反応と水素の酸化反応とを
それぞれ（９）式および（１０）式として示す。
【０１６５】 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ2−２０６．２（kJ/mol） …（８） ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 → ＣＯ2＋２７９．５（kJ/mol） …（９） Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ＋２４０（kJ/mol） …（１０）
【０１６６】メタンの水蒸気改質を行なう場合には、最
初に（８）式に示した吸熱反応によってメタンの分解が
行なわれる。このときメタンは水（水蒸気）と反応して
一酸化炭素と水素を生じる。ここで生じた一酸化炭素
は、（５）式に示したシフト反応に従って水と反応して
二酸化炭素と水素とを生じたり、あるいは、酸素が供給
されると（９）式の反応によって二酸化炭素を生じる。
また、（８）式に示すメタンの分解反応によって生じた
水素の一部は、（１０）式に示す酸化反応に供されて水
を生じる。（１０）式の酸化反応によって生じた水は、
（８）式に示すメタンの分解反応や（５）式に示した一
酸化炭素を酸化するシフト反応において用いられるた
め、上記した反応を経ることによって、最終的にメタン
は二酸化炭素を含有する水素リッチガスに改質される。
なお、これらの反応はニッケル等の触媒を用いて促進す
ることができる。
初に（８）式に示した吸熱反応によってメタンの分解が
行なわれる。このときメタンは水（水蒸気）と反応して
一酸化炭素と水素を生じる。ここで生じた一酸化炭素
は、（５）式に示したシフト反応に従って水と反応して
二酸化炭素と水素とを生じたり、あるいは、酸素が供給
されると（９）式の反応によって二酸化炭素を生じる。
また、（８）式に示すメタンの分解反応によって生じた
水素の一部は、（１０）式に示す酸化反応に供されて水
を生じる。（１０）式の酸化反応によって生じた水は、
（８）式に示すメタンの分解反応や（５）式に示した一
酸化炭素を酸化するシフト反応において用いられるた
め、上記した反応を経ることによって、最終的にメタン
は二酸化炭素を含有する水素リッチガスに改質される。
なお、これらの反応はニッケル等の触媒を用いて促進す
ることができる。
【０１６７】ここで、メタンを原燃料として改質反応を
行なう場合には、吸熱を伴うメタンの分解反応が最初に
起こるため、メタノールを原燃料として酸素の存在下で
改質反応を行なう場合のように、最初に発熱を伴う改質
反応を行なって、その後進行する吸熱反応で要する熱量
を供給するということができない。しかしながら、この
場合には、改質器に先だって設けた蒸発器においてメタ
ンを含む原燃料ガスを充分に昇温させてから改質器に導
く構成としておけば、改質器ではメタンが自身で持ち込
んだ熱量を用いて（８）式に示したメタンの分解反応を
開始することができる。（８）式に示したメタンの分解
反応がいくらかでも始まれば、直ちに（５）式のシフト
反応および（９）式、（１０）式の酸化反応などの発熱
反応が始まって熱量を供給するようになる。そのため、
この熱量を利用して引き続き（８）式のメタンの分解反
応を起こすことが可能となって、改質器の内部で進行す
る反応間で発熱と吸熱とのバランスをとりながら原燃料
の改質を行なうことができる。
行なう場合には、吸熱を伴うメタンの分解反応が最初に
起こるため、メタノールを原燃料として酸素の存在下で
改質反応を行なう場合のように、最初に発熱を伴う改質
反応を行なって、その後進行する吸熱反応で要する熱量
を供給するということができない。しかしながら、この
場合には、改質器に先だって設けた蒸発器においてメタ
ンを含む原燃料ガスを充分に昇温させてから改質器に導
く構成としておけば、改質器ではメタンが自身で持ち込
んだ熱量を用いて（８）式に示したメタンの分解反応を
開始することができる。（８）式に示したメタンの分解
反応がいくらかでも始まれば、直ちに（５）式のシフト
反応および（９）式、（１０）式の酸化反応などの発熱
反応が始まって熱量を供給するようになる。そのため、
この熱量を利用して引き続き（８）式のメタンの分解反
応を起こすことが可能となって、改質器の内部で進行す
る反応間で発熱と吸熱とのバランスをとりながら原燃料
の改質を行なうことができる。
【０１６８】このように、メタンを原燃料として水蒸気
改質を行なって水素リッチな燃料ガスを生成する際に
も、改質器に酸素を供給することによって発熱を伴う酸
化反応を行なわせ、吸熱を伴う分解反応で要する熱量を
内部で供給することができる。従って、第１ないし第４
実施例で示したメタノールの改質反応の場合と同様に、
吸熱を伴う改質反応で要する熱量を供給するために外部
から供給する熱量を削減することができる。特に、改質
器の温度分布の状態などに応じて改質器に供給する酸素
の量および供給する位置を制御して、（５）式のシフト
反応および（９）式、（１０）式の酸化反応の割合を調
節するならば、必要な熱量を不足なく供給することが可
能となって、改質器を加熱する外部熱源が不要となる。
もとより、改質器の入り口部には熱源を設け、（８）式
に示すメタンの分解反応を促進することとしても良い。
なお、天然ガスとして都市ガスを用いる場合には、改質
器に先だって脱硫器を設け、付臭剤として添加されてい
る有機硫黄酸化物の除去を行なうことが望ましい。
改質を行なって水素リッチな燃料ガスを生成する際に
も、改質器に酸素を供給することによって発熱を伴う酸
化反応を行なわせ、吸熱を伴う分解反応で要する熱量を
内部で供給することができる。従って、第１ないし第４
実施例で示したメタノールの改質反応の場合と同様に、
吸熱を伴う改質反応で要する熱量を供給するために外部
から供給する熱量を削減することができる。特に、改質
器の温度分布の状態などに応じて改質器に供給する酸素
の量および供給する位置を制御して、（５）式のシフト
反応および（９）式、（１０）式の酸化反応の割合を調
節するならば、必要な熱量を不足なく供給することが可
能となって、改質器を加熱する外部熱源が不要となる。
もとより、改質器の入り口部には熱源を設け、（８）式
に示すメタンの分解反応を促進することとしても良い。
なお、天然ガスとして都市ガスを用いる場合には、改質
器に先だって脱硫器を設け、付臭剤として添加されてい
る有機硫黄酸化物の除去を行なうことが望ましい。
【０１６９】以上、天然ガスを原燃料として用いる場合
について説明したが、この他、ＬＰガス（原燃料成分は
プロパン）、ガソリン（原燃料成分はｎ−オクタンまた
はイソオクタン）、軽油（原燃料成分はｎ−セタン）等
を原燃料として用いる場合にも、本発明を適用して、改
質器内部で発熱反応である酸化反応を行なって、吸熱を
伴う改質反応に要する熱量を供給することが可能であ
る。以下、これらについて説明する。（１１）式はプロ
パンの分解反応、（１２）式はオクタンの分解反応、
（１３）式はセタンの分解反応を示す。
について説明したが、この他、ＬＰガス（原燃料成分は
プロパン）、ガソリン（原燃料成分はｎ−オクタンまた
はイソオクタン）、軽油（原燃料成分はｎ−セタン）等
を原燃料として用いる場合にも、本発明を適用して、改
質器内部で発熱反応である酸化反応を行なって、吸熱を
伴う改質反応に要する熱量を供給することが可能であ
る。以下、これらについて説明する。（１１）式はプロ
パンの分解反応、（１２）式はオクタンの分解反応、
（１３）式はセタンの分解反応を示す。
【０１７０】 Ｃ3Ｈ8＋３Ｈ2Ｏ → ３ＣＯ＋７Ｈ2−４９８．０（kJ/mol） …（１１） Ｃ8Ｈ18＋８Ｈ2Ｏ → ８ＣＯ＋１７Ｈ2−１２６０（kJ/mol） …（１２） Ｃ16Ｈ34＋１６Ｈ2Ｏ → １６ＣＯ＋３３Ｈ2−２４７５（kJ/mol） …（１３）
【０１７１】上記いずれの原燃料を用いる場合もメタン
を原燃料とする場合と同様に、改質器に酸素を供給する
場合には、原燃料の分解反応が起こった後には（５）式
に示した一酸化炭素のシフト反応および（９）式、（１
０）式に示した酸化反応が進行する。改質器の内部で発
熱を伴う酸化反応が起きるため、改質器で進行する吸熱
を伴う反応のために、外部から供給する熱量を削減する
ことができる。改質器に供給する原燃料ガスを予め所定
温度以上に昇温したり、改質器の入り口付近に熱源を設
けて吸熱反応で要する熱量を補えば、その後の改質反応
は外部から熱量を供給することなく進行させることが可
能となる。
を原燃料とする場合と同様に、改質器に酸素を供給する
場合には、原燃料の分解反応が起こった後には（５）式
に示した一酸化炭素のシフト反応および（９）式、（１
０）式に示した酸化反応が進行する。改質器の内部で発
熱を伴う酸化反応が起きるため、改質器で進行する吸熱
を伴う反応のために、外部から供給する熱量を削減する
ことができる。改質器に供給する原燃料ガスを予め所定
温度以上に昇温したり、改質器の入り口付近に熱源を設
けて吸熱反応で要する熱量を補えば、その後の改質反応
は外部から熱量を供給することなく進行させることが可
能となる。
【０１７２】また、既述した説明では改質した燃料ガス
は固体高分子型燃料電池において利用する構成とした
が、本発明の燃料改質方法および燃料改質装置は、リン
酸型燃料電池など二酸化炭素を含有する燃料ガスを供給
可能な他種の燃料電池を備える燃料電池システムにおい
ても適用可能である。特に、燃料電池を移動用電源とし
て用いる場合は本発明の適用によってシステム構造の簡
略化が達成できて有利であり、また、一酸化炭素を燃料
として用いることができない低温型の燃料電池において
メタノール等を原燃料として用いる場合には、本発明の
適用によって燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低減が容易
となって有利である。
は固体高分子型燃料電池において利用する構成とした
が、本発明の燃料改質方法および燃料改質装置は、リン
酸型燃料電池など二酸化炭素を含有する燃料ガスを供給
可能な他種の燃料電池を備える燃料電池システムにおい
ても適用可能である。特に、燃料電池を移動用電源とし
て用いる場合は本発明の適用によってシステム構造の簡
略化が達成できて有利であり、また、一酸化炭素を燃料
として用いることができない低温型の燃料電池において
メタノール等を原燃料として用いる場合には、本発明の
適用によって燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低減が容易
となって有利である。
【０１７３】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
【図１】本発明の好適な一実施例である燃料電池システ
ム２０の構成を示すブロック図である。
ム２０の構成を示すブロック図である。
【図２】燃料電池４０が備える単セル４８の構成を示す
断面模式図である。
断面模式図である。
【図３】改質器２２の構成を表わす説明図である。
【図４】改質器２２の内部の温度分布の様子を示す説明
図である。
図である。
【図５】改質器２２ａの構成を表わす説明図である。
【図６】改質器２２ａの内部の温度分布の様子を示す説
明図である。
明図である。
【図７】改質器２２ｂの構成を表わす説明図である。
【図８】改質器２２ｃの構成を表わす説明図である。
【図９】改質器２２ｃの内部の温度分布の様子を示す説
明図である。
明図である。
【図１０】改質器２２ｄの構成を表わす説明図である。
【図１１】改質器２２ｅの構成を表わす説明図である。
【図１２】改質器２２ｆの構成を表わす説明図である。
【図１３】大粒ペレットを充填した改質器および小粒ペ
レットを用いた改質器の内部における触媒温度の変化の
様子を表わした説明図である。
レットを用いた改質器の内部における触媒温度の変化の
様子を表わした説明図である。
【図１４】改質器２２ｆの内部の温度分布の様子を示す
説明図である。
説明図である。
【図１５】改質器２２ｇの構成を表わす説明図である。
【図１６】改質器２２ｇの内部の温度分布の様子を示す
説明図である。
説明図である。
【図１７】改質器２２ｈの構成を表わす説明図である。
【図１８】改質器２２ｉの構成を表わす説明図である。
【図１９】改質器２２ｊの構成を表わす説明図である。
【図２０】燃料電池システム２０Ａの構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２１】従来用いられてきたヒータを備える改質器に
おける内部の温度分布の様子を示す説明図である。
おける内部の温度分布の様子を示す説明図である。
２０，２０Ａ…燃料電池システム ２２〜２２ｊ…改質器 ２３，２３ｂ…改質部 ２４…蒸発器 ２６…ＣＯ低減部 ２８…メタノールタンク ３０…水タンク ３１…第４温度センサ ３２…圧縮機 ３２ａ…タービン ３２ｂ…コンプレッサ ３２ｃ…シャフト ３３…排ガス回収路 ３４…バーナ ３５…水回収路 ３６…エアタンク ３８…コンプレッサ ３９…凝縮水回収路 ４０…燃料電池 ４１…電解質膜 ４２…アノード ４３…カソード ４４，４５…セパレータ ４４Ｐ，４５Ｐ…燃料ガス流路 ４６，４７…集電板 ４８…単セル ５０…制御部 ５２…入出力ポート ５４…ＣＰＵ ５６…ＲＯＭ ５８…ＲＡＭ ６０…第１温度センサ ６１…第２温度センサ ６２…第３温度センサ ６３…第１ポンプ ６４…第２ポンプ ６５…第３ポンプ ６６…第１流量調整器 ６７…第２流量調整器 ６８…圧力センサ ６９…空気導入路 ７０…メタノール流路 ７１…メタノール分岐路 ７２…給水路 ７３…酸化排ガス路 ７４…燃料排出路 ７５…第１空気供給路 ７６…第２空気供給路 ７７…第３空気供給路 ７８…第１燃料供給路 ７９…第２燃料供給路 ８０…第３燃料供給路 ８１…第４燃料供給路 ８２…空気供給分岐路 ８３…調節穴 ８４…ヒートパイプ ８５…改質管 ８６…導熱部 ８７…第１触媒層 ８８…第２触媒層 ８９〜９１，９４〜９６…改質部 ９２…原燃料ガス導入路 ９３…燃料ガス排出路
Claims (16)
- 【請求項１】 炭化水素を原燃料とし、所定の改質部に
おいて該原燃料から水素を含む燃料ガスを生成する改質
反応を行なう燃料改質方法において、 前記原燃料を含有する原燃料ガスに酸素を供給して、該
原燃料ガスの所定の成分について発熱反応である酸化反
応を行なわせ、 該所定の成分の酸化反応で放出される熱量を利用して、
吸熱反応である前記原燃料の改質反応を行なう燃料改質
方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の燃料改質方法であって、 前記酸化反応に供される前記所定の成分は前記原燃料で
あり、 前記酸化反応は、前記原燃料を酸化することによって該
原燃料を改質する酸化改質反応である燃料改質方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の燃料改質方法に
おいて、 前記改質反応を行なう際、前記原燃料を含有する原燃料
ガスに対して供給する酸素の割合を、前記原燃料ガスの
所定の成分の酸化反応によって生ずる熱量と、前記改質
反応で要する熱量との関係から決定し、該決定した割合
に相当する量の酸素を前記原燃料ガスと混合して前記酸
化反応に供する燃料改質方法。 - 【請求項４】 請求項１または２記載の燃料改質方法に
おいて、 前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で発生する熱量
によって前記改質部に生じる温度分布のピークを低下さ
せると共に、吸熱反応である前記改質反応が活発化され
る温度に達する領域を拡大して、前記所定の成分の酸化
反応および前記改質反応を行なう燃料改質方法。 - 【請求項５】 請求項１または２記載の燃料改質方法で
あって、 前記改質部に備えられ所定の耐熱性を有する第１の触媒
によって、少なくとも前記原燃料ガスの所定の成分の酸
化反応を促進し、 該酸化反応を経た前記原燃料ガスを前記改質部が備える
第２の触媒に供し、該第２の触媒によって、少なくとも
前記改質反応を促進する燃料改質方法。 - 【請求項６】 炭化水素を原燃料とし、該原燃料から水
素を含む燃料ガスを生成する改質反応を行なう燃料改質
装置において、 前記改質反応が進行する改質部と、 該改質部に対して前記原燃料を含有する原燃料ガスを供
給する原燃料供給手段と、 前記原燃料ガスに対して酸素を供給する酸素供給手段と
を備え、 前記改質部は、 前記酸素供給手段により供給された酸素を用いて、前記
原燃料ガスの所定の成分について発熱反応である酸化反
応を促進する第１の触媒と、 前記原燃料ガスの所定の成分の酸化反応で生じた熱量を
利用して、吸熱反応である前記改質反応を促進する第２
の触媒とを備える燃料改質装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の燃料改質装置であって、 前記酸化反応に供される前記所定の成分は前記原燃料で
あり、 前記酸化反応は、前記原燃料を酸化することによって該
原燃料を改質する酸化改質反応である燃料改質装置。 - 【請求項８】 請求項６または７記載の燃料改質装置で
あって、 前記酸素供給手段は、 前記原燃料ガスに対して供給する酸素の割合を、前記原
燃料ガスの所定の成分の酸化反応によって生じる熱量
と、前記改質反応で要する熱量との関係から決定し、該
決定した割合に相当する量の酸素を前記原燃料ガスに供
給する供給酸素量調節手段を備えた燃料改質装置。 - 【請求項９】 請求項６または７記載の燃料改質装置で
あって、 前記第１の触媒と前記第２の触媒とが同一物質であり、 前記改質部は前記第１および第２の触媒によって形成さ
れる均質な触媒層を備える燃料改質装置。 - 【請求項１０】 請求項６または７記載の燃料改質装置
であって、 前記第１の触媒は、 所定の耐熱性および／または高温下での耐久性を備え、 前記第２の触媒が配置された位置よりも、前記改質部に
対して前記原燃料ガスが供給される入り口部側に配置さ
れた燃料改質装置。 - 【請求項１１】 請求項６または７記載の燃料改質装置
であって、 前記改質部において、前記所定の成分の酸化反応で発生
する熱量によって前記改質部に生じる温度分布のピーク
を低下させると共に、吸熱反応である前記改質反応が活
発化される温度に達する領域を拡大する温度分布平均化
手段を備えた燃料改質装置。 - 【請求項１２】 前記温度分布平均化手段は、前記改質
部における前記原燃料ガスの流れの方向に沿って複数の
前記酸素供給手段を備えてなる請求項１１記載の燃料改
質装置。 - 【請求項１３】 前記温度分布平均化手段は、前記所定
の成分の酸化反応によって発生した熱量を、前記改質部
内部において伝熱によって分散させる熱分散手段である
請求項１１記載の燃料改質装置。 - 【請求項１４】 前記温度分布平均化手段は、前記原燃
料ガスおよび酸素が導入される側の領域に存在する前記
触媒の総表面積が、前記改質反応によって生成された前
記燃料ガスが排出される側の領域に存在する前記触媒の
総表面積に比べて小さい前記改質部からなる請求項１１
記載の燃料改質装置。 - 【請求項１５】 前記温度分布平均化手段は、前記原燃
料ガスおよび酸素が導入される側が、前記改質反応によ
って生成された前記燃料ガスが排出される側よりも大き
な流路断面積を有する前記改質部よりなる請求項１１記
載の燃料改質装置。 - 【請求項１６】 請求項６および７記載の燃料改質装置
と、 該燃料改質装置から前記燃料ガスの供給を受けて発電を
行なう燃料電池とを備える燃料電池システム。
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