JPH1192102A - 燃料改質装置 - Google Patents

燃料改質装置

Info

Publication number
JPH1192102A
JPH1192102A JP10210354A JP21035498A JPH1192102A JP H1192102 A JPH1192102 A JP H1192102A JP 10210354 A JP10210354 A JP 10210354A JP 21035498 A JP21035498 A JP 21035498A JP H1192102 A JPH1192102 A JP H1192102A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
catalyst
reformer
fuel gas
steam reforming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10210354A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4305973B2 (ja
Inventor
Seiji Mizuno
誠司 水野
Toshiaki Ozaki
俊昭 尾崎
Tatsuya Kawahara
竜也 川原
Masayoshi Taki
正佳 滝
Katsuhiko Kinoshita
克彦 木下
Yoshimasa Negishi
良昌 根岸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP21035498A priority Critical patent/JP4305973B2/ja
Publication of JPH1192102A publication Critical patent/JPH1192102A/ja
Priority to DE69943241T priority patent/DE69943241D1/de
Priority to ES99928209T priority patent/ES2359884T3/es
Priority to BRPI9911883-1A priority patent/BR9911883B1/pt
Priority to PCT/JP1999/003603 priority patent/WO2000002812A1/ja
Priority to US09/720,568 priority patent/US6887286B1/en
Priority to CN99808370A priority patent/CN1127449C/zh
Priority to AT99928209T priority patent/ATE500196T1/de
Priority to CA002336545A priority patent/CA2336545C/en
Priority to KR10-2001-7000279A priority patent/KR100388161B1/ko
Priority to CZ20010082A priority patent/CZ302007B6/cs
Priority to EP99928209A priority patent/EP1103518B1/en
Priority to PL345402A priority patent/PL190848B1/pl
Priority to RU2001103358/12A priority patent/RU2199382C2/ru
Priority to CNB021558647A priority patent/CN1228875C/zh
Application granted granted Critical
Publication of JP4305973B2 publication Critical patent/JP4305973B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池装置の内部温度を所定の温度範囲内
で均一化する。 【解決手段】 Ｃｕ−Ｚｎ触媒を備える改質器３４は、
第２燃料供給路６４から、空気を含有する原燃料ガスの
供給を受け、内部で水蒸気改質反応および酸化反応を進
行させ、生じた水素リッチな燃料ガスを第３燃料供給路
６５へ排出する。改質器３４は、上流側に位置する反応
部８０と、下流側に位置する反応部８１とからなる。反
応部８０，８１は、いずれもハニカムによって構成され
ているが、それぞれの反応部における流路断面積の総
和、すなわち、それぞれのハニカムを構成する各セルの
横断面積の総和は、上流側の反応部８０の方が小さくな
るように構成されている。したがって、改質器３４内を
通過するガスの流速は、上流側の方が下流側よりも速く
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質装置に関
し、詳しくは、炭化水素と水蒸気とから水素リッチガス
を生成する燃料改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素と水蒸気とから水素リッチガス
を生成する燃料改質装置は、燃料電池に燃料ガスを供給
するための装置として知られている。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。このような燃
料電池は、水素を含有する燃料ガスを陰極側に供給さ
れ、酸素を含有する酸化ガスを陽極側に供給されて、両
極で起きる電気化学反応によって起電力を得る。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）式は陰極側における反応、（２）式は陽極側にお
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】種々の燃料電池のうち、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を水蒸気改質
して生成した水素リッチガスを燃料ガスとして用いてい
る。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、上記した燃料改質装置が設けられており、
この燃料改質装置において水蒸気改質反応を行なって燃
料ガスを生成している。以下に、燃料改質装置の内部で
進行する改質反応について説明する。ここでは、改質反
応に供する炭化水素としてメタノールを用いる場合につ
いて説明する。以下に、メタノールを水蒸気改質する反
応を表わす式を示す。
【０００５】 ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋３Ｈ2−４９．５（kJ/mol） …（４）
【０００６】上記（４）式に示すように、水蒸気改質反
応は吸熱反応であるため、改質反応を進行させるために
は熱エネルギを供給する必要がある。改質反応に要する
熱エネルギを供給する方法としては、燃料改質装置にバ
ーナやヒータ等を設けて外部加熱を行なう方法や、燃料
改質装置内部において、水蒸気改質反応に加えて発熱反
応である酸化反応を行なわせ、酸化反応で生じる熱を利
用して水蒸気改質反応を進行させる方法などが知られて
いる。これらの方法のうちで、燃料改質装置内部で水蒸
気改質反応と共に酸化反応を進行させる方法について説
明する。
【０００７】 ＣＨ3ＯＨ＋（１／２）Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2＋１８９．５（kJ/mol） …（５）
【０００８】上記（５）式は、メタノールの酸化反応の
一例（部分酸化反応）を表わす。水蒸気改質反応を行な
う燃料改質装置に対して酸素を供給し、（４）式に表わ
す水蒸気改質反応と共にメタノールの酸化反応を行なわ
せるならば、酸化反応で生じた熱エネルギを、水蒸気改
質反応において利用することができる。ここで、燃料改
質装置に供給する酸素量を調節すれば、水蒸気改質反応
で要する熱量と酸化反応で生じる熱量とを釣り合わせる
ことができ、理論的には、水蒸気改質反応で要する熱量
をすべて酸化反応で生じる熱量によって賄うことも可能
となる。このような、水蒸気改質反応で要する熱量を酸
化反応で生じる熱量によって賄う方法は、既述した外部
加熱を行なう方法に比べて、放熱により失われるエネル
ギ量を減らすことができ、より高いエネルギ効率を実現
することができる。さらに、外部加熱を行なう方法に比
べて、燃料改質装置の構成を簡素化することができ、シ
ステム全体を小型化することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料改
質装置に対してメタノールや水蒸気と共に酸素を供給
し、酸化反応によって生じた熱エネルギを水蒸気改質反
応で利用する上記した方法は、燃料改質装置の内部にお
いて、温度の分布状態が不均一となってしまうという問
題があった。図３８は、メタノールおよび水蒸気と共に
酸素を燃料改質装置に供給し、水蒸気改質反応と共に酸
化反応を行なうときの、燃料改質装置内部における温度
分布の様子を表わす説明図である。燃料改質装置に対し
て、メタノールおよび水蒸気と共に酸素を導入すると、
水蒸気改質反応よりも酸化反応の方が反応速度が速いた
め、酸化反応で生じる熱量が水蒸気反応で要する熱量を
上回り、図３８に示すように、燃料改質装置における上
流側（メタノール、水蒸気および酸素を含有するガスを
導入する側）では、急激に内部温度が上昇して温度分布
のピークを形成する。また、酸化反応で酸素が消費され
た後は水蒸気改質反応だけが進行するようになるため、
上記した温度分布のピークの後は、燃料改質装置の内部
温度は下流側（水素リッチガスが排出される側）に向か
って下降を続ける。
【００１０】燃料改質装置内部で温度分布がピークを形
成し、温度が上昇しすぎる場合には、触媒が劣化したり
副生成物が生じるなどの問題を生じる。まず、触媒の劣
化について説明する。例えば、メタノールの水蒸気改質
反応および酸化反応を促進する触媒としてＣｕ−Ｚｎ触
媒を用いる場合には、３００℃を越える高温下でこのＣ
ｕ−Ｚｎ触媒を使用すると、触媒の耐久性が低下してシ
ンタリングを起こして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燃料改質
装置の性能が低下してしまう。
【００１１】また、触媒温度が上昇しすぎることによる
もう一つの問題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、燃料改質装置における改
質反応温度の範囲では分解されることがなく、そのまま
燃料ガスとして燃料電池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。
【００１２】一方、燃料改質装置の下流側において内部
温度が低下すると、温度の低下と共に水蒸気改質反応の
活性が低下するという問題を生じる。水蒸気改質反応の
活性が低下してしまうと、改質反応の完了していないガ
ス、すなわち、メタノールが残留して水素濃度が不十分
なガスが生成されてしまうおそれがある。あるいは、下
流側で内部温度が低下してしまっても改質反応が完了す
るように、充分に大きな燃料改質装置を備えることが必
要になる。
【００１３】本発明の燃料改質装置は、こうした問題を
解決し、燃料改質装置の内部温度を所定の温度範囲内で
均一化することを目的としてなされ、次の構成を採っ
た。
【００１４】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の第１の燃料改質装置は、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反応を進行する
際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する燃料改質装置
であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進
する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に対して、前記
炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃料ガスを供給
する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部で進行する前記
水蒸気改質反応および前記酸化反応の結果生じた水素リ
ッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出する燃料ガス排
出手段と、前記触媒部において、前記原燃料ガスが供給
される側の部分で起こる前記酸化反応で生じた熱が、充
分に下流側に運ばれるように、前記原燃料ガスが導入さ
れる側の部分における前記原燃料ガスの流速を速くする
ガス流速調節手段とを備えることを要旨とする。
【００１５】以上のように構成された本発明の第１の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気と酸素
とを含有する原燃料ガスを供給すると、この触媒部にお
いて、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とか
ら水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応で
あって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進行する。
このとき、前記酸化反応で生じた熱を利用して前記水蒸
気改質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成され
て前記触媒部から排出される。ここで、触媒部において
は、前記原燃料ガスが供給される側の部分で起こる前記
酸化反応で生じた熱が、充分に下流側に運ばれるよう
に、前記原燃料ガスが導入される側の部分における前記
原燃料ガスの流速が調節される。
【００１６】このような燃料改質装置によれば、前記原
燃料ガスが導入される側の部分で起こる酸化反応によっ
て生じた熱が、充分に下流側に運ばれるため、前記原燃
料ガスが導入される側の部分において温度が上昇しすぎ
てしまうことがない。したがって、温度が上昇しすぎる
ことによる触媒劣化や副生成物の発生といった不都合が
生じることがなく、改質器の耐久性を大きく向上させる
ことができる。さらに、酸化反応で生じた熱が充分に下
流側に運ばれることによって、下流側において、水蒸気
改質反応の活性を充分に高くすることができ、燃料改質
装置を小型化することが可能となる。
【００１７】ここで、原燃料ガスを構成する炭化水素、
水蒸気および酸素は、予めすべてを混合してから供給す
る必要はなく、少なくとも一つの成分あるいは原燃料ガ
スの一部は別個に供給することとしてもよい。予め混合
しておかなくても、原燃料ガスを構成するこれらの成分
が、触媒部におけるガスの流れの向きの上流側から供給
されれば上記した効果を得ることができる。また、水蒸
気改質反応を促進する触媒と酸化反応を促進する触媒と
は、同一であっても良く、異なっていてもよい。すなわ
ち、水蒸気改質反応と酸化反応とは、単一の触媒によっ
て両反応が促進されることとしてもよいし、異なる触媒
によってそれぞれの反応が促進されることとしてもよ
い。異なる触媒を用いる場合には、改質器内で両者が充
分に混合されていることが望ましい。
【００１８】上記本発明の第１の燃料改質装置におい
て、前記ガス流速調節手段は、前記触媒部における前記
原燃料ガスが供給される側において、前記燃料ガスが排
出される側よりも、前記原燃料ガスが流れる流路の断面
の総面積を小さくしてなることとしてもよい。このよう
な構成とすることによって、前記原燃料ガスが供給され
る側のにおける前記原燃料ガスの流速を、前記燃料ガス
が排出される側よりも速くすることができ、上記した効
果を得ることができる。
【００１９】本発明の第２の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃
料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部で
進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結果
生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出す
る燃料ガス排出手段とを備え、前記触媒部における前記
触媒は、熱伝導性の比較的高い材料で形成される触媒担
体に保持されることを要旨とする。
【００２０】以上のように構成された本発明の第２の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気と酸素
とを含有する原燃料ガスを供給すると、この触媒部にお
いて、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とか
ら水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応で
あって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進行し、生
成した水素リッチな燃料ガスを排出する。ここで、前記
触媒は、熱伝導性の比較的高い材料で形成される触媒担
体に担持されるため、前記酸化反応で生じた熱は、触媒
担体によって速やかに周辺部に伝えられ、前記水蒸気改
質反応に利用される。
【００２１】このような燃料改質装置によれば、酸化反
応で生じた熱が速やかに拡散するため、前記原燃料ガス
が供給される側であって、前記酸化反応が活発に進行す
る側において、温度が上昇しすぎてしまうことがない。
したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣化や
副生成物の発生といった不都合が生じることがなく、改
質器の耐久性を大きく向上させることができる。さら
に、酸化反応で生じた熱が拡散されて下流側に伝えられ
ることによって、下流側において、水蒸気改質反応の活
性を充分に高くすることができ、燃料改質装置を小型化
することが可能となる。
【００２２】本発明の第３の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応を促進する
触媒と前記酸化反応を促進する触媒とを備える触媒部
と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前
記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給する
酸化ガス供給手段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気
改質反応および前記酸化反応の結果生じた水素リッチな
燃料ガスを、前記触媒部から排出する燃料ガス排出手段
と、前記触媒部における前記酸化ガスが導入される側に
おいて、前記酸化反応の進行を抑制する酸化反応抑制手
段とを備えることを要旨とする。
【００２３】以上のように構成された本発明の第３の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。このとき、前記酸化反応で生
じた熱を利用して前記水蒸気改質反応が進行し、水素リ
ッチな燃料ガスが生成されて前記触媒部から排出され
る。ここで、触媒部においては、前記酸化ガスが導入さ
れる側において、前記酸化反応の進行が抑制される。
【００２４】このような燃料改質装置によれば、前記酸
化ガスが導入される側において、前記酸化反応の進行が
抑制されるため、この前記酸化ガスが導入される側にお
いて温度が上昇しすぎてしまうことがない。したがっ
て、温度が上昇しすぎることによる触媒劣化や副生成物
の発生といった不都合が生じることがなく、改質器の耐
久性を大きく向上させることができる。さらに、前記酸
化ガスが導入される側で酸化反応の進行が抑制されるこ
とによって、酸化反応が進行する領域がより下流側に広
がり、これによって下流側の温度を上昇させ、水蒸気改
質反応の活性を充分に高くすることができる。したがっ
て、燃料改質装置を小型化することが可能となる。
【００２５】上記本発明の第３の燃料改質装置におい
て、前記酸化反応抑制手段は、前記触媒部において、前
記酸化ガスが導入される側の方が、前記燃料ガスが排出
される側よりも、前記酸化反応を促進する触媒の量が小
となるように形成してなることとしてもよい。
【００２６】また、本発明の第３の燃料改質装置におい
て、前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応
を促進する触媒とは同一の触媒であり、前記酸化反応抑
制手段は、前記酸化ガスが導入される側の方が、前記燃
料ガスが排出される側よりも、前記触媒の量が小となる
ように形成してなることとしてもよい。
【００２７】本発明の第４の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応を促進する
触媒と前記酸化反応を促進する触媒とを備える触媒部
と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前
記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給する
酸化ガス供給手段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気
改質反応および前記酸化反応の結果生じた水素リッチな
燃料ガスを、前記触媒部から排出する燃料ガス排出手段
と、前記触媒部内で進行する反応の進行状態を検出する
反応状態検出手段とを備え、前記酸化ガス供給手段は、
前記触媒部に供給する単位時間当たりの酸素量を所望の
量に維持しつつ、前記反応状態検出手段が検出した前記
反応の進行状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記
酸化ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度調節手段をさ
らに備えることを要旨とする。
【００２８】以上のように構成された本発明の第４の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。このとき、前記酸化反応で生
じた熱を利用して前記水蒸気改質反応が進行し、水素リ
ッチな燃料ガスが生成されて前記触媒部から排出され
る。ここで、前記触媒部内で進行する反応の進行状態を
検出し、前記触媒部に供給する単位時間当たりの酸素量
を所望の量に維持しつつ、この検出した前記反応の進行
状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記酸化ガス中
の酸素濃度を制御する。
【００２９】このような燃料改質装置によれば、前記酸
化ガス中の酸素濃度が制御されるため、酸化ガスが導入
される側において進行する酸化反応の反応速度を制御す
ることができ、この前記酸化ガスが導入される側におい
て温度が上昇しすぎてしまうのを防止することができ
る。したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合が生じることがな
く、改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
さらに、酸化ガス中の酸素濃度を制御して酸化反応の反
応速度を制御することによって、酸化反応が進行する領
域をより下流側に広げることができ、これによって下流
側の温度を上昇させ、水蒸気改質反応の活性を充分に高
くすることができる。したがって、燃料改質装置を小型
化することが可能となる。
【００３０】上記した本発明の第４の燃料改質装置にお
いて、前記触媒部は、前記触媒を備える複数の反応部か
らなり、前記酸化ガス供給手段は、前記複数の反応部の
それぞれに対して前記酸化ガスを供給することとしても
よい。このような構成とすれば、酸化ガスが供給される
箇所を複数にすることによって、触媒部内部の温度を均
一化する効果をさらに高めることができる。
【００３１】本発明の第５の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃
料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部で
進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結果
生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出す
る燃料ガス排出手段と、前記触媒部において、前記原燃
料ガス供給手段から前記原燃料ガスを導入される部位
と、前記燃料ガス排出手段によって前記燃料ガスを排出
する部位とを入れ替え、前記触媒部におけるガスの流れ
を逆転させるガス供給方向変更手段とを備えることを要
旨とする。
【００３２】以上のように構成された本発明の第５の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気と酸素
とを含有する原燃料ガスを供給すると、この触媒部にお
いて、吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とか
ら水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応で
あって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進行する。
このとき、前記酸化反応で生じた熱を利用して前記水蒸
気改質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成され
て前記触媒部から排出される。このような反応が進行す
る際に、前記触媒部において、前記原燃料ガスを導入さ
れる部位と、前記燃料ガスを排出する部位との入れ替え
が行なわれる。
【００３３】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記原燃料ガスを導入される部位と、前
記燃料ガスを排出する部位との入れ替えが行なわれるた
め、原燃料ガスが導入される特定の領域において、温度
が上昇しすぎてしまうことがない。したがって、温度が
上昇しすぎることによる触媒劣化や副生成物の発生とい
った不都合が生じることがなく、改質器の耐久性を大き
く向上させることができる。さらに、特定の下流側にお
いて温度が低下してしまうことがなく、触媒部全体で水
蒸気改質反応の活性を充分に高くすることができる。し
たがって、燃料改質装置を小型化することが可能とな
る。
【００３４】上記した本発明の第５の燃料改質装置にお
いて、前記触媒部において、前記原燃料ガス供給手段か
ら前記原燃料ガスを供給される側の所定位置の温度を検
出する端部温度検出手段をさらに備え、前記ガス供給方
向変更手段は、前記端部温度検出手段の検出結果に基づ
いて、前記原燃料ガス供給手段から前記原燃料ガスを導
入される部位と、前記燃料ガス排出手段によって前記燃
料ガスを排出する部位とを入れ替えることとしてもよ
い。このような構成とすることによって、原燃料ガスが
供給される側において温度が上昇しすぎてしまうのを、
確実に防止することができる。
【００３５】本発明の第６の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える粒子を、内部に封入して
なる触媒部と、前記触媒部に対して、前記炭化水素と水
蒸気と酸素とを含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガ
ス供給手段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反
応および前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガ
スを、前記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前
記触媒を備える粒子を、前記触媒部内で撹拌する触媒撹
拌手段とを備えることを要旨とする。
【００３６】以上のように構成された本発明の第６の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える粒子を、内部に充填してなる触媒部に対し
て、炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原燃料ガスを
供給する。その際、前記触媒部において、前記触媒を備
える粒子を撹拌しながら、吸熱を伴う反応であって、炭
化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応
と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸
化反応とを進行する。このとき、前記酸化反応で生じた
熱を利用して前記水蒸気改質反応が進行し、水素リッチ
な燃料ガスが生成されて前記触媒部から排出される。
【００３７】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記触媒を備える粒子を撹拌するため、
この粒子が備える触媒は、順次前記酸化反応に関わり、
原燃料ガスが導入される特定の領域において温度が上昇
しすぎてしまうことがない。したがって、温度が上昇し
すぎることによる触媒劣化や副生成物の発生といった不
都合が生じることがなく、改質器の耐久性を大きく向上
させることができる。さらに、特定の下流側において温
度が低下してしまうことがなく、触媒部全体で水蒸気改
質反応の活性を充分に高くすることができる。したがっ
て、燃料改質装置を小型化することが可能となる。
【００３８】上記した本発明の第６の燃料改質装置にお
いて、前記触媒撹拌手段は、前記原燃料ガス供給手段に
備えられ、前記炭化水素と水蒸気と酸素とのうちの少な
くとも一つを含有するガスを、前記触媒部内に噴霧し
て、前記触媒を備える粒子を前記触媒部内で撹拌するこ
ととしてもよい。このような構成とすれば、前記触媒部
に対して、前記原燃料を構成するガスを噴霧することに
よって撹拌の動作を同時に行なうことができる。
【００３９】本発明の第７の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガス
を供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記触媒部
において、前記酸化ガス供給手段から前記酸化ガスが供
給される箇所を、経時的に変化させる供給箇所変更手段
とを備えることを要旨とする。
【００４０】以上のように構成された本発明の第７の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。このとき、前記触媒部におい
て、前記酸化ガスが供給される箇所は、経時的に変化さ
せる。このようにして供給された酸化ガスを用いて進行
する前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記水蒸気改
質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成されて前
記触媒部から排出される。
【００４１】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記酸化ガスが供給される箇所が、経時
的に変化させるため、酸化ガスが導入される特定の領域
において、温度が上昇しすぎてしまうことがない。した
がって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣化や副生
成物の発生といった不都合が生じることがなく、改質器
の耐久性を大きく向上させることができる。
【００４２】本発明の第８の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガス
を供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記触媒部
において、前記原燃料ガスと共に酸化ガスが供給される
供給側と、前記燃料ガスが排出される排出側とを隣接
し、前記供給側と前記排出側との間で熱交換を行なわせ
る均熱化手段とを備えることを要旨とする。
【００４３】以上のように構成された本発明の第８の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。ここで、前記触媒部は、前記
原燃料ガスと共に酸化ガスが供給される供給側と、前記
燃料ガスが排出される排出側とを隣接して形成されてい
るため、前記供給側と前記排出側との間で熱交換が行な
われ、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記水蒸気
改質反応が進行し、水素リッチな燃料ガスが生成されて
前記触媒部から排出される。
【００４４】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒部において、前記原燃料ガスと共に酸化ガスが供給さ
れる供給側と、前記燃料ガスが排出される排出側との間
で熱交換が行なわれるため、酸化ガスが導入される特定
の領域において、温度が上昇しすぎてしまうことがな
い。したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合が生じることがな
く、改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
さらに、特定の下流側において温度が低下してしまうこ
とがなく、触媒部全体で水蒸気改質反応の活性を充分に
高くすることができる。したがって、燃料改質装置を小
型化することが可能となる。
【００４５】上記した本発明の第８の燃料改質装置にお
いて、前記触媒部は、各々内部に前記触媒を備え、各々
の前記供給側と前記排出側とが互いに逆の位置にある少
なくとも２つ以上の反応部を有し、前記２つ以上の反応
部を、一方の前記反応部の前記供給側と他方の前記供給
部の前記排出側とを隣接して設けてなることとしてもよ
い。
【００４６】また、本発明の第８の燃料改質装置におい
て、前記触媒部は、内部に形成される前記原燃料ガスの
流路において折り返し部を有し、前記流路の入り口部と
出口部とを隣接して設けてなることとしてもよい。
【００４７】本発明の第９の燃料改質装置は、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質反
応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用する
燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸化
反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部に
対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガス
を供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記燃料改
質装置を備えるシステムを構成する所定の部材において
生じる熱を伝える所定の流体によって、前記酸化ガスが
供給される側以外の部分を加熱する加熱手段とを備える
ことを要旨とする。
【００４８】以上のように構成された本発明の第９の燃
料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進する
触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを含
有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供給
すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。ここで、前記触媒部におい
て、前記酸化ガスが供給されて前記酸化反応が行なわれ
る領域では、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記
水蒸気改質反応が進行する。また、前記酸化ガスが供給
される側以外の部分では、前記燃料改質装置を備えるシ
ステムを構成する所定の部材において生じる熱が、所定
の流体によって伝えられ、この熱を利用して前記水蒸気
改質反応が進行する。生成された水素リッチな燃料ガス
は、前記触媒部から排出される。
【００４９】このような燃料改質装置によれば、前記酸
化ガスが供給される側以外の部分では、前記燃料改質装
置を備えるシステムを構成する所定の部材において生じ
る熱を利用して前記酸化反応が進行するため、前記触媒
部に供給する前記原燃料ガスの量に対して、前記触媒部
に供給する前記酸化ガスの量を減らすことができ、前記
酸化ガスが供給される側において、温度が上昇しすぎて
しまうことがない。したがって、温度が上昇しすぎるこ
とによる触媒劣化や副生成物の発生といった不都合が生
じることがなく、改質器の耐久性を大きく向上させるこ
とができる。さらに、前記酸化ガスが供給される側以外
の部分では、前記燃料改質装置を備えるシステムを構成
する所定の部材において生じる熱が伝えられるため、温
度が低下することによって水蒸気改質反応の活性が低下
してしまうことがない。したがって、触媒部全体で水蒸
気改質反応の活性を充分に高くすることができ、燃料改
質装置を小型化することが可能となる。また、前記燃料
改質装置を備えるシステムを構成する所定の部材におい
て生じる熱を利用するため、前記酸化ガスが供給される
側以外の部分を加熱することによって、システム全体の
エネルギ効率が低下してしまうこともない。
【００５０】また、上記した本発明の第９の燃料改質装
置において、前記加熱手段は、前記燃料改質装置を備え
るシステムを構成する所定の部材から排出される高温ガ
スによって、前記酸化ガスが供給される側以外の部分を
加熱することとしてもよい。
【００５１】本発明の第１０の燃料改質装置は、吸熱を
伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成
する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭
化水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質
反応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用す
る燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸
化反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部
に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有する原燃料ガ
スを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部に対し
て、酸素を含有する酸化ガスを供給する酸化ガス供給手
段と、前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および
前記酸化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前
記触媒部から排出する燃料ガス排出手段と、前記炭化水
素および水のうち少なくとも一方からなる液体を、前記
原燃料ガスおよび前記酸化ガスが供給される側の部分に
対して噴霧する端部冷却手段とを備えることを要旨とす
る。
【００５２】以上のように構成された本発明の第１０の
燃料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進す
る触媒を備える触媒部に対して、炭化水素と水蒸気とを
含有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを供
給すると、この触媒部において、吸熱を伴う反応であっ
て、炭化水素と水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質
反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化水素を酸化す
る酸化反応とを進行する。ここで、前記触媒部におい
て、前記酸化ガスが供給されて前記酸化反応が行なわれ
る領域では、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前記
水蒸気改質反応が進行するが、このとき、前記原燃料ガ
スおよび前記酸化ガスが供給される側の部分に対して、
前記炭化水素および水のうち少なくとも一方からなる液
体が噴霧され、前記液体が噴霧された部分が冷却され
る。生成された水素リッチな燃料ガスは、前記触媒部か
ら排出される。
【００５３】このような燃料改質装置によれば、前記原
燃料ガスおよび前記酸化ガスが供給される側の部分で
は、前記炭化水素および水のうち少なくとも一方からな
る液体が噴霧されるため、前記酸化反応によって生じた
熱の一部が気化熱として消費され、前記酸化ガスが供給
される側において温度が上昇しすぎてしまうことがな
い。したがって、温度が上昇しすぎることによる触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合が生じることがな
く、改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
【００５４】本発明の第１１の燃料改質装置は、吸熱を
伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成
する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭
化水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質
反応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用す
る燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸
化反応とを促進する触媒を備える第１の反応部と、前記
水蒸気改質反応を促進する触媒を備える第２の反応部と
を備える触媒部と、前記触媒部に対して、前記炭化水素
と水蒸気とを含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス
供給手段と、前記第１の反応部に対して、酸素を含有す
る酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段と、前記触媒部
で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結
果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出
する燃料ガス排出手段とを備え、前記触媒部は、前記第
１の反応部と前記第２の反応部とを隣接させ、前記第１
の反応部と前記第２の反応部との間で熱交換を行なわせ
ることを要旨とする。
【００５５】以上のように構成された本発明の第１１の
燃料改質装置は、水蒸気改質反応と酸化反応とを促進す
る触媒を備える第１の反応部に対して、炭化水素と水蒸
気とを含有する原燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガス
とを供給すると、この第１の反応部において、吸熱を伴
う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成す
る水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭化
水素を酸化する酸化反応とを進行する。また、前記水蒸
気反応を促進する触媒を備える第２の反応部に対して、
前記原燃料ガスを供給すると、この第２の反応部におい
て、前記水蒸気改質反応を進行する。ここで、前記第１
の反応部では、前記酸化反応で生じた熱を利用して、前
記水蒸気改質反応が進行するが、前記第２の反応部も、
隣接する前記第１の反応部と熱交換することによって、
前記第１の反応部における前記酸化反応で生じた熱を利
用して前記水蒸気改質反応が進行する。生成された水素
リッチな燃料ガスは、前記触媒部から排出される。
【００５６】このような燃料改質装置によれば、前記第
１の反応部において、前記酸化ガスが供給されて前記酸
化反応が進行する領域では、前記酸化反応によって生じ
た熱は、前記第１の反応部で進行する前記水蒸気改質反
応に利用される他に、隣接する第２の反応部にも伝えら
れて、この第２の反応部で進行する前記水蒸気改質反応
にも利用される。したがって、酸化反応で生じる熱によ
って前記触媒部の温度が上昇しすぎて、触媒劣化や副生
成物の発生といった不都合が生じてしまうことがなく、
改質器の耐久性を大きく向上させることができる。
【００５７】ここで、本発明の第１または第２の燃料改
質装置、あるいは、本発明の第５ないし第１０の燃料改
質装置において、前記炭化水素はメタノールであり、前
記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒は、
単一の銅系触媒であることとしてもよい。
【００５８】また、本発明の第３または第４の燃料改質
装置において、前記炭化水素はメタノールであり、前記
水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促進す
る触媒とは同一の銅系触媒であることとしてもよい。
【００５９】また、本発明の第１１の燃料改質装置にお
いて、前記炭化水素はメタノールであり、前記第１の反
応部が備える触媒は、単一の銅系触媒であることとして
もよい。
【００６０】このような構成の燃料改質装置では、単一
の銅系触媒によって、メタノールの水蒸気改質反応とメ
タノールの酸化反応とが促進される。銅系触媒によって
メタノールの酸化反応を促進する場合には、白金など従
来知られる他の酸化触媒を用いて酸化反応を促進する場
合とは異なり、進行する酸化反応のほとんどは、一酸化
炭素を生じない反応となる。したがって、このような構
成とすることによって、より一酸化炭素濃度が低い燃料
ガスを生成することができる。
【００６１】本発明の第１２の燃料改質装置は、吸熱を
伴う反応であって、炭化水素と水蒸気とから水素を生成
する水蒸気改質反応と、発熱を伴う反応であって前記炭
化水素を酸化する酸化反応とを進行し、前記水蒸気改質
反応を進行する際に、前記酸化反応で生じた熱を利用す
る燃料改質装置であって、前記水蒸気改質反応と前記酸
化反応とを促進する触媒を備える触媒部と、前記触媒部
に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを含有する原
燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、前記触媒部
で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸化反応の結
果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒部から排出
する燃料ガス排出手段とを備え、前記触媒は、前記酸化
反応として、一酸化炭素を生成する反応経路を経由しな
い反応を促進することを要旨とする。
【００６２】このような燃料改質装置によれば、前記触
媒が、一酸化炭素を生成する反応経路を経由しない前記
酸化反応を促進することができるため、触媒部内で進行
する反応によって生じる一酸化炭素量を抑え、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。
【００６３】本発明の第１２の燃料改質装置において、
前記炭化水素はメタノールであり、前記水蒸気改質反応
と前記酸化反応とを促進する触媒は、単一の銅系触媒で
あることとしてもよい。
【００６４】このような構成の燃料改質装置では、銅系
触媒によってメタノールの酸化反応を促進するため、白
金など従来知られる他の酸化触媒を用いて酸化反応を促
進する場合とは異なり、進行する酸化反応のほとんど
は、一酸化炭素を生じない反応となる。したがって、こ
のような構成とすることによって、より一酸化炭素濃度
が低い燃料ガスを生成することができる。また、単一の
銅系触媒によって、メタノールの水蒸気改質反応とメタ
ノールの酸化反応とが促進されるため、燃料改質装置の
構成を簡素化することができる。
【００６５】
【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、本発明の好適な第１
実施例である改質器を備える燃料電池装置２０の構成を
例示する概略構成図である。燃料電池装置２０は、メタ
ノールを貯蔵するメタノールタンク２２、水を貯蔵する
水タンク２４、燃焼ガスを発生するバーナ２６、空気の
圧縮を行なう圧縮機２８、バーナ２６と圧縮機２８とを
併設した蒸発器３２、改質反応により燃料ガスを生成す
る改質器３４、燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を
低減するＣＯ低減部３６、電気化学反応により起電力を
得る燃料電池４０、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、燃料電池装
置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。
【００６６】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、カソード４２およびアノード
４３と、セパレータ４４，４５とから構成されている。
【００６７】カソード４２およびアノード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、カソード４２お
よびアノード４３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの
流路を形成する。カソード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、アノード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、片面はカソード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
が備えるアノード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。
【００６８】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担持されてい
る。
【００６９】カソード４２およびアノード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、カソード４２およびアノード４３
は、カーボンクロスにより形成するほか、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。
【００７０】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、カソード４２の表面と
で燃料ガス流路４４Ｐを形成し、隣接する単セルのアノ
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。
【００７１】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、カソード４
２、電解質膜４１、アノード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を配置することによって、スタッ
ク構造を構成する。
【００７２】以下、燃料電池装置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３２は、メタノールタンク２２お
よび水タンク２４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
３２は、既述したようにバーナ２６と圧縮機２８とを併
設しているが、後述するように圧縮機２８を介してバー
ナ２６の燃焼排ガスが導かれ、この燃焼熱が蒸発器３２
の備える図示しない熱交換器に伝えられて、蒸発器３２
に供給されたメタノールと水とを沸騰、気化させる。
【００７３】メタノールタンク２２から蒸発器３２に原
燃料であるメタノールを送り込むメタノール流路６０に
は第２ポンプ７１が設けられており、蒸発器３２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７１は、制御部５０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３２に供
給するメタノール流量を調節する。
【００７４】水タンク２４から蒸発器３２に水を送り込
む水供給路６２には第３ポンプ７２が設けられており、
蒸発器３２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７２は、第２ポンプ７１と同じく制御部
５０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３２に供給する水量を調節す
る。上記メタノール流路６０と水供給路６２とは合流し
て第１燃料供給路６３を形成し、この第１燃料供給路６
３は蒸発器３２に接続する。メタノール流量と水量とは
上記第２ポンプ７１と第３ポンプ７２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６３を介して蒸発器３２に供給される。
【００７５】蒸発器３２に併設された圧縮機２８は、燃
料電池装置２０の外部から空気を取り込んでこれを圧縮
し、この圧縮空気を燃料電池４０の陽極側に供給するた
めの装置である。圧縮機２８は、タービン２８ａおよび
コンプレッサ２８ｂを備え、これらは羽根車型に成形さ
れている。タービン２８ａおよびコンプレッサ２８ｂは
同軸上のシャフト２８ｃで連結されており、タービン２
８ａを回転駆動することにより、コンプレッサ２８ｂを
回転駆動することができる。蒸発器３２にはさらにバー
ナ２６が併設されているが、このバーナ２６からの高温
の燃焼ガスによってタービン２８ａは駆動される。ター
ビン２８ａの回転と共にコンプレッサ２８ｂも回転し、
このコンプレッサ２８ｂは、既述したように空気の圧縮
を行なう。コンプレッサ２８ｂへは、空気導入路２９を
介して外部から空気が取り込み可能となっており、圧縮
機２８で圧縮された空気は、酸化ガス供給路６８を介し
て燃料電池４０に供給され、燃料電池４０における電気
化学反応に供される。
【００７６】ここで、タービン２８ａは、バーナ２６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２８ｂは、軽量なアルミニウム合金に
より形成される。
【００７７】タービン２８ａを駆動するバーナ２６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２２から供給される。燃料電池４０は、メ
タノールを改質器３４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電気化学反応において消費
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６７に排出される。バーナ２６
は、この燃料排出路６７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。通常はこのような排燃料だ
けではバーナ２６における燃焼反応のための燃料として
不足するため、この不足分に相当する燃料、および燃料
電池装置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の、バーナ２６における燃焼
反応のための燃料は、メタノールタンク２２からバーナ
２６に対して供給される。バーナ２６へメタノールを供
給するためにメタノール分岐路６１が設けられている。
このメタノール分岐路６１は、メタノールタンク２２か
ら蒸発器３２にメタノールを供給するメタノール流路６
０から分岐している。
【００７８】ここで、バーナ２６には第１温度センサ７
３が設けられており、バーナ２６での燃焼熱の温度を測
定して、この測定結果を制御部５０に入力している。制
御部５０は、この第１温度センサ７３からの入力結果を
基に、第１ポンプ７０に駆動信号を出力して、バーナ２
６に供給するメタノール量を調節し、バーナ２６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２６における燃焼ガスは、タービ
ン２８ａを回転駆動したのち蒸発器３２に導かれる。タ
ービン２８ａでの熱交換効率は余り高くないため（約１
０％以内）、蒸発器３２に導かれる燃焼排ガスの温度は
約６００〜７００℃に達し、蒸発器３２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６３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３
２に導かれたバーナ２６の高温燃焼排ガスによって気化
させる。蒸発器３２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６４に導かれて改質
器３４に伝えられる。
【００７９】改質器３４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３４の構成および改質器３４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３４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６４に
は、第２温度センサ７４が設けられており、改質器３４
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。この原燃料ガスの温度に関する測定
結果は、制御部５０に入力される。制御部５０は、既述
した第１温度センサ７３からの入力結果に基づいて第１
ポンプ７０に駆動信号を出力する際に、この第２温度セ
ンサ７４からの信号を基にして、上記第１ポンプ７０の
駆動量を補正し、バーナ２６に供給するメタノール量を
調節する。このようにしてバーナ２６での燃焼ガスの温
度を制御することによって、蒸発器３２で気化された上
記原燃料ガスの温度を調節する。蒸発器３２から供給さ
れる原燃料ガスは、通常約２５０℃に昇温している。
【００８０】また、後述するように改質器３４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、改質器３４にはブロワ３８が併
設されている。ブロワ３８は、外部から空気を取り込ん
でこれを圧縮し、取り込んだ空気を空気供給路３９を介
して改質器３４に供給する。本実施例では、空気供給路
３９は第２燃料供給路６４に接続しており、ブロワ３８
が取り込んだ空気は、蒸発器３２から供給される原燃料
ガスと共に改質器３４に供給される。ブロワ３８は制御
部５０に接続されており、制御部５０によってその駆動
状態が制御される。
【００８１】ＣＯ低減部３６は、第３燃料供給路６５を
介して改質器３４から供給された燃料ガス中の一酸化炭
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３４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３６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。
【００８２】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、通常は数ｐｐｍ程度以下である。
【００８３】ＣＯ低減部３６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３６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３６には、一酸化炭素の選択酸化触媒である白金
触媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒、ある
いはこれらを第１元素とした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３６で処理された燃料
ガス中の一酸化炭素濃度は、ＣＯ低減部３６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３６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３６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３６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ｐ
ｐｍ以下となるように制御している。
【００８４】ＣＯ低減部３６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６６によ
って燃料電池４０に導かれ、陰極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６７に排出され
てバーナ２６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の陽極側における電池反応に関わる酸化ガス
は、既述したように、圧縮機２８から酸化ガス供給路６
８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６９を介して
外部に排出される。
【００８５】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
た各種ポンプやブロワ３８などに駆動信号を出力する入
出力ポート５２等を備える。
【００８６】次に、本発明の要部に対応する改質器３４
の構成について説明する。図３は、改質器３４の構成の
概略を模式的に表わす説明図である。本実施例の改質器
３４は、第２燃料供給路６４に接続する側の端部より原
燃料ガスおよび空気の供給を受け、これら原燃料ガスお
よび空気は、改質器３４の内部を通過しながら水蒸気改
質反応および酸化反応（部分酸化反応）に供される。改
質器３４内において、（４）式に示す水蒸気改質反応お
よび（５）式に示す酸化反応によって生成された水素リ
ッチな燃料ガスは、もう一方の端部より第３燃料供給路
６５に排出される。この改質器３４は、その内部に、第
１反応部８０および第２反応部８１を備えている。これ
ら第１反応部８０および第２反応部８１は、表面にＣｕ
−Ｚｎ触媒を担持したメタルハニカムとして構成されて
おり、上流側（第２燃料供給路６４との接続部に近い
側）に形成された第１反応部８０は、下流側（第３燃料
供給路６５との接続部に近い側）に形成された第２反応
部８１よりも、後述するセル数が少なくなるように形成
されている。
【００８７】図４は、第１反応部８０および第２反応部
８１を形成するメタルハニカムの横断面の一部を表わす
模式図である。メタルハニカムは、ステンレス板８２，
８３を積層して形成されている。すなわち、平板状のス
テンレス板８２と、波状に折り曲げたステンレス板８３
とを交互に配設して、メタルハニカムは形成されてい
る。ステンレス板８３は、１ｍｍ間隔で波状に折り曲げ
られているため、このステンレス板８３と平板状のステ
ンレス板８２とを交互に積層することで、１辺の長さが
１ｍｍである略正方形の断面を有するセルからなるハニ
カムを形成することができる。
【００８８】ここで、第１反応部８０と第２反応部８１
とでは、メタルハニカムを形成するために用いたステン
レス板８２，８３の厚みが異なっており、これによっ
て、第１反応部８０と第２反応部８１とは、それぞれが
備えるセル数が異なって形成される。第１反応部８０
は、厚さが０．１ｍｍのステンレス板８２，８３によっ
て形成されたハニカムからなり、第２反応部８１は、厚
さが０．０３ｍｍのステンレス板８２，８３によって形
成されるハニカムからなる。したがって、第１反応部８
０は、その断面積１ｃｍ2 あたり約７５個のセルを備
え、第２反応部８１は、同じく１ｃｍ2 あたり約９１個
のセルを備えることになる。改質器３４全体では断面積
は一定であるため、上記したように厚みの異なるステン
レス板によってハニカムを構成することによって、第１
反応部８０におけるガス流路の断面の総面積（第１反応
部８０を構成する各セルの断面積の総和）は、第２反応
部８１におけるガス流路の断面の総面積（第２反応部８
１を構成する各セルの断面積の総和）よりも小さくな
る。
【００８９】第１反応部８０および第２反応部８１は、
それぞれを構成するハニカム表面に触媒を担持している
ため、上流側から原燃料ガスを供給すると、原燃料ガス
は、上記ハニカム表面を通過する間に水蒸気改質反応お
よび酸化反応に供されて水素リッチな燃料ガスとなる。
本実施例では、ハニカム表面に担持させる触媒は、銅と
酸化亜鉛とを用いて共沈法によって製造した。共沈法に
よって得たＣｕ−Ｚｎ触媒は、これを粉砕してさらにア
ルミナゾル等のバインダを加え、ハニカム上に塗布する
等の方法により、ハニカム上に担持させることができ
る。
【００９０】以上のように構成された改質器３４に原燃
料ガスを供給すると、原燃料ガスは、まず、セル数の少
ない、すなわちガス流路断面の総面積が小さい第１反応
部８０内を通過し、次に、セル数の多い、すなわちガス
流路断面の総面積が大きい第２反応部８１内を通過す
る。このように、所定量の原燃料ガスが、ガス流路断面
の総面積が小さいハニカム内を通過した後、ガス流路断
面の総面積が大きいハニカム内を通過するため、改質器
３４内を通過する原燃料ガスの流速は、第１反応部８０
内を通過するときの方が、第２反応部８１内を通過する
ときよりも速くなる。
【００９１】したがって、第１実施例の改質器３４によ
れば、上流側における原燃料ガスの流速を速くすること
によって、上流側における急激な温度上昇を抑え、改質
器３４内全体の温度分布状態を、改質反応に適した温度
範囲である２５０〜３００℃の温度範囲内で均一化する
という効果を奏する。図５は、ハニカム断面積が一定で
ある従来知られる改質器と、本実施例の改質器３４とに
ついて、ガスの流れ方向に関する内部の温度分布状態を
表わした説明図である。既述したように、酸化反応は水
蒸気改質反応よりも反応速度が速いため、従来の改質器
では、原燃料ガスの入り口部付近で酸化反応が活発に進
行し、この入り口部付近の温度が４００℃程度に上昇し
てしまう。これに対し、本実施例の改質器３４では、上
流側での原燃料ガスの流速が速いため、上流側で進行し
た酸化反応によって生じた熱が、速いガスの流れによっ
て速やかに下流側に運ばれる。また、上流側での原燃料
ガスの流速が速いため、上流側の狭い領域で酸化反応が
終了してしまうことがなく、酸化反応が活発に進行する
領域がより下流側に広がる。したがって、入り口部付近
で温度が急激に上昇してしまうことがない。さらに、上
流側に配設された第１反応部８０は、厚いステンレス板
を用いて形成したハニカムを備えているため、大きな熱
容量を有しており、酸化反応で生じた熱は、このハニカ
ムに伝えられてハニカムを昇温させる前に、ガスの流れ
によって下流側に伝えられ易くなっている。
【００９２】このように、改質器３４は、その入り口部
付近で温度が急激に上昇してしまうことがないため、温
度上昇に起因する既述した触媒劣化や副生成物の発生と
いった不都合を防止することができる。触媒の劣化が抑
えられることによって改質器の耐久性を大きく向上させ
ることが可能となり、従来の改質器が使用時間２００時
間程度の耐久性であったのに対し、本実施例の改質器３
４は、５０００時間以上の使用が可能になった。
【００９３】また、上記したように、酸化反応が進行す
る領域が下流側に広がると共に、上流側で進行した酸化
反応で生じた熱が速やかに下流側に運ばれることによっ
て、本実施例の改質器３４では、その下流側で従来の改
質器のように温度が低下しすぎることがない。したがっ
て、改質器の下流側においても、水蒸気改質反応の活性
が高い状態に保たれ、下流側が備える触媒も充分に利用
することができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上
させることができる。このように、下流側での水蒸気改
質反応の活性が高められることによって、改質器をより
コンパクトにすることが可能となる。
【００９４】上記した第１実施例では、改質器３４が備
えるハニカムはメタルハニカムとしたが、セラミックハ
ニカムを用いることとしてもよい。メタルハニカムを用
いた構成を、第１実施例の変形例として以下に示す。こ
の変形例における改質器も、第１実施例の改質器３４と
同様に、第１反応部８０と第２反応部８１とからなる。
セラミックハニカムによって形成した第１反応部８０お
よび第２反応部８１の断面の模式図を図６に示す。図６
（Ａ）は、セラミックハニカムで構成する第１反応部８
０の一例、図６（Ｂ）は、同じく第１反応部８０の他の
例、図６（Ｃ）は、セラミックハニカムで構成する第２
反応部８１を表わす。
【００９５】図６（Ａ）では、ハニカムを構成する各セ
ルの断面積をそれぞれ小さく形成し、図６（Ｂ）では、
ハニカムを構成するセルの総数を少なくすることによっ
て、図６（Ｃ）のハニカムに比べてガスの流路断面の総
面積を小さくしている。したがって、図６（Ａ）と図６
（Ｂ）のいずれの第１反応部８０を用いる場合にも、図
６（Ｃ）に表わした第２反応部８１と組み合わせて改質
器３４を構成することによって、既述した第１実施例と
同様の効果を得ることができる。
【００９６】また、上記実施例では、改質器３４の内部
を第１反応部８０と第２反応部８１の２つに分割して、
前半部と後半部とで内部を通過する原燃料ガスの流速が
異なる構成としたが、改質器の内部を３つ以上に分割す
る構成としてもよい。この場合にも、上流側のガス流速
が下流側よりも速くなる構成とすることによって、上記
した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００９７】既述した実施例では、改質器の上流側に配
設されたハニカムにおいて、単位断面積当たりのセルの
数を少なくしたり、各セルの断面積を小さく形成するこ
とによって、上流側におけるガス流路断面の総面積を下
流側に比べて小さくしている。上流側のガス流速が下流
側よりも速くなる改質器の構成としては、既述した構成
の他に、改質器全体の断面積を、上流側でより小さくな
るように形成する構成を挙げることができる。このよう
な改質器３４Ａの構成を図７に示す。改質器３４Ａは、
総断面積の異なる３つのハニカムから構成されており、
上流側ほど総断面積の小さなハニカムによって形成され
ている。このような構成とすれば、上流側のガス流速が
下流側よりも速くなるため、既述した実施例と同様の効
果を得ることができる。図５に、改質器３４Ａにおける
内部の温度分布状態を示す。上記改質器３４Ａのよう
に、改質器全体の総断面積を次第に大きくする構成とす
るならば、単位断面積当たりのセル数および各単セルの
断面積は同じであってもよい。また、改質器を総断面積
が異なる複数の部位によって構成する際には、３つ以外
の複数の部位からなることとしてもよく、上流側ほど流
路断面の総面積が小さくなる構成とするならば、既述し
た効果を得ることができる。
【００９８】次に、改質器の上流部で進行する酸化反応
によって生じた熱を積極的に下流側に伝達する他の構成
として、水蒸気改質反応および酸化反応を促進する触媒
を、熱伝導性の比較的高い材料で形成される担体で保持
する構成を、第２実施例として以下に説明する。図８
は、第２実施例の改質器９０の構成を模式的に表わす説
明図である。第２実施例の改質器９０は、図１の燃料電
池装置２０と同様の構成の燃料電池装置に備えられてい
る。図８に示すように、改質器９０は、ハニカムによっ
て構成された単一の反応部９２からなる。この反応部９
２を構成するハニカムの断面の一部を表わす断面模式図
を図９（Ａ）に、また、図９（Ａ）に示したハニカムの
表面の一部（図９（Ａ）中に領域Ｂとして円で囲んだ範
囲）をさらに拡大した様子を模式的に表わす図を図９
（Ｂ）に示す。
【００９９】本実施例の改質器９０は、第１実施例の改
質器３４と同様に、メタルハニカムによって構成されて
いる。なお、本実施例では、厚さが０．０５ｍｍのステ
ンレス板９４を用いてハニカムを形成した。このステン
レス板９４の表面には、水蒸気改質反応および酸化反応
を促進する触媒を含有し、厚さが約０．０５ｍｍの触媒
層９６が形成されている。触媒層９６では、Ｃｕ−Ｚｎ
触媒を構成する銅分子と酸化亜鉛分子とが、熱伝導性の
高いバインダ中に分散した状態で担持されている。
【０１００】ここで、触媒層９６の調製方法について説
明する。まず、触媒原料として、周知の共沈法によりＣ
ｕＯ・ＺｎＯ粉末を作製し、これにバインダとしてアル
ミナゾル５％と、さらに、酸化アルミニウムに比べて熱
伝導性の高い物質を添加する。ここで用いる熱伝導性の
高い物質としては、窒化物である窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）、あるいは炭化物である
炭化シリコン（ＳｉＣ）や炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）、 ある
いはグラファイトなどを挙げることができ、添加量とし
ては５〜３０％が好ましい。例えば、上記した熱伝導性
の高い物質の中で、ＡｌＮは、０．０７ｃａｌ／ｃｍ／
ｓ／℃の熱伝導率を示し、ＳｉＣは０．１ｃａｌ／ｃｍ
／ｓ／℃、グラファイトは０．３０．１ｃａｌ／ｃｍ／
ｓ／℃の熱伝導率を示し、いずれも、従来用いられてき
た酸化アルミニウム（０．０２ｃａｌ／ｃｍ／ｓ／℃）
に比べて高い熱伝導率を示す。
【０１０１】これらを水で希釈してボールミルで粉砕混
合し、ステンレス板９４上に塗布し、さらに加熱処理お
よび還元処理を行なう。このような処理によって、上記
触媒原料は、銅分子と酸化亜鉛分子とからなるＣｕ−Ｚ
ｎ触媒となり、これらのＣｕ−Ｚｎ触媒は、熱伝導性の
高い物質を含有するバインダ中に分散して担持された状
態で、触媒層９６を形成する。
【０１０２】以上のように構成した改質器９０を燃料電
池装置２０に適用し、改質器９０に対して原燃料ガスを
供給すると、既述したように、酸素が供給される上流側
では酸化反応が活発に行なわれて多くの熱が生じる。こ
のように酸化反応によって生じた熱は、上流側で進行す
る水蒸気改質反応で利用される他に、既述した熱伝導性
の高い物質を含有するバインダ中を速やかに伝えられ
る。このようにバインダ中を伝えられる熱のうちの所定
量は、熱伝導性の高いステンレスによって形成されたハ
ニカム基材にさらに伝えられる。ステンレスからなるハ
ニカム基材に伝えられた熱は、このハニカム基材を介し
て下流側に伝えられる。また、ハニカム基材に伝えられ
ない残りの熱は、そのままバインダ中を下流側に伝えら
れる。このように改質器９０の下流側に伝えられた熱
は、下流側で進行する水蒸気改質反応で利用される。
【０１０３】したがって、本実施例の改質器９０によれ
ば、熱伝導性の高いバインダ中に触媒が担持されている
ため、上流側で酸化反応のために生じた熱が速やかに下
流側に伝えられ、上流側における急激な温度上昇を抑え
ることができる。図１０は、上記熱導電性の高い物質を
含まないバインダを用いた従来知られる改質器と、本実
施例の改質器９０とついて、ガスの流れ方向に関する内
部の温度分布状態を表わした説明図である。本実施例の
改質器９０は、従来の改質器とは異なり、上流側で進行
する酸化反応で生じた熱が速やかに下流側に伝えられる
ため、上流側が急激に昇温されることなく、改質器の内
部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で均一化すること
ができる。このように、改質器９０は、その入り口部付
近で温度が急激に上昇してしまうことがないため、温度
上昇に起因する既述した触媒劣化や副生成物の発生とい
った不都合を防止することができる。触媒の劣化が抑え
られることによって改質器の耐久性を大きく向上させる
ことが可能となり、従来の改質器が使用時間２００時間
程度の耐久性であったのに対し、本実施例の改質器９０
は、５０００時間以上の使用が可能になった。
【０１０４】また、上記したように、上流側で進行した
酸化反応によって生じた熱が速やかに下流側に伝えられ
るため、本実施例の改質器９０では、その下流領域で従
来の改質器のように温度が低下しすぎることがない。し
たがって、改質器の下流側においても、水蒸気改質反応
の活性が高い状態に保たれ、下流側が備える触媒も充分
に利用することができると共に、水蒸気改質反応の速度
を向上させることができる。そのため、改質器をよりコ
ンパクトにすることが可能となる。
【０１０５】上記第２実施例では、熱伝導性に優れたス
テンレス板を基材とするハニカム上に、熱伝導性の高い
物質を含有するバインダを用いた触媒層９６を形成した
ため、上流から下流への熱伝導は、触媒層９６自身によ
るものと、ステンレス板９４を介するものの両方が行な
われ、高い効率で伝熱を行なうことができ、特に優れた
効果を得ることができた。ここで、触媒層９６を、セラ
ミックハニカム上に形成したり、触媒を熱伝導性の高い
バインダとともにペレット状に成形し、改質器内に充填
する構成としても、上流側から下流側への熱伝導性が向
上することによる所定の効果を得ることができる。
【０１０６】次に、第３実施例として、改質器内の上流
側が担持する触媒量を下流側に比べて少なくすることに
よって、上流側において酸化反応の活性を抑えた構成を
以下に示す。図１１は、第３実施例の改質器１００の構
成を模式的に表わす説明図である。この改質器１００
は、図１の燃料電池装置２０と同様の構成の燃料電池装
置に備えられている。図１１に示すように、改質器１０
０は、第１反応部１０１と第２反応部１０２とを備えて
いる。これら第１反応部１０１および第２反応部１０２
は、同様の形状のハニカムによって構成されており、こ
のハニカム表面に、既述した実施例と同様のＣｕ−Ｚｎ
触媒が担持されているが、ハニカム上に担持された触媒
の量が、第１反応部１０１よりも第２反応部１０２の方
が多くなっている。すなわち、第１反応部１０１は、５
０ｇ／ｌ（ハニカムの単位体積当たりの触媒量）の割合
でＣｕ−Ｚｎ触媒を担持しているのに対し、第２反応部
１０２は、１８０ｇ／ｌの割合でＣｕ−Ｚｎ触媒を担持
している。
【０１０７】以上のように構成した改質器１００によれ
ば、上流側の第１反応部１０１が担持する触媒量が少な
いため、原燃料ガスおよび空気の導入側での酸化反応の
進行が抑えられる。したがって、改質器の上流側で急激
に酸化反応が進行してしまうことがなく、酸化反応が行
なわれる領域がより下流側に広がる。したがって、上流
側における急激な温度上昇を抑えることができる。
【０１０８】図１２は、上流側も下流側と同量の触媒を
担持するハニカムを備えた従来知られる改質器と、本実
施例の改質器１００とについて、ガスの流れ方向に関す
る内部の温度分布状態を表わした説明図である。本実施
例の改質器１００は、従来の改質器とは異なり、上流側
では酸化反応の進行が抑えられるため、上流側が急激に
昇温されることなく、改質器の内部温度を２５０〜３０
０℃の温度範囲で均一化することができる。このよう
に、改質器１００は、その入り口部付近で温度が急激に
上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因する既
述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止
することができる。触媒の劣化が抑えられることによっ
て改質器の耐久性を大きく向上させることが可能とな
り、従来の改質器が使用時間２００時間程度の耐久性で
あったのに対し、本実施例の改質器１００は、５０００
時間以上の使用が可能になった。
【０１０９】また、上記したように、発熱を伴う酸化反
応が進行する領域がより下流側に広がるため、本実施例
の改質器１００では、その下流領域で従来の改質器のよ
うに温度が低下しすぎることがない。したがって、改質
器の下流側においても、水蒸気改質反応の活性が高い状
態に保たれ、下流側が備える触媒も充分に利用すること
ができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上させるこ
とができる。そのため、改質器をよりコンパクトにする
ことが可能となる。
【０１１０】なお、上記第３実施例では、改質器１００
において、担持する触媒量を２段階に変化させることに
したが、３段階以上に変化させることとしてもよく、上
流側の触媒担持量を減らすことによって、上記した所定
の効果を得ることができる。ここで、上流側ほど触媒の
担持量を減らす構成とし、触媒の担持量を変化させる段
階の数を調節することによって、改質器内部の温度をよ
り均一化させることが可能となり、既述した効果を高め
ることができる。
【０１１１】また、上記第３実施例では、水蒸気改質反
応と酸化反応とは、同一のＣｕ−Ｚｎ触媒によって促進
することとしたが、水蒸気改質反応と酸化反応とを異な
る触媒によって促進することとしてもよい。このような
場合には、改質器の上流側と下流側とで触媒の総担持量
を変える代わりに、酸化反応を促進する触媒の担持量だ
けを、上流側で少なくすればよい。
【０１１２】次に、第４実施例として、改質器に供給す
るガス中の酸素濃度を下げることによって、上流側での
酸化反応の活性を抑えると共に、供給するガスの流速を
速めて上流側における酸化反応で生じた熱を下流側に伝
える構成を示す。図１３は、第４実施例の改質器１１０
の構成を模式的に表わす説明図である。この改質器１１
０は、図１の燃料電池装置２０とほぼ同様の構成の燃料
電池装置に備えられており、共通する部材には同じ部材
番号を付して以下の説明を行なう。
【０１１３】ここで、既述した実施例では、ブロワ３８
から改質器に空気を供給する空気供給路３９は一旦第２
燃料供給路６４と合流しており、原燃料ガスは、空気を
混合された上で改質器に供給されていたが、第４実施例
の改質器１１０を備える燃料電池装置では、上記空気供
給路３９は、改質器１１０に直接接続している。また、
本実施例の改質器１１０を備える燃料電池装置では、燃
料電池４０から酸化排ガス路６９に排出される酸化排ガ
スもまた、ブロワ３８から取り込まれる空気と共に、改
質器１１０に供給可能となっている。通常の空気には約
２０％の酸素が含有されているが、燃料電池から排出さ
れる酸化排ガスは、燃料電池における電気化学反応で所
定量の酸素が消費されているため、含有する酸素量は空
気より少ない。酸化排ガス中の酸素濃度は、燃料電池に
供給される酸化ガスにおける空気過剰率（実際に供給し
た空気中の酸素量と理論上必要とされる酸素量との割
合）などによって変わるが、本実施例の燃料電池装置で
は、酸化排ガス中の酸素濃度は、約１０％となる。した
がって、改質器１１０に対して、空気と酸化排ガスとを
混合して供給可能とすることによって、改質器１１０に
供給する空気中の酸素濃度を、約１０％〜約２０％の範
囲内で調節することが可能となる。
【０１１４】図１３に基づいて、改質器１１０の構成を
詳しく説明する。改質器１１０は、表面にＣｕ−Ｚｎ触
媒が担持されたハニカムによって構成される単一の反応
部１１１を備える。また、上記空気供給路３９および酸
化排ガス路６９は、合流して第２空気供給路１１５とな
り、この第２空気供給路１１５は、改質器１１０におい
て、第２燃料供給路６４から原燃料ガスが供給される上
流側に対して、空気と酸化排ガスとの混合気体（以下、
混合空気と呼ぶ）を供給する。空気供給路３９には、第
２空気供給路１１５への合流部の付近にマスフロコント
ローラ１１２が設けられており、第２空気供給路１１５
側に供給する空気量を調節可能になっている。また、酸
化排ガス路６９には、同じく第２空気供給路１１５への
合流部の付近にマスフロコントローラ１１３が設けられ
ており、第２空気供給路１１５側に供給する酸化排ガス
量を調節可能になっている。これらマスフロコントロー
ラ１１２，１１３は、既述した制御部５０に接続されて
おり、制御部５０によって、空気供給路３９から供給さ
れる空気と、酸化排ガス路６９から供給される酸化排ガ
スとが混合される際の混合量が制御される。さらに、第
２空気供給路１１５には酸素濃度センサ１１４が設けら
れている。この酸素濃度センサ１１４もまた制御部５０
に接続されており、混合空気中の酸素濃度に関する情報
が、制御部５０に入力可能となっている。また、反応部
１１１内部において、その上流側の端部から所定の位置
には、温度センサ１１７が設けられている。この温度セ
ンサ１１７も制御部５０に接続されており、反応部１１
１内の温度に関する情報が、制御部５０に入力可能とな
っている。
【０１１５】本実施例の改質器１１０は、所定量の酸素
を含有する混合空気を改質器１１０に供給する際に、こ
の混合空気中の酸素濃度を低下させると共に、反応部１
１１内を通過するガス全体の流速を増加させ、改質器１
１０の上流部で温度が急激に上昇してしまうのを抑え
る。すなわち、改質器１１０に供給する混合空気中の酸
素濃度を低下させることによって、反応部１１１内を通
過するガス中の酸素濃度も低下し、それによって上流側
での酸化反応の活性が抑えられ、急激な温度上昇を防ぐ
ことができる。また、所定量の酸素を含有する混合空気
中の酸素濃度を低下させることによって、反応部１１１
に供給される混合空気量が増大し、反応部１１１内を通
過するガスの流速が速まる。それによって、上流側で進
行する酸化反応で酸素が使い果たされる前に、より下流
側に酸素が運ばれ、酸化反応が進行する領域をより下流
側に広げることができる。さらに、反応部１１１内を通
過するガスの流速を速めることによって、上流側で進行
する酸化反応で生じた熱は速やかに下流側に伝えられ、
反応部の上流側が昇温しすぎるのを防ぐことができる。
【０１１６】図１４は、本実施例の改質器１１０を備え
る燃料電池装置で実行される空気混合量制御処理ルーチ
ンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、改質
器１１０を備える燃料電池装置において、図示しない所
定のスタートスイッチを操作することによってこの燃料
電池装置の始動が指示された後に、改質器１１０内部が
充分に昇温して定常状態に達したと判断されると、所定
の時間毎に実行される。
【０１１７】本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ５４
は、まず、メタノール流路６０に設けられた第２ポンプ
７１の駆動量を基に、改質器１１０に供給される原燃料
ガス中のメタノール量の読み込みを行なう（ステップＳ
２００）。次に、このメタノール量に基づいて、改質器
１１０に供給すべき酸素量を求め、必要量の酸素を供給
可能となるように、マスフロコントローラ１１２，１１
３を駆動する（ステップＳ２１０）。すなわち、改質器
に供給されるメタノール量が決定されれば、水蒸気改質
反応で要する熱量と酸化反応で生じる熱量とを釣り合わ
せるために必要な酸素量を決定することができるため、
この決定した酸素量を含有する空気が改質器１１０に供
給されるように、マスフロコントローラ１１２，１１３
を駆動する。ここで、供給すべき酸素量が決定されたと
きに、供給すべき酸素量を供給するために各マスフロコ
ントローラを駆動する駆動量は、基準駆動量として、そ
れぞれの供給酸素量に対して予め決定されて制御部５０
内に記憶されている。
【０１１８】マスフロコントローラ１１２，１１３を駆
動して、必要量の酸素を含有する混合空気を改質器１１
０に対して供給し始めると、次に、温度センサ１１７か
ら、反応部１１１における上流側の内部温度Ｔ1 を読み
込む（ステップＳ２２０）。次に、この内部温度Ｔ1
を、所定の基準温度Ｔａと比較する（ステップＳ２３
０）。ここで、所定の基準温度Ｔa とは、上流側の内部
温度Ｔ1 の上限として予め設定して制御部５０に記憶さ
せておいた値であり、本実施例では３００℃とした。
【０１１９】ステップＳ２３０において、上流側の内部
温度Ｔ1 が上記所定の基準温度Ｔａよりも小さい場合に
は、反応部１１１の上流側の内部温度Ｔ1 は充分に低い
温度であると判断されて、そのまま本ルーチンは終了さ
れる。上流側の内部温度Ｔ1が上記所定の基準温度Ｔａ
以上である場合には、マスフロコントローラ１１２の駆
動量を減らすと共に、マスフロコントローラ１１３の駆
動量を増やす。すなわち、改質器１１０に供給する混合
空気において、単位時間当たりに供給する酸素量を変え
ることなく、酸化排ガスの割合を増加させる（ステップ
Ｓ２４０）。このステップＳ２４０における酸化排ガス
の割合の変化量、すなわち、改質器１１０に供給する混
合空気中の酸素濃度の変化量は、本実施例では、予め最
小単位の変化量を定めておき、この最小単位毎に酸素濃
度を低下させることとした。あるいは、内部温度Ｔ1 が
基準温度Ｔａを越える量に応じて調節することとしても
よい。酸化排ガスの割合を増加させることによって、改
質器１１０に供給されるガス全体での酸素濃度が低下す
るため、上流側で進行する酸化反応が抑えられる。ま
た、単位時間当たりに供給する酸素量を変えることなく
酸化排ガスの割合を増加させることで、改質器１１０に
供給される混合空気量が増加し、改質器１１０内を通過
するガスの流速が速まり、上流側で進行する酸化反応で
生じた熱がより速やかに下流側に運ばれるようになる。
したがって、ステップＳ２４０を実行することによっ
て、反応部１１１の上流側の内部温度Ｔ1 を下げること
ができる。
【０１２０】ステップＳ２４０において酸化排ガスの割
合を変えると、次に、再びステップＳ２２０に戻って、
内部温度Ｔ1 の読み込みおよびこの内部温度Ｔ1 と所定
の基準温度Ｔａとの比較の動作を繰り返す。ステップＳ
２３０において内部温度Ｔ1が所定の基準温度Ｔａより
も低くなると、改質器１１０に供給される混合空気中の
酸化排ガスの割合が適当となり、反応部１１１の上流側
の内部温度Ｔ1 は充分に低くなったと判断されて、本ル
ーチンを終了する。
【０１２１】なお、本実施例の改質器１１０を備える燃
料電池装置は、既述したように酸素濃度センサ１１４を
第２空気供給路１１５に備えており、その検出結果に基
づいて、改質器１１０に供給する混合空気中の酸素濃度
を補正する。すなわち、上記空気混合量制御処理ルーチ
ンにおけるステップＳ２１０あるいはステップＳ２４０
において、マスフロコントローラを駆動したときには、
改質器１１０に供給する混合空気中の酸素濃度を酸素濃
度センサ１１４によって検出し、その結果に基づいてマ
スフロコントローラの駆動量を補正している。
【０１２２】以上のように構成された第４実施例の改質
器１１０を備える燃料電池装置によれば、改質器１１０
に供給される混合空気中の酸素濃度を制御することがで
きるため、上記混合空気中の酸素濃度を低くすることに
よって、原燃料ガスおよび混合空気の導入側において酸
化反応が進行するのを抑えることができる。したがっ
て、上流側における急激な温度上昇を抑えることができ
る。さらに、単位時間当たり所定量の酸素を改質器１１
０に供給しながら混合空気中の酸素濃度を下げることに
よって、混合空気の流量が増大し、反応部１１１内部を
通過するガスの流速が速まる。したがって、上流側で進
行する酸化反応で生じた熱は速やかに下流側に伝えられ
て、上流側で温度が上昇しすぎるのを抑えることができ
る。
【０１２３】また、上記したように上流側において酸化
反応が抑えられることによって、酸化反応が進行する領
域がより下流側に広がるため、本実施例の改質器１１０
では、その下流領域で従来の改質器のように温度が低下
しすぎることがない。さらに、反応部１１１内部を通過
するガスの流速が速まることによって、上流側で生じた
熱が下流側に伝えられ易くなるため、下流領域での温度
低下がさらに抑えられる。したがって、改質器１１０で
は、その下流側においても水蒸気改質反応の活性が高い
状態に保たれ、下流側が備える触媒も充分に利用するこ
とができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上させる
ことができる。そのため、改質器をよりコンパクトにす
ることが可能となる。
【０１２４】上記第４実施例では、メタノール流路６０
に設けられた第２ポンプ７１の駆動量を基に、改質器１
１０に供給される原燃料ガス中のメタノール量を読み込
み、また、温度センサ１１７の検出結果を基に、上流側
において酸化反応が過剰に進行していないかどうかを判
断している。改質器１１０に供給されるメタノール量
や、改質器１１０における酸化反応と水蒸気改質反応と
の進行状態に関するこのような判断は、上記以外の測定
量によって、あるいは、上記以外の測定量をさらに利用
して行なうこととしてもよい。例えば、改質器１１０内
における水蒸気改質反応と酸化反応との進行状態を判断
するために、第３燃料供給路６５に、第３燃料供給路６
５を通過するガス中の成分を分析可能な機器を配設し、
改質器１１０から排出される燃料ガス中のメタノール、
水素、二酸化炭素、酸素などの量を測定し、この測定結
果をさらに利用して、改質器１１０内における水蒸気改
質反応および酸化反応の進行状態を判断することとして
もよい。
【０１２５】上記第４実施例では、混合空気は、改質器
１１０の上流側だけから供給する構成としたが、複数箇
所から混合空気を供給する構成も好ましい。このような
構成を、第４実施例の変形例として以下に示す。図１５
は、第４実施例の変形例である改質器１１０Ａの構成を
模式的に表わす説明図である。改質器１１０Ａは、２つ
の反応部１１１Ａ、１１１Ｂを備えており、それぞれの
反応部に対して混合酸素が供給される。ここで、改質器
１１０Ａに供給される原燃料ガスは、反応部１１１Ａ、
１１１Ｂの順で通過する。また、改質器１１０Ａに対し
て空気および酸化排ガスを供給する空気供給路３９およ
び酸化排ガス路６９は、それぞれ、空気分岐路３９Ａ，
３９Ｂ、酸化排ガス分岐路６９Ａ，６９Ｂに分岐する。
空気分岐路３９Ａと酸化排ガス分岐路６９Ａとは合流し
て第２空気供給路１１５Ａとなり、上流側に配設された
反応部１１１Ａに対して混合空気を供給する。空気分岐
路３９Ｂと酸化排ガス分岐路６９Ｂとは合流して第２空
気供給路１１５Ｂとなり、下流側に配設された反応部１
１１Ｂに対して混合空気を供給する。それぞれの反応部
に供給される混合空気中の酸素量および酸素濃度は、第
４実施例と同様に、改質器１１０Ａに供給されるメタノ
ール量や、各反応部の上流側の温度などに基づいて、マ
スフロコントローラ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１３Ａ，１
１３Ｂの駆動量を調節することによって制御される。
【０１２６】以上のように構成された改質器１１０Ａに
よれば、混合空気を分割して供給しているため、一度に
供給する混合ガス中の酸素量を減らすことができ、局所
的に温度が上昇しすぎてしまうのを防ぐ効果をさらに高
めることができる。さらに、改質器内部を複数の反応部
に分割し、各反応部ごとに混合空気を供給することによ
って、改質器内部の温度分布をより精度よく制御するこ
とが可能となり、より容易に改質器の内部全体を望まし
い温度範囲に保つことができる。
【０１２７】図１６は、酸化反応で要する酸素源とし
て、改質器に対しては通常の空気だけを供給する従来知
られる改質器と、上述した改質器１１０Ａとついて、ガ
スの流れ方向に関する内部の温度分布状態を表わした説
明図である。改質器１１０Ａは、従来の改質器とは異な
り、上流側における酸化反応の進行が抑えられるため、
上流側が急激に昇温されることなく、改質器の内部温度
を２５０〜３００℃の温度範囲で均一化することができ
る。以上説明したように、本実施例の改質器１１０およ
び１１０Ａは、その入り口部付近で温度が急激に上昇し
てしまうことがないため、温度上昇に起因する既述した
触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止するこ
とができる。したがって、既述した実施例と同様に、改
質器の耐久性を大きく向上させることが可能となる。
【０１２８】また、既述した実施例の改質器１１０およ
び１１０Ａは、ハニカムによって構成された反応部を備
えることとしたが、改質器の内部に、触媒を担持したペ
レットを充填する構成としてもよい。この場合にも、酸
化反応に要する酸素源として、改質器に供給する混合空
気中の酸素濃度を制御可能とすることによる同様の効果
を得ることができる。
【０１２９】上記第３および第４実施例では、改質器の
上流側で進行する酸化反応の活性を抑えることによっ
て、上流側で急激な温度上昇が起こらないようにした
が、触媒部内部において、酸化反応が活発に進行する領
域と、酸化反応の進行が不活発な領域とを変更可能とす
ることによって、熱が生じる領域を変更し、局所的に温
度が上昇しすぎるのを防ぐことも可能である。以下に、
このような構成として、原燃料ガスおよび酸素が導入さ
れる入り口部と、水素リッチな燃料ガスが排出される出
口部とが切り替え可能な改質器を、第５実施例として説
明する。
【０１３０】図１７は、第５実施例の改質器１２０の構
成を模式的に表わす説明図である。この改質器１２０
は、図１の燃料電池装置２０と同様の構成の燃料電池装
置に備えられている。図１７に示すように、改質器１２
０は、表面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担持するハニカムによっ
て構成された単一の反応部１２１を備える。この反応部
１２１は、その両端部の内部温度を測定する温度センサ
１２２および温度センサ１２３を備えている。これらの
温度センサは、既述した制御部５０に接続されており、
反応部１２１の両端部における内部温度に関する情報
は、制御部５０に入力される。
【０１３１】また、本実施例では、第２燃料供給路６４
は、第１供給分岐路１２４と第２供給分岐路１２５とに
分岐しており、それぞれの分岐路は、改質器１２０のそ
れぞれの端部に接続する。ここで、改質器１２０の一端
は、上記第１供給分岐路１２４と接続するほかに、第１
排出分岐路１２６とも接続している。また、改質器１２
０の他端は、上記第２供給分岐路１２５と接続するほか
に、第２排出分岐路１２７と接続している。これらの第
１排出分岐路１２６と第２排出分岐路１２７とは、合流
して第３燃料供給路６５となり、ＣＯ低減部３６に接続
する。さらに、上記第１供給分岐路１２４，第２供給分
岐路１２５，第１排出分岐路１２６，第２排出分岐路１
２７には、それぞれ、電磁弁１２８，１２９，１２８
Ａ，１２９Ａが設けられている。これらの電磁弁１２
８，１２９，１２８Ａ，１２９Ａは、制御部５０に接続
されており、制御部５０によってその開閉状態が制御さ
れる。
【０１３２】このような改質器１２０では、通常は、上
記電磁弁の開閉状態は、電磁弁１２８と１２８Ａが開状
態、電磁弁１２９と１２９Ａが閉状態となる第１の状態
と、電磁弁１２９と１２９Ａが開状態、電磁弁１２８と
１２８Ａが閉状態となる第２の状態のいずれかとなる。
電磁弁の開閉状態が上記第１の状態となるときには、第
２燃料供給路６４から供給される原燃料ガスは、反応部
１２１内において、図１３中向かって左側から右側に向
かって通過する。また、電磁弁の開閉状態が上記第２の
状態となるときには、原燃料ガスは、反応部１２１内に
おいて、図１３中向かって右側から左側に向かって通過
する。
【０１３３】図１８は、改質器１２０において上記した
ようなガスの入り口部の切り替えが行なわれる際に、燃
料電池装置２０で実行されるガス入り口切り替え処理ル
ーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、
燃料電池装置２０において、図示しない所定のスタート
スイッチを操作することによって燃料電池装置２０の始
動が指示されると、所定の時間毎に実行される。
【０１３４】本ルーチンが実行されると、まず、ＣＰＵ
５４は、既述した各電磁弁の開閉状態から、電磁弁の開
閉状態が第１の状態であるか否かを判断する（ステップ
Ｓ３００）。第１の状態であると判断された場合には、
ガスが供給される上流側の端部における内部温度Ｔ1
を、温度センサ１２２から読み込む（ステップＳ３１
０）。次に、この内部温度Ｔ1 を、予め設定した所定の
基準温度Ｔ0 と比較する（ステップＳ３２０）。ここ
で、所定の基準温度Ｔ0 とは、反応部１２１の内部温度
が非所望の状態にまで昇温しつつあることを示す基準と
なる温度として予め制御部５０内に記憶させた値であっ
て、本実施例では、３００℃に設定した。ステップＳ３
２０において内部温度Ｔ1 が基準温度Ｔ0 に達していな
いときには、ステップＳ３１０に戻り、内部温度Ｔ1 が
基準温度Ｔ0 に達するまで、上記した内部温度の読み込
みと比較の動作を繰り返す。
【０１３５】ステップＳ３２０において内部温度Ｔ1 が
基準温度Ｔ0 以上であると判断されると、次に、すべて
の電磁弁を閉状態にすると共に、制御部５０に備えられ
た図示しない所定のタイマにより経過時間ｔの測定を開
始する（ステップＳ３３０）。ステップＳ３３０におい
てすべての弁を閉状態にすることによって、改質器１２
０におけるガスの出入りは停止され、反応部１２１内で
は、残留する原燃料ガスを用いた水蒸気改質反応および
酸化反応がそのまま続行される。次に、経過時間ｔを、
予め設定した所定の基準時間ｔ0 と比較する（ステップ
Ｓ３４０）。ここで、所定の基準時間ｔ0 とは、上記し
たようにすべての弁を閉状態としたときに、改質器１２
０内部に残留する原燃料ガスを用いた水蒸気改質反応お
よび酸化反応が完了するのに要する時間として、予め制
御部５０内に記憶させた値であって、本実施例では１ｓ
ｅｃに設定した。ステップＳ３４０において経過時間ｔ
が基準時間ｔ0 に達していないときには、基準時間ｔ0
が経過するまでステップＳ３４０の動作を繰り返す。ス
テップＳ３４０において、経過時間ｔが基準時間ｔ0 に
達したときには、所定の電磁弁に駆動信号を出力して電
磁弁の開閉状態を第２の状態にして（ステップＳ３５
０）、本ルーチンを終了する。
【０１３６】また、ステップＳ３００において、第１の
状態でないと判断されたときには、改質器１２０は第２
の状態であると判断され、ガスが供給される上流側の端
部における内部温度Ｔ2 を、温度センサ１２３から読み
込む（ステップＳ３６０）。その後は、ステップＳ３７
０〜ステップＳ３９０まで、既述したステップＳ３２０
〜ステップＳ３４０までと同様の処理を行なう。すなわ
ち、酸化反応の進行と共に内部温度Ｔ2 が所定の基準値
Ｔ0 （本実施例では３００℃）に達すると、所定の時間
（本実施例では１ｓｅｃ）すべての弁を閉状態とし、そ
の後電磁弁の開閉状態を第１の状態にして（ステップＳ
４００）、本ルーチンを終了する。
【０１３７】なお、上記したガス入り口切り替え処理ル
ーチンは、既述したように、図示しない所定のスタート
スイッチを操作することによって燃料電池装置２０の始
動が指示されると、所定時間毎に実行されることとした
が、燃料電池装置２０の始動が指示された最初の状態と
しては、各電磁弁の開閉状態は、上記した第１の状態ま
たは第２の状態となるようにしておけばよい。例えば、
前回に燃料電池装置２０を停止したときと同じ状態で、
次回に燃料電池装置２０を始動することとしてもよい
し、燃料電池装置２０の始動時には各電磁弁の開閉状態
が上記第１の状態あるいは第２の状態になるように設定
しておいてもよい。
【０１３８】以上のように構成された第５実施例の改質
器１２０を備える燃料電池装置によれば、改質器１２０
に供給する混合空気中の供給箇所を上流側と下流側とで
切り替え、反応部１２１内のガスの流れの方向を逆転さ
せることができるため、酸化反応で生じる熱によって、
改質器の一方の端部だけが昇温しすぎることがない。し
たがって、上流側における急激な温度上昇を抑えること
ができる。ここで、ガスの流れの方向の切り替えは、反
応部１２１の端部の温度に基づいて行なうため、反応部
１２１の端部の温度が上昇しすぎてしまうのをより確実
に防ぐことが可能となる。
【０１３９】また、上記したようにガスの流れの方向を
切り替えることによって、反応部１２１の両端が上流側
となり得るため、従来の改質器のように特定の下流側で
温度が低下しすぎることがない。したがって、改質器１
２０では、その両側で水蒸気改質反応の活性が高い状態
に保たれ、反応部１２１全体が備える触媒を充分に利用
することができると共に、水蒸気改質反応の速度を向上
させることができる。そのため、改質器をよりコンパク
トにすることが可能となる。
【０１４０】図１９は、内部のガスの流れの方向が一定
である従来知られる改質器と、上述した改質器１２０と
ついて、一端側から他端側への内部の温度分布状態を表
わした説明図である。改質器１２０は、従来の改質器と
は異なり、特定の端部側において酸化反応が進行しすぎ
るのが抑えられ、また、両端部側が上流側となり得るた
め、改質器の内部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で
均一化することができる。以上説明したように、本実施
例の改質器１２０は、その入り口部付近で温度が急激に
上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因する既
述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止
することができる。したがって、既述した実施例と同様
に、改質器の耐久性を大きく向上させることが可能とな
る。
【０１４１】なお、本実施例の改質器１２０は、ハニカ
ムによって構成された反応部を備えることとしたが、改
質器の内部に、触媒を担持したペレットを充填する構成
としてもよい。この場合にも、改質部内を通過するガス
の流れの方向を切り替えることによる同様の効果を得る
ことができる。
【０１４２】また、本実施例の改質器１２０は、反応部
１２１の端部の温度に基づいて、ガスの流れの方向を切
り替えることとしたが、切り替えのタイミングは、他の
要因に基づくこととしても良い。反応部１２１の端部温
度に基づく場合には、改質器１２０に供給される原燃料
ガスの量が変動して、改質器１２０内部で進行する水蒸
気改質反応と酸化反応との量が変動する場合にも、内部
温度を所定の範囲内に保つ上で高い効果が得られるとい
う利点があるが、例えば、改質器に供給される原燃料ガ
ス量の変動が小さい場合には、所定の時間毎にガスの流
れの方向を切り替えることとしてもよい。
【０１４３】次に、第６実施例として、改質器内部に封
入した触媒粒子を撹拌することによって、改質器内の特
定の上流側だけが昇温しすぎてしまうのを防ぐ構成を示
す。図２０は、第６実施例の改質器１３０およびこの改
質器１３０と接続される部材の構成を模式的に表わす説
明図である。本実施例の改質器１３０は、図１の燃料電
池装置２０と同様の構成の燃料電池装置に備えられてい
るため、以下の説明では、共通する部材については同じ
部材番号を付して詳しい説明を省略する。
【０１４４】改質器１３０は、既述したＣｕ−Ｚｎ触媒
からなる粒子を内部に封入されている。この触媒は、周
知の共沈法により作製したＣｕ−Ｚｎ触媒を、約５００
μｍの粒径となるように造粒したものである。あるい
は、Ｃｕ−Ｚｎ触媒を、所定の溶媒に分散させた上でス
プレードライヤ装置に供給し、噴霧することによって上
記した粒径の微粒子を作製することとしてもよい。ま
た、触媒粒子の粒径は、上述するようにこの触媒粒子を
封入する改質器内にガスを噴射する際に、このガスによ
って充分に撹拌されうる大きさであればよく、例えば、
１００μｍ〜数ｍｍの粒径とすることが好ましい。ま
た、触媒粒子の形状はいかなるものであってもよいが、
後述する撹拌の効率を考えると、球状に近い方が好まし
い。
【０１４５】改質器１３０は、既述した実施例と同様
に、メタノールおよび水蒸気からなる原燃料ガスが蒸発
器３２から供給されると共に、ブロワ３８から空気が供
給されるが、本実施例では、これらの原燃料ガスおよび
空気は、調圧弁１３２および噴射ノズル１３４を介して
改質器１３０内に供給される。蒸発器３２では、メタノ
ールおよび水が気化・昇温されるため、蒸発器３２から
は所定の温度と圧力を有する状態で原燃料ガスが排出さ
れる。この原燃料ガスは、空気供給路３９から供給され
る空気と混合された後、調圧弁１３２および噴射ノズル
１３４を介して改質器１３０内に噴射される。改質器１
３０内には、上記したように触媒粒子が封入されている
ため、空気を含有する原燃料ガスを噴射することによっ
て触媒粒子は、図２０中矢印で示すように改質器１３０
内で流動し、撹拌される。ここで、本実施例の改質器１
３０では、空気を含有する原燃料の噴射は７カ所から行
なうこととしたが、改質器内で触媒粒子を充分に撹拌可
能であれば噴射箇所の数は異なる構成としてもよい。ま
た、改質器１３０内部の容積は、所定量の触媒粒子が、
所定の流量、所定の圧力で供給されるガス（酸素を含む
原燃料ガス）によって、充分に撹拌され得る大きさであ
ればよい。
【０１４６】改質器１３０において、噴射ノズルが接続
する端部と反対側の端部には、発泡ニッケルによって形
成されたフィルタ１３６が設けられている。このフィル
タ１３６は、充分に目の細かいメッシュ状に形成されて
いるため、改質器１３０内に封入された触媒粒子が外部
に漏れるのは妨げるが、改質器１３０内で生成された燃
料ガスがＣＯ低減部３６側に供給されるのは妨げない。
フィルタ１３６を通過した燃料ガスは、ＣＯ低減部３６
に供給されて一酸化炭素濃度が低減された後、燃料電池
４０に供給される。
【０１４７】以上のように構成された改質器１３０を備
える燃料電池装置によれば、改質器１３０内に封入され
た触媒粒子は、空気を含有する原燃料ガスによって常に
撹拌されるため、高濃度の酸素を含む原燃料ガスが供給
される位置に存在する触媒粒子が常に入れ替わり、酸化
反応で生じる熱によって触媒の特定の領域だけが昇温し
すぎてしまうことがない。ここで、触媒粒子を撹拌する
ために改質器内に噴射するガスは、改質器内で進行する
水蒸気改質反応および酸化反応に供するためのガス（空
気を含有する原燃料ガス）であるため、改質器１３０に
原燃料を供給する動作と、触媒粒子を撹拌する動作とを
同時に行なうことができる。また、改質器内にガスを噴
射することによって、改質器内の反応や燃料電池におけ
る電気化学反応が影響を受けることがない。
【０１４８】また、改質器１３０内における触媒粒子の
撹拌によって、酸化反応で生じた熱も改質器１３０内に
分散されるため、従来の改質器のように特定の下流側で
温度が低下しすぎることがない。したがって、改質器１
３０では、触媒粒子全体において水蒸気改質反応の活性
が高い状態に保たれ、水蒸気改質反応の速度を向上させ
ることができる。
【０１４９】図２１は、内部のガスの流れの方向が一定
である従来知られる改質器と、上述した改質器１３０と
について、一端側から他端側への内部の温度分布状態を
表わした説明図である。ここで、改質器１３０に供給す
るガスは、温度２５０℃、流量６７０ｌ／ｍｉｎの原燃
料ガスと、流量１４０ｌ／ｍｉｎの空気とを混合し、５
気圧にて噴射ノズル１３４から改質器１３０内に噴射し
た。改質器１３０は、従来の改質器とは異なり、特定の
端部側において酸化反応が進行しすぎることがなく、ま
た、内部の触媒粒子が均等な状態で反応に関わるため、
改質器の内部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で均一
化することができる。以上説明したように、本実施例の
改質器１３０は、その入り口部付近で温度が急激に上昇
してしまうことがないため、温度上昇に起因する既述し
た触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止する
ことができる。したがって、既述した実施例と同様に、
改質器の耐久性を大きく向上させることが可能となる。
【０１５０】なお、上記第６実施例では、撹拌のために
改質器１３０内に噴射するガスとして、空気を含有する
原燃料ガスを用いたが、メタノールガス、水蒸気、空気
のうち少なくともいずれか一つからなるガスを用いるこ
ととしてもよい。この場合には、触媒の撹拌のために改
質器内に噴射するのに用いなかった残りの成分は、改質
器の所定の位置（上記噴射位置に近い上流側であること
が望ましい）から、改質器内に対して、触媒粒子が封入
された状態を維持しつつ供給することとすればよい。
【０１５１】また、上記第６実施例では、改質器１３０
内に高圧のガスを噴射することによって、改質器１３０
内に封入した触媒粒子を撹拌しているが、ガスの噴射以
外の手段によって触媒粒子を撹拌することとしてもよ
い。例えば、改質器内に、内部の触媒粒子を撹拌可能な
機械的な手段を設けることとしてもよい。
【０１５２】次に、第７実施例として、触媒部におい
て、酸化反応に供する空気が供給される箇所を経時的に
変化させる構成を示す。図２２は、第７実施例の改質器
１４０の構成を模式的に示す説明図である。この改質器
１４０は、図１の燃料電池装置２０と同様の構成の燃料
電池装置に備えられている。図２２に示すように、改質
器１４０は、表面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担持するハニカム
によって構成された単一の反応部１４１を備え、略円筒
形状に形成されている。また、改質器１４０は、図示し
ない所定のモータによって回転可能となっている。ここ
で、改質器１４０は、既述した実施例と同様に、第２燃
料供給路６４から原燃料ガスが供給されると共に、生成
した燃料ガスを第３燃料供給路６５へ排出するが、これ
ら第２燃料供給路６４および第３燃料供給路６５は、改
質器１４０の略円形をした断面の略中心部に接続してい
る。上記したモータを駆動することによって、改質器１
４０は、上記断面の中心部を中心として、毎秒１回転の
速度で回転する。
【０１５３】また、改質器１４０には、第２燃料供給路
６４から原燃料ガスが供給されると共に、空気供給路３
９から空気が供給されるが、本実施例では、この空気供
給路３９における改質器１４０との接続側の端部は、第
２燃料供給路６４内に形成されている。第２燃料供給路
６４内に形成された空気供給路３９の端部は、改質器１
４０において反応部１４１の上流側に設けられた空間内
で湾曲し、その後吹き出し口１４２として開口してい
る。この吹き出し口１４２は、反応部１４１の上流側の
端部に対面して開口しており、その開口する位置は、本
実施例では、反応部１４１の端部断面の中心点と、同じ
く端部断面の円周部との中間付近とした。空気供給路３
９から供給される空気を、この吹き出し口１４２から吹
き出すことによって、反応部１４１を構成するハニカム
の各セルのうち、吹き出し口１４２の全面にあるセルを
中心として、約半数のセルに対して空気を供給すること
ができる。
【０１５４】したがって、本実施例の改質器１４０を用
いると、吹き出し口１４２から空気の供給を受けるセル
においては、水蒸気改質反応と酸化反応との両方が進行
し、空気の供給を受けないセルにおいては、水蒸気改質
反応だけが進行する。このとき、改質器１４０は、既述
したように回転し、吹き出し口１４２の位置は改質器１
４０の回転の状態に関わらず変化しないため、空気の供
給を受けるセルは経時的に変化する。
【０１５５】以上のように構成された第７実施例の改質
器１４０によれば、空気の供給を受けて酸化反応を進行
するセルが経時的に変化するため、特定のセルの上流部
において温度が上昇しすぎてしまうことがない。空気の
供給を受けて酸化反応が進行し、上流側が昇温しかかっ
たセルでは、直ちに空気の供給を受けない状態となって
酸化反応が停止し、生じた熱は水蒸気改質反応で消費さ
れるため、それ以上温度が上昇することがない。また、
空気の供給を受けずに水蒸気反応によって熱が消費され
たセルでは、直ちに空気が供給されて酸化反応によって
熱が生じるため、温度が低下しすぎてしまうことがな
い。
【０１５６】なお、改質器１４０において、供給される
メタノール量と空気量との比は、既述した実施例と同様
に、改質器内で進行する水蒸気改質反応で要する熱量
と、酸化反応で生じる熱量とから定まるため一定であ
る。ここで、本実施例の改質器１４０では、空気の供給
を受けるセルは、常に、ハニカムを構成するセル全体の
約半分である。したがって、各セルが空気の供給を受け
る際には、メタノール量に対して通常よりも過剰な量の
酸素を供給されることになり、供給されたメタノールを
水蒸気改質するのに要する熱以上の熱を生じる酸化反応
が起こる。しかしながら、上述したように、これらのセ
ルは直ちに空気の供給が停止されるため、空気が供給さ
れた上流側で温度が上昇しすぎることがない。また、酸
素が過剰な状態で空気と原燃料ガスが供給されるため、
通常の濃度の酸素を供給する場合より、酸化反応が起き
る領域がより下流側にまで広がる。したがって、従来の
改質器のように下流側で温度が低下しすぎることがな
い。このように、改質器１４０では、反応部全体を所定
の温度範囲に保ち、水蒸気改質反応の活性を高い状態に
保つと共に、水蒸気改質反応の速度を向上させることが
できる。
【０１５７】図２３は、ハニカムを構成するセル全体
に、常に所定の割合の酸素を供給する従来知られる改質
器と、上述した改質器１４０とついて、上流側から下流
側への内部の温度分布状態を表わした説明図である。こ
の温度分布状態の測定は、改質器１４０に供給するガス
において、ＬＨＳＶ（一時間に処理するメタノール体積
／触媒体積）＝３、酸素／メタノールの比が１１％とな
る空気、水／メタノールの比が２となる水を含む条件に
おいて行なった。改質器１４０は、従来の改質器とは異
なり、上流側で温度が上昇しすぎてしまうことがなく、
改質器の内部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で均一
化することができる。したがって、本実施例の改質器１
４０は、温度上昇に起因する既述した触媒劣化や副生成
物の発生といった不都合を防止することができ、既述し
た実施例と同様に、改質器の耐久性を大きく向上させる
ことが可能となる。なお、上記した条件において改質器
１４０を用いて燃料ガスを生成すると、Ｈ2 ＝５０％、
ＣＯ2 ＝２３％、Ｈ2Ｏ ＝１７．５％、Ｎ2 ＝９％、Ｃ
Ｏ＝０．５％となる燃料ガスが得られ、良好に作動する
ことが確かめられた。
【０１５８】以上説明した第７実施例の改質器１４０
は、空気が供給される吹き出し口１４２が固定され、改
質器１４０が回転する構成としたが、吹き出し口が回転
し、改質器が固定された構成とすることもできる。この
ような構成の改質器を、第７実施例の変形例として以下
に示す。図２４は、第７実施例の変形例である改質器１
４０Ａの構成を模式的に表わす説明図である。改質器１
４０Ａは、改質器１４０とほぼ同様の構成を備えてお
り、対応する部材には同一の番号に符号Ａを付して説明
する。この改質器１４０Ａにおいては、改質器１４０Ａ
は回転することがない。また、空気供給路３９における
吹き出し口１４２Ａに至る端部側において設けられた既
述した湾曲部には、所定の回転機構１４４が設けられて
いる。この回転機構１４４によって、吹き出し口１４２
Ａを備えた空気供給路３９の端部は回転し、反応部１４
１Ａの上流側端部面において、吹き出し口１４２Ａから
空気が供給される領域が経時的に変化する。
【０１５９】このように構成された改質器１４０Ａを用
いる場合にも、第７実施例の改質器１４０と同様の効果
を奏することができる。なお、空気供給路３９の端部付
近に設けられた回転機構１４４は、吹き出し口１４２Ａ
を備える端部部材１４３と、空気供給路３９の基部とを
回転自在に支持する構成とし、上記端部部材１４３は、
吹き出し口１４２Ａから空気が吹き出される反力によっ
て回転することとしてもよいし、外部から供給される所
定の動力を用いて回転力を発生することとしてもよい。
【０１６０】なお、上記実施例では、空気の吹き出し口
と改質器とのうちのいずれかを回転させることとした
が、改質器の上流部に複数の空気供給口を設け、実際に
空気が供給される空気供給口を経時的に切り替える構成
としてもよく、反応部において空気が供給される部位を
経時的に変化させることができればよい。また、上記改
質器１４０および改質器１４０Ａは、ハニカムによって
構成された反応部を有することとしたが、それぞれの反
応部は、触媒を担持するペレットを充填することによっ
て構成してもよい。この場合にも、反応部において空気
が供給される部位を経時的に変化させることによって、
実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１６１】さらに、既述した第６実施例および第７実
施例の改質器は、上記した効果の他に、始動時において
内部でより多くの酸化反応を進行させ、改質器をより速
く定常状態にまで昇温させることができるという効果を
も奏する。始動時には改質器の温度が室温付近にまで低
下しているため、速やかに昇温させて定常状態にする必
要がある。ここで、メタノールおよび酸素を大量に供給
して積極的に酸化反応を起こさせ、改質器を内部から加
熱する方法が考えられるが、従来の改質器では、多量の
空気を供給して酸化反応を起こさせると、改質器全体の
温度が低い場合であっても、上流の特定領域だけが昇温
しすぎてしまうおそれがあった。上記第６および第７実
施例の改質器によれば、酸化反応が活発に進行する領域
（酸素が高い濃度で供給される触媒部位）が経時的に変
化するため、多量の酸素を供給して積極的に酸化反応を
行なわせても、特定部位だけが昇温しすぎることがな
く、速やかに改質器を昇温させることが可能となる。
【０１６２】次に、第８実施例として、改質器内に複数
の反応部を設け、これらの反応部の一部について残りの
反応部とはガスの流れを逆向きにすることによって、隣
接する反応部の間で、原燃料ガスおよび空気が供給され
る上流側と、燃料ガスが排出される下流側とで熱交換さ
せる構成を示す。図２５は、第８実施例の改質器１５０
の構成を表わす断面模式図である。改質器１５０は、図
１の燃料電池装置２０と同様の燃料電池装置に備えられ
ている。この改質器１５０は、略円柱状に形成されてお
り、その内壁に沿って環状に反応部１５２を備え、反応
部１５２の内側に反応部１５１を備えており、２重管状
の構造を有している。反応部１５１は、その一端側（図
２５中向かって左側）から原燃料ガスおよび空気の供給
を受け、他端側（図２５中向かって右側）において燃料
ガスを排出する。反応部１５２も一方の端部側から原燃
料ガスおよび空気の供給を受け、他方の端部において燃
料ガスを排出するが、それぞれの位置は反応部１５１と
は逆である。したがって、反応部１５１と反応部１５２
では、内部のガスの流れの方向が逆向きになる。ここ
で、それぞれの反応部１５１および反応部１５２は、表
面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担持するハニカムによって構成し
てもよいし、Ｃｕ−Ｚｎ触媒からなるペレットを充填し
て形成してもよい。
【０１６３】以上のように構成された第８実施例の改質
器１５０によれば、内側に設けた反応部１５１の上流側
と外側に設けた反応部１５２の下流側、および、反応部
１５１の下流側と反応部１５２の上流側とが隣接した状
態となるため、それぞれ、上流側と下流側との間で熱交
換を行なうことが可能となる。したがって、一方の反応
部の上流側において酸化反応のために生じた熱は、隣接
する他方の反応部の下流側に伝えられ（図２５中の点線
矢印参照）、原燃料ガスと共に空気を供給される上流側
で温度が上昇しすぎてしまうことがない。
【０１６４】また、改質器１５０を構成する各反応部の
下流側では、上述したように、隣接する反応部の上流側
から熱が供給されるため、従来の改質器のように下流側
で温度が低下しすぎることがない。したがって、改質器
１５０では、各反応部全体において水蒸気改質反応の活
性が高い状態に保たれ、水蒸気改質反応の速度を向上さ
せることができる。
【０１６５】図２６は、改質器が備える反応部において
内部のガスの流れの方向が一定である従来知られる改質
器と、上述した改質器１５０とについて、一端側から他
端側への内部の温度分布状態を、各反応部ごとに表わし
た説明図である。改質器１５０は、従来の改質器とは異
なり、特定の上流側において酸化反応で生じた熱によっ
て昇温しすぎることがなく、また、特定の下流側におい
て内部の温度が低下しすぎることがないため、改質器の
内部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で均一化するこ
とができる。以上説明したように、本実施例の改質器１
５０は、その入り口部付近で温度が急激に上昇してしま
うことがないため、温度上昇に起因する既述した触媒劣
化や副生成物の発生といった不都合を防止することがで
きる。したがって、既述した実施例と同様に、改質器の
耐久性を大きく向上させることが可能となる。
【０１６６】以上説明した第８実施例の改質器１５０
は、内側に形成された反応部１５１と外側に形成された
反応部１５２とを備える２重管タイプとし、それぞれの
反応部においてガスの流れの方向が逆になる構成とした
が、改質器を複数の反応部によって構成し、それらのう
ち、一部の反応部において、残りの反応部とはガスの流
れの方向が逆になる構成とすれば、発熱量が多い上流側
と熱の消費量が多い下流側との間で熱交換を行なうこと
ができ、上記第８実施例と同様の所定の効果を得ること
ができる。例えば、改質器を２重管タイプとする代わり
に、複数個の薄型の反応部を積層した積層タイプとし、
これら積層した各反応部について交互にガスの流れの方
向が逆向きになる構成としてもよい。このような場合に
も、隣接する反応部間において、上流側と下流側とで熱
交換を行ない、内部温度を均熱化することができる。
【０１６７】次に、第９実施例として、所定の反応部が
形成する流路において途中で折り返し部を形成し、この
所定の反応部において上流側と下流側とを隣接させて熱
交換を行なわせる構成を示す。図２７は、第９実施例の
改質器１６０の構成を表わす断面模式図である。改質器
１６０は、図１の燃料電池装置２０と同様の燃料電池装
置に備えられている。この改質器１６０は、第８実施例
の改質器１５０と同様に略円柱状に形成されており、そ
の内部は内側部１６１と外側部１６２とに分かれた２重
管構造となっている、これら内側部１６１および外側部
１６２は連続した構造として形成されており、両者は単
一の反応部１６３を構成している。
【０１６８】第２燃料供給路６４は内側部１６１の一端
に接続されており、第２燃料供給路６４から供給される
原燃料ガスおよび空気は、内側部１６１において一端側
から他端側に向かって移動する。内側部１６１の他端で
は、内側部１６１は外側部１６２と接続しており、内側
部１６１内を通過するガスは、上記他端において外側部
１６２に導入される（図２７中の実線矢印参照）。外側
部１６２内に導入されたガスは、そのまま外側部１６２
内を通過して、内側部１６１における上記一端側に対応
する端部において第３燃料供給路６５に接続し、反応部
１６３内をガスが通過する際に生成した燃料ガスを、こ
の第３燃料供給路６５に排出する。なお、反応部１６３
を構成する内側部１６１および外側部１６２は、Ｃｕ−
Ｚｎ触媒を担持するハニカムによって構成してもよい
し、Ｃｕ−Ｚｎ触媒からなるペレットを充填して形成し
てもよい。
【０１６９】以上のように構成された第９実施例の改質
器１６０によれば、内側に設けた内側部１６１と外側に
設けた外側部１６２とが隣接した状態となるため、これ
ら内側部１６１と外側部１６２との間で熱交換を行なう
ことが可能となる。内側部１６１は、反応部１６３では
上流側に相当し、酸化反応が活発に行なわれて多くの熱
が生じる。また、外側部１６２は、反応部１６３では下
流側に相当し、主として水蒸気改質反応だけが行なわれ
て熱を要する。改質器１６０では、多くの熱を生じる内
側部１６１から、熱を要する外側部１６２に対して熱が
伝えられるため、（図２７中の点線矢印参照）上流側に
相当する内側部１６１において温度が上昇しすぎてしま
うことがない。
【０１７０】また、改質器１６０において、下流側に相
当する外側部１６２では、上述したように、隣接する内
側部１６１から熱が供給されるため、従来の改質器のよ
うに下流側で温度が低下しすぎることがない。したがっ
て、改質器１６０では、各反応部全体において水蒸気改
質反応の活性が高い状態に保たれ、水蒸気改質反応の速
度を向上させることができる。
【０１７１】図２８は、改質器が備える反応部において
内部のガスの流れの方向が一定である従来知られる改質
器と、上述した改質器１６０とについて、第２燃料供給
路６４との接続側から他端側への内部の温度分布状態を
表わした説明図である。改質器１６０は、従来の改質器
とは異なり、上流側において酸化反応で生じた熱によっ
て昇温しすぎることがなく、また、下流側において内部
の温度が低下しすぎることがないため、改質器の内部温
度を２５０〜３００℃の温度範囲で均一化することがで
きる。以上説明したように、本実施例の改質器１６０
は、その入り口部付近で温度が急激に上昇してしまうこ
とがないため、温度上昇に起因する既述した触媒劣化や
副生成物の発生といった不都合を防止することができ
る。したがって、既述した実施例と同様に、改質器の耐
久性を大きく向上させることが可能となる。
【０１７２】以上説明した第９実施例の改質器１６０
は、内側に形成された内側部１６１と外側に形成された
外側部１６２とを備える２重管タイプとし、内側部１６
１と外側部１６２とでガスの流れの方向が逆になる構成
としたが、改質器を上記２重管以外の構成としてもよ
い。原燃料ガスおよび空気が通過する流路において途中
で折り返し部を設け、上流側と下流側とを隣接させて両
者の間で熱交換が可能な構成とすれば、上記第９実施例
と同様の所定の効果を得ることができる。例えば、改質
器を２重管タイプとする代わりに、所定の流路を２つに
折り畳んだ形状とし、上流側と下流側とでガスの流れの
方向が逆向きになる構成としてもよい。このような構成
の改質器１６０Ａを図２９に示す。このような場合に
も、隣接する上流側から下流側へ熱が伝えられ（図２９
中の矢印参照）、内部温度を均熱化することができる。
【０１７３】次に、第１０実施例として、蒸発器３２か
ら排出される高温の燃焼排ガスを用いて、改質器の下流
側を加熱する構成を示す。図３０は、第１０実施例の改
質器１７０の構成を表わす断面模式図である。改質器１
７０は、図１の燃料電池装置２０と同様の燃料電池装置
に備えられている。この改質器１７０は、表面にＣｕ−
Ｚｎ触媒を担持するハニカムによって構成された２つの
反応部１７１，１７２を備えている。このように改質器
１７０内部を２つの反応部に分割することによって、上
流側の反応部１７１においてハニカムの各セルによって
分離されたガスを、途中で混合し直すことができ、反応
部１７０内を通過するガスの状態をより均一にすること
ができる。改質器１７０は、空気供給路３９から空気を
供給される第２燃料供給路６４と接続し、空気を含有す
る原燃料ガスの供給を受ける。空気を含有し第２燃料供
給路６４から供給された原燃料ガスは、反応部１７１，
１７２の順で通過し、水素リッチな燃料ガスとなって第
３燃料供給路６５に排出される。
【０１７４】また、反応部１７１，１７２には、温度セ
ンサ１７３，１７４がそれぞれ設けられている。これら
温度センサ１７３，１７４は制御部５０に接続されてお
り、反応部１７１，１７２の内部温度に関する情報は、
制御部５０に伝えられる。後述するように、温度センサ
１７３の検出結果は、反応部１７１の内部温度が上昇し
すぎるのを防ぐために用いられ、温度センサ１７４の検
出結果は、反応部１７２の内部温度が低下しすぎるのを
防ぐために用いられる。したがって、温度センサ１７３
は、反応部１７１のより上流側に、温度センサ１７４
は、反応部１７２のより下流側に設けることが望まし
い。
【０１７５】また、改質器１７０において、反応部１７
２が設けられている位置に対応する外周部には、既述し
た蒸発器３２から排出される燃焼排ガスが導入される排
ガス導入部１７５が設けられている。蒸発器３２では、
既述したように、圧縮機２８を経由して、燃焼排ガスが
バーナ２６から供給され、この燃焼排ガスの有する熱量
を利用してメタノールおよび水を昇温・気化させる。こ
のようにメタノールおよび水を昇温・気化させた後に圧
縮機２８から排出される燃焼排ガスは、蒸発器３２で熱
量を消費した後であっても所定の熱量を有しており、本
実施例の改質器１７０では、この燃焼排ガスを上記排ガ
ス導入部１７５に導入することによって、下流側に設け
た反応部１７２を加熱している。
【０１７６】本実施例の改質器１７０を備える燃料電池
装置には、蒸発器３２から排出される燃焼排ガスを排ガ
ス導入部１７５に供給する燃焼排ガス路１７６が設けら
れており、この燃焼排ガス路１７６には、排ガス導入部
１７５に供給する燃焼排ガスの量を調節するマスフロコ
ントローラ１７７が設けられている。マスフロコントロ
ーラ１７７は、制御部５０に接続されており、制御部５
０によって、排ガス導入部１７５に供給される燃焼排ガ
ス量が制御可能となっている。ここで、蒸発器３２から
排ガス導入部１７５に供給される燃焼排ガスの温度は、
約３００℃程度であり、マスフロコントローラ１７７の
駆動状態を制御して、排ガス導入部１７５に供給する燃
焼排ガス量を調節することによって、反応部１７２の内
部温度を制御することができる。上記したように排ガス
導入部１７５に導入された燃焼排ガスは、反応部１７２
を加熱した後、燃料電池装置の外部に排出される。
【０１７７】本実施例の改質器１７０における上流側の
反応部１７１では、この反応部１７１で進行する水蒸気
改質反応に要する熱量は、酸化反応で生じた熱量によっ
て賄っている。これに対し、下流側の反応部１７２で
は、この反応部１７２で進行する水蒸気改質反応に要す
る熱量としては、上流側で進行する酸化反応で生じた熱
量に加えて、排ガス導入部１７５に供給される上記燃焼
排ガスの有する熱が用いられる。ここで、本実施例の改
質器１７０を備える燃料電池装置において、制御部５０
は、改質器１７０に供給する空気を取り込むブロワ３８
の駆動量を、温度センサ１７３の検出結果に基づいて制
御しており、反応部１７１の内部温度が３００℃を越え
ないように、改質器１７０に供給する空気量を調節して
いる。また、同じく本実施例の燃料電池装置において、
制御部５０は、上記マスフロコントローラ１７７の駆動
量を、温度センサ１７４の検出結果に基づいて制御して
おり、反応部１７２の内部温度が２５０℃以上となるよ
うに、排ガス導入部１７５に供給する燃焼排ガス量を調
節している。
【０１７８】以上のように構成された第１０実施例の改
質器１７０によれば、下流側の反応部１７２は、既述し
た燃焼排ガスによって加熱されるため、改質器１７０内
で進行する水蒸気改質反応で要する熱量のすべてを酸化
反応で生じる熱量によって賄う必要はなく、酸化反応に
供するために改質器１７０に供する空気の量を減らし、
上流側で進行する酸化反応の量を減らすことができる。
ここで、改質器１７０に供給する空気量は、反応部１７
１の内部温度に基づいて調節されるため、酸化反応が活
発に行なわれる反応部１７１において温度が上昇しすぎ
てしまうことがない。
【０１７９】また、改質器１７０において、下流側の反
応部１７２では、上述したように、排ガス導入部１７５
に導入される燃焼排ガスから熱が供給されるため、従来
の改質器のように下流側で温度が低下しすぎることがな
い。したがって、改質器１７０では、各反応部全体にお
いて水蒸気改質反応の活性が高い状態に保たれ、水蒸気
改質反応の速度を向上させることができる。さらに、反
応部１７２を加熱するために、従来廃棄されていた燃料
排ガスの熱を利用しているため、反応部１７２を加熱す
ることによってエネルギ効率が低下してしまうことがな
い。
【０１８０】図３１は、水蒸気改質反応で要する熱量の
略全体を、酸化反応で生じる熱によって賄う従来知られ
る改質器と、上述した改質器１７０とについて、空気を
含む原燃料ガスが供給される上流側から下流側への内部
の温度分布状態を表わした説明図である。改質器１７０
は、従来の改質器とは異なり、上流側において酸化反応
で生じた熱によって昇温しすぎることがなく、また、下
流側において内部の温度が低下しすぎることがないた
め、改質器の内部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で
均一化することができる。以上説明したように、本実施
例の改質器１７０は、その入り口部付近で温度が急激に
上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因する既
述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止
することができる。したがって、既述した実施例と同様
に、改質器の耐久性を大きく向上させることが可能とな
る。
【０１８１】以上説明した第１０実施例の改質器１７０
は、ハニカムによって構成された２つの反応部１７１，
１７２を備えることとしたが、ハニカムを用いる代わり
に、触媒を担持したペレットを内部に充填する構成とし
てもよい。この場合には、改質器内部を２つに分けるこ
となく、改質器内部に均一にペレットを充填することと
しても差し支えない。
【０１８２】また、下流側を加熱するために、蒸発器３
２から排出される燃焼排ガス以外の高温ガスを用いるこ
ととしてもよい。例えば、本実施例の改質器１７０を備
える燃料電池装置において、蒸発器３２で要する熱を供
給する熱源と、燃料電池４０の陰極側に圧縮空気を供給
するための圧縮機２８の駆動源が異なる場合には、上記
熱源と上記駆動源のうち、いずれから排出される排ガス
を用いることとしてもよい。また、燃料電池装置を構成
する他の高温部から排出されるガスを用いることとして
もよく、改質器の内部温度を２５０〜３００℃の温度範
囲に保つために使用可能なエネルギを有していればよ
い。あるいは、高温の部材から排出される高温の排ガス
を用いる代わりに、高温の部材と改質器との間に所定の
流体を循環させ、この流体によって高温の部材の熱エネ
ルギを改質器に供給することとしてもよい。
【０１８３】次に、第１１実施例として、改質器の上流
側において原燃料の一部を液体の状態で供給する構成を
示す。図３２は、第１１実施例の改質器１８０の構成の
概要を表わす説明図である。改質器１８０は、図１の燃
料電池装置２０と同様の燃料電池装置に備えられてい
る。この改質器１８０は、表面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担持
するハニカムによって構成された単一の反応部１８１を
備えている。ここで、改質器１８０は、第２燃料供給路
６４と接続して原燃料ガスの供給を受けるが、その他
に、メタノールと水との混合液（以下、液体原燃料と呼
ぶ）の供給を受ける。液体原燃料は、既述したように、
第１燃料供給路６３を介して蒸発器３２に供給される
が、この第１燃料供給路６３は途中で分岐して原燃料分
岐路１８２となり、改質器１８０に対しても液体原燃料
が供給可能となっている。さらに、本実施例では、空気
供給路３９は、第２燃料供給路６４とは合流せずに、上
記原燃料分岐路１８２と合流して原燃料路１８３とな
る。この原燃料路１８３は、改質器１８０の上流側端部
に接続しており、空気を混合された液体原燃料が改質器
１８０に供給可能となっている。
【０１８４】なお、空気供給路３９にはマスフロコント
ローラ１８４が、原燃料分岐路１８２にはマスフロコン
トローラ１８５が設けられており、改質器１８０に供給
する空気量および液体原燃料の量を制御可能となってい
る。これらのマスフロコントローラ１８４，１８５は制
御部５０に接続されており、制御部５０によってその駆
動量が制御される。また、改質器１８０内部において、
反応部１８１の上流側端部の近傍には、原燃料路１８３
の端部構造として噴射ノズル１８７が設けられている。
上記したように空気を混合された液体原燃料は、この噴
射ノズル１８７から、空気の圧力を利用して反応部１８
１の端部に向かって噴射され、反応部１８１の端部断面
に対して広い範囲で供給される。なお、噴射ノズル１８
７は、液体を広い範囲に噴射可能な形状であればよく、
ノズル状以外の形状としても構わない。さらに、改質器
１８０において、反応部１８１の上流側端部付近には、
温度センサ１８６が設けられている。この温度センサ１
８６は、制御部５０に接続されており、反応部１８１の
上流側の温度に関する情報が制御部５０に入力される。
【０１８５】既述したように、改質器に対して原燃料ガ
スと共に空気を供給すると、酸素の濃度が高い上流側で
は、酸化反応が活発に進行して温度が上昇するが、本実
施例では、反応部１８１の上流側に対して液体原燃料を
噴射することによって、この上流側の温度を制御してい
る。すなわち、所定の高温となっている反応部１８１に
対して液体原燃料を噴射すると、液体原燃料は、噴射さ
れた反応部１８１から熱を奪って気化・昇温する。した
がって、この液体原燃料の供給量を調節することによっ
て、反応部１８１の上流側の温度を所定の温度以下に制
御することができる。
【０１８６】このような構成の改質器１８０を用いて水
素リッチな燃料ガスの生成を行なう際には、温度センサ
１８６が検出した反応部１８１内の温度に基づいて、改
質器１８０に対して液体原燃料量を供給するかどうか、
あるいはその供給量が制御される。改質器１８０に供給
されるメタノールの総量は、燃料電池４０に接続される
負荷の大きさ、すなわち、燃料電池４０に供給すべき燃
料ガス量に基づいて決定されるが、温度センサ１８６の
検出結果に基づいて、第１燃料供給路６３から液体のま
ま改質器１８０に供給されるメタノール量が調節され
る。具体的には、反応部１８１の温度が所定の温度（本
実施例では３００℃）を越えると、噴射ノズル１８７か
ら液体原燃料の噴射を行なうようになり、反応部１８１
の温度が上記所定の温度以下となるように、噴射ノズル
１８７から供給する液体原燃料の量を調節する。なお、
反応部１８１の温度が上記所定の温度以下の場合には、
噴射ノズル１８７からは、空気だけが噴射される。
【０１８７】以上のように構成された第１１実施例の改
質器１８０によれば、改質器１８０内で液体を噴射して
気化させることによって、反応部１８１の上流部を冷却
することができるため、酸化反応で生じる熱のために反
応部１８１の上流部の温度が上昇しすぎてしまうのを防
ぐことができる。ここで、反応部１８１の上流部を冷却
するために改質器１８０中で噴射する液体は、改質器１
８０内で進行する水蒸気改質反応および酸化反応で利用
される原燃料からなるため、このような液体噴射の操作
を行なうことによって、改質器１８０内で進行する反応
が影響を受けることがない。
【０１８８】図３３は、所望の量の燃料ガスを生成する
ために要するメタノールの全量を、蒸発器３２を経由し
て供給される従来知られる改質器と、上述した改質器１
８０とについて、空気を含む原燃料ガスが供給される上
流側から下流側への内部の温度分布状態を表わした説明
図である。改質器１８０は、従来の改質器とは異なり、
上流側において酸化反応で生じた熱によって昇温しすぎ
ることがないため、改質器の内部温度を２５０〜３００
℃の温度範囲で均一化することができる。このように、
本実施例の改質器１８０は、その入り口部付近で温度が
急激に上昇してしまうことがないため、温度上昇に起因
する既述した触媒劣化や副生成物の発生といった不都合
を防止することができる。したがって、既述した実施例
と同様に、改質器の耐久性を大きく向上させることが可
能となる。
【０１８９】なお、改質器１８０の上流側の温度が上昇
しすぎて噴射ノズル１８７から噴射する液体原燃料量を
増やした際に、燃料電池４０に接続される負荷における
所要電力が減少すると、改質器１８０に供給するメタノ
ール量が過剰となって、必要量以上の燃料ガスが生成さ
れる場合がある。本実施例の改質器１８０を備える燃料
電池装置では、燃料電池４０から排出される燃料排ガス
は、既述したようにバーナ２６における燃焼のための燃
料として利用されるため、上記した場合であっても、シ
ステム全体のエネルギ効率が低下してしまうことがな
い。
【０１９０】また、本実施例の改質器１８０では、反応
部１８１の上流部を冷却するために噴射ノズル１８７か
ら噴射するのは、メタノールと水との混合液としたが、
メタノールあるいは水だけを噴射する構成としてもよ
い。この場合には、第１燃料供給路６３の代わりに、メ
タノール流路６０あるいは水供給路６２において分岐路
を設け、この分岐路によって、噴射ノズル１８７と同様
のノズルに対してメタノールあるいは水を供給すること
とすればよい。このような構成としても、反応部１８１
の上流部において、噴射された液体が気化する際に熱を
奪うため、上記第１１実施例の改質器１８０と同様の効
果を得ることができる。
【０１９１】次に、第１２実施例として、水蒸気改質反
応と酸化反応との両方が進行する反応部と、水蒸気改質
反応だけが進行する反応部とを隣接して設け、両者の間
で熱交換を行なわせて、酸化反応で生じる熱によって過
度の温度上昇が引き起こされるのを防止する構成を示
す。図３４は、第１２実施例の改質器１９０の構成の概
要を表わす説明図である。改質器１９０は、図１の燃料
電池装置２０と同様の燃料電池装置に備えられている。
この改質器１９０は、略円柱状に形成されており、ハニ
カムによって構成された３つの反応部１９１，１９２，
１９３を備えている。改質器１９０の内壁に沿って、環
状に反応部１９３が形成されており、この反応部１９３
の内側に、反応部１９１，１９２が形成されている。こ
こで、反応部１９１は上流側、反応部１９２は下流側に
設けられており、両者の間には所定の空間２００が形成
されている。
【０１９２】この改質器１９０において、反応部１９
１，１９２，１９３は、いずれも、既述したＣｕ−Ｚｎ
触媒を表面に担持している。ここで、反応部１９３は、
第２燃料供給路６４と接続しており、原燃料ガスを供給
されるが、空気の供給は受けないため、反応部１９３に
おいては水蒸気改質反応は行なわれる、酸化反応は行な
われない。第２燃料供給路６４は、上記反応部１９３の
他に反応部１９１にも接続しており、反応部１９１に供
給された原燃料ガスは、反応部１９１、反応部１９２の
順で内部を通過する。また、空気供給路３９は、途中で
空気分岐路１９４，１９５に分岐し、これらの空気分岐
路は、それぞれ反応部１９１および反応部１９２の上流
側に接続する。これらの空気分岐路１９４，１９５は、
それぞれの反応部に対して空気を供給する。したがっ
て、反応部１９１および反応部１９２では、水蒸気改質
反応と共に酸化反応が進行する。反応部１９１，１９２
における水蒸気改質反応および酸化反応によって生じた
水素リッチガスと、反応部１９３における水蒸気改質反
応によって生じた水素リッチガスとは、第３燃料供給路
６５へ排出されてＣＯ低減部３６に供給される。
【０１９３】また、空気供給路３９から分岐する空気分
岐路１９４，１９５には、それぞれマスフロコントロー
ラ１９６，１９７が設けられており、反応部１９１，１
９２に供給する空気量を調節可能となっている。これら
マスフロコントローラ１９６，１９７は制御部５０に接
続されており、制御部５０によって、各反応部に供給さ
れれる空気量が制御される。また、反応部１９１，１９
２それぞれの上流側には、各反応部の内部温度を検出す
る温度センサ１９８，１９９が設けられている。これら
の温度センサ１９８，１９９は制御部５０に接続されて
おり、各反応部の内部温度を検出した結果は制御部５０
に入力される。制御部５０は、各温度センサから入力さ
れる上記検出結果に基づいて、各反応部に供給する空気
量を制御する。
【０１９４】本実施例の改質器１９０における反応部１
９１、１９２では、内部で進行する水蒸気改質反応に要
する熱量は、同じく内部で進行する酸化反応で生じた熱
量によって賄っている。これに対し、外周部に設けた反
応部１９３では、この反応部１９３で進行する水蒸気改
質反応に要する熱は、内側に隣接する反応部１９１，１
９２における酸化反応で生じた熱を利用している（図３
４中の点線矢印参照）。ここで、本実施例の改質器１９
０を備える燃料電池装置において、制御部５０は、反応
部１９１，１９２に供給する空気量を調節するマスフロ
コントローラ１９６，１９７の駆動量を、温度センサ１
９８，１９９の検出結果に基づいて制御しており、反応
部１９１，１９２の内部温度が３００℃を越えないよう
に、供給する空気量を調節している。
【０１９５】以上のように構成された第１２実施例の改
質器１９０によれば、反応部１９１，１９２で進行する
酸化反応で生じた熱は、隣接する反応部であって吸熱反
応だけが進行する反応部１９３においても消費される。
したがって、酸化反応が活発に進行する反応部１９１，
１９２の上流部において、過度に温度が上昇してしまう
のを防ぐことができる。ここで反応部１９１，１９２に
供給する空気量は、各反応部の内部温度に基づいて調節
されるため、各反応部の内部温度を所定の温度以下に保
つよう制御することができる。
【０１９６】また、本実施例の改質器１９０では、反応
部１９１，１９２のそれぞれに対して空気を供給してい
るため、反応部１９１の下流側に位置する反応部１９２
においても発熱反応である酸化反応を行なわせることが
でき、従来の改質器のように下流側で温度が低下しすぎ
ることがない。したがって、改質器１９０では、各反応
部全体において水蒸気改質反応の活性が高い状態に保た
れ、水蒸気改質反応の速度を向上させることができる。
【０１９７】図３５は、水蒸気改質反応と酸化反応との
両方を進行させる反応部によってのみ構成された従来知
られる改質器と、上述した改質器１９０とについて、原
燃料ガスが供給される上流側から下流側への内部の温度
分布状態を表わした説明図である。改質器１９０は、従
来の改質器とは異なり、上流側において酸化反応で生じ
た熱によって昇温しすぎることがなく、また、下流側に
おいて内部の温度が低下しすぎることがないため、改質
器の内部温度を２５０〜３００℃の温度範囲で均一化す
ることができる。以上説明したように、本実施例の改質
器１９０は、その入り口部付近で温度が急激に上昇して
しまうことがないため、温度上昇に起因する既述した触
媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止すること
ができる。したがって、既述した実施例と同様に、改質
器の耐久性を大きく向上させることが可能となる。
【０１９８】なお、上記第１２実施例の改質器１９０で
は、内側に設けられて水蒸気改質反応と酸化反応との両
方を進行する反応部１９１，１９２において、それぞれ
に対して空気を供給する構成としたため、下流側におい
て温度が低下するのを抑える効果を大きくすることがで
きたが、空気の供給を上流側だけから行なう場合にも、
上流側における過度の温度上昇を抑える所定の効果を得
ることができる。
【０１９９】上記第１２実施例の改質器１９０は、水蒸
気改質反応と酸化反応との両方を行なう反応部と、水蒸
気改質反応だけを行なう反応部とは、内側と外周部とに
分かれており、２重管型に形成したが、以下に、第１２
実施例の変形例として、上記２種類の反応部を交互に積
層する積層型の構成を示す。図３６は、第１２実施例の
変形例である改質器１９０Ａの構成の概略を模式的に示
す説明図である。改質器１９０Ａは、改質器１９０と同
様に図１の燃料電池装置２０と同様の燃料電池装置に備
えられており、改質器１９０と共通する部材には部材番
号に符号Ａを付して以下の説明を行なう。
【０２００】改質器１９０Ａは、それぞれ平板型に形成
された反応部１９１Ａと反応部１９３Ａとを交互に複数
個積層した構造を有している。これらの反応部１９１Ａ
および１９３Ａは、表面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担持したハ
ニカムによって構成されており、各反応部に対しては、
第２燃料供給路６４から原燃料ガスが供給される。ま
た、空気供給路３９は、分岐してそれぞれの反応部１９
１Ａの上流部に接続し、各反応部１９１Ａに対して空気
を供給する。複数の反応部１９１Ａに対して供給する空
気量は、空気供給路３９に設けられたマスフロコントロ
ーラ１９６Ａによって制御されるが、この制御は、第１
２実施例と同様に、各反応部１９１Ａの上流部に設けた
温度センサ（図示せず）による検出結果に基づいて行な
われる。
【０２０１】以上のように構成された第１２実施例の変
形例である改質器１９０Ａによれば、第１２実施例の改
質器１９０と同様に、酸化反応で生じた熱は隣接する反
応部で進行する水蒸気改質反応で消費されるため、酸化
反応が活発に進行する上流部の温度が過度に上昇してし
まうことがない。したがって、改質器１９０と同様に、
触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止し、改
質器の耐久性を大きく向上させることができるという効
果を得ることができる。
【０２０２】次に、第１２実施例の第２の変形例とし
て、多管挿入型の改質器１９０Ｂを示す。図３７は、第
１２実施例の第２の変形例である改質器１９０Ｂの構成
の概略を表わす断面模式図である。図３７（Ａ）は、改
質器１９０Ｂの縦断面図、図３７（Ｂ）は、図３７
（Ａ）のＢ−Ｂ線における横断面図である。改質器１９
０Ｂは、改質器１９０と同様に図１の燃料電池装置２０
と同様の燃料電池装置に備えられており、改質器１９０
と共通する部材には部材番号に符号Ｂを付して以下の説
明を行なう。
【０２０３】改質器１９０Ｂは、略円柱状に形成されて
おり、その内部に反応部１９１Ｂと反応部１９３Ｂとを
備えている。反応部１９１Ｂは、底面の直径が短い略円
柱状に形成されており、改質器１９０Ｂ内に７個が形成
されている。改質器１９０Ｂ内において、反応部１９１
Ｂが形成されていない空間は、反応部１９３Ｂを構成し
ている。これらの反応部１９１Ｂおよび１９３Ｂは、表
面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担持したハニカムによって構成さ
れており、各反応部に対しては、第２燃料供給路６４か
ら原燃料ガスが供給される。また、空気供給路３９は、
分岐してそれぞれの反応部１９１Ｂの上流部に接続し、
各反応部１９１Ｂに対して空気を供給する。複数の反応
部１９１Ｂに対して供給する空気量は、空気供給路３９
に設けられたマスフロコントローラ１９６Ｂによって制
御されるが、この制御は、第１２実施例と同様に、各反
応部１９１Ｂの上流部に設けた温度センサ（図示せず）
による検出結果に基づいて行なわれる。
【０２０４】以上のように構成された第１２実施例の変
形例である改質器１９０Ｂによれば、第１２実施例の改
質器１９０と同様に、酸化反応で生じた熱は隣接する反
応部で進行する水蒸気改質反応で消費されるため、酸化
反応が活発に進行する上流部の温度が過度に上昇してし
まうことがない。したがって、改質器１９０と同様に、
触媒劣化や副生成物の発生といった不都合を防止し、改
質器の耐久性を大きく向上させることができるという効
果を得ることができる。
【０２０５】上記した改質器１９０，１９０Ａ，１９０
Ｂでは、酸化反応を限られた反応部において行なわせて
いる。改質器内で進行する水蒸気改質反応で要する熱が
一定である場合に、酸化反応が進行する領域を小さくす
ると、供給した酸素量に比べて触媒量が不足した状態と
なり、酸素が供給される領域における酸化反応の速度を
抑えることができる。したがって、酸化反応が進行する
領域をより下流側に広げることができ、改質器の下流側
において温度が低下しすぎるのを抑える効果をより大き
くすることができる。
【０２０６】なお、上記した第１２実施例の変形例であ
る改質器１９０Ａ，１９０Ｂにおいて、改質器１９０と
同様に、改質器の上流側に加えてその中程でも空気を供
給する構成としてもよい。このような構成とすれば、改
質器の下流側で温度が下降しすぎるのを防ぐことができ
る。また、上記改質器１９０，１９０Ａ，１９０Ｂのそ
れぞれを構成する各反応部は、ハニカムによって構成し
たが、触媒を担持したペレットを充填する構成としても
構わない。この場合にも、水蒸気改質反応と共に酸化反
応を進行する反応部と、水蒸気改質反応だけを進行する
反応部とを隣接させることによって、反応部の上流側で
温度が上昇しすぎてしまうのを防ぐことができる。
【０２０７】既述した第１ないし第１２実施例では、そ
れぞれの改質器が備える触媒として、Ｃｕ−Ｚｎ触媒を
用いているため、単一の触媒によって、（４）式に示し
た水蒸気改質反応と（５）式に示した酸化反応との両方
を促進させることができる。もとより、水蒸気改質反応
と酸化反応との両方を促進可能なＣｕ−Ｚｎ触媒以外の
触媒（例えばＰｄ−Ｚｎ触媒など）を用いることとして
もよい。このような触媒を用いる場合にも、この触媒を
既述した実施例の改質器に備えさせることによって、改
質器内部の一部の領域で内部温度が上昇しすぎてしまう
のを抑える既述した効果を得ることができる。
【０２０８】また、上記それぞれの実施例において、水
蒸気改質反応と酸化反応とを単一の触媒によって促進す
る代わりに、それぞれの反応を異なる触媒を用いて促進
する構成としてもよい。あるいは、Ｃｕ−Ｚｎ触媒に対
して、酸化反応を促進する他の触媒をさらに加えて用い
ることとしても良い。このように、複数の種類の触媒を
用いる場合にも、改質器内でのこれらの触媒の混在状態
が充分であり、酸素が供給されている領域において、
（５）式に示した酸化反応と（４）式に示した水蒸気改
質反応との両方が充分な効率で進行可能となるならば、
それぞれの実施例の構成において、改質器内部の一部の
領域で内部温度が上昇しすぎてしまうのを抑える既述し
た効果を得ることができる。ここで、酸化反応を促進可
能な他の触媒としては、例えば、パラジウム、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
属との合金等を挙げることができる。
【０２０９】また、既述した実施例では、原燃料として
メタノールを用いることとしたが、他種の炭化水素を原
燃料として用い、この原燃料を水蒸気改質反応および酸
化反応に供することとしても良い。このようにメタノー
ル以外の原燃料を用いる場合にも、用いる原燃料に応じ
た触媒を、既述した実施例の構成を有する改質器に備え
させることによって、改質器内部の一部の領域で内部温
度が上昇しすぎてしまうのを抑える既述した効果を得る
ことができる。
【０２１０】なお、既述した第１ないし第１２実施例の
改質器において備えられたＣｕ−Ｚｎ触媒は、メタノー
ルの水蒸気改質反応を促進する触媒としては周知の触媒
である。既述したように、Ｃｕ−Ｚｎ触媒は、３００℃
を超える高温下では劣化してしまうため、水蒸気改質反
応が進行する反応温度が高い炭化水素を原燃料とする場
合には、水蒸気改質反応を促進する触媒として用いるこ
とはできないが、他の炭化水素に比べて水蒸気改質反応
の際の反応温度が低いメタノールを原燃料として用いる
場合には、この反応を促進する触媒として良好に働く。
しかしながら、このＣｕ−Ｚｎ触媒を酸化触媒として用
いる使用方法は従来知られていなかった。すなわち、Ｃ
ｕ−Ｚｎ触媒は容易に酸化される性質を持っており（銅
が酸化劣化する）、酸素の存在下では速やかに酸化され
て触媒活性が損なわれてしまうため、通常は酸化触媒と
して用いることができない。これに対して、このＣｕ−
Ｚｎ触媒をメタノールの存在下で用いると、酸化自由エ
ネルギ差から、銅よりもメタノールの方が酸化され易い
ため、触媒自身は酸化されてしまうことなく、上記両反
応を促進する触媒として有効に働くことができる。
【０２１１】このように、Ｃｕ−Ｚｎ触媒を用いること
によって、単一の触媒で、メタノールの水蒸気改質反応
と酸化反応との両方を促進させることができ、改質器の
構成を簡素化できるという効果が得られるが、Ｃｕ−Ｚ
ｎ触媒を用いてメタノールの酸化反応を促進することに
より、改質器で生成される水素リッチな燃料ガス中の一
酸化炭素濃度をより低くすることができるという効果
を、さらに得ることができる。ここで、改質器内で生じ
る一酸化炭素について説明する。Ｃｕ−Ｚｎ触媒は、二
酸化炭素と水素の存在下では、以下に示す（６）式の反
応を僅かに進行させる活性を有する。
【０２１２】 ＣＯ2 ＋ Ｈ2 → ＣＯ ＋ Ｈ2Ｏ … （６）
【０２１３】Ｃｕ−Ｚｎ触媒によって、メタノールの水
蒸気改質反応、あるいはこれと同時にメタノールの酸化
反応を促進させると、既述したように水素と二酸化炭素
が生成されるが、水素と二酸化炭素の生成量が増えるに
従って、上記（６）式の反応が僅かに進行して一酸化炭
素が生成される。その結果、改質器で生成される燃料ガ
ス中には、所定量の一酸化炭素が含有されることにな
る。
【０２１４】このように、メタノールを改質するために
Ｃｕ−Ｚｎ触媒を用いることは、所定量の一酸化炭素の
生成を伴ってしまうが、既述した実施例のように、水蒸
気改質反応と同時に進行するメタノールの酸化反応を促
進する触媒としてＣｕ−Ｚｎ触媒を用いる場合には、こ
の酸化反応が進行する際に一酸化炭素が生成されないた
め、燃料ガス中の一酸化炭素濃度の上昇が抑えられる。
Ｃｕ−Ｚｎ触媒によって促進されるメタノールの酸化反
応は、既述した（５）式に表わしたが、この反応は、主
として、以下の（７）式および（８）式に示す反応から
なっており、全体として（５）式の反応が進行する。
【０２１５】 ＣＨ3ＯＨ ＋ （１／２）Ｏ2 → ＨＣＨＯ＋Ｈ2Ｏ … （７） ＨＣＨＯ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋２Ｈ2 … （８）
【０２１６】（７）式および（８）式に示すように、Ｃ
ｕ−Ｚｎ触媒によって促進されるメタノールの酸化反応
は、主として、一酸化炭素を生じない反応経路を経由す
る。これに対し、既述した従来知られる酸化触媒、例え
ば白金触媒によって促進される酸化反応は、主として、
以下の（９）式および（１０）式に示す反応からなって
おり、全体として（５）式の反応が進行するため、反応
の途中で一酸化炭素が生じてしまう。したがって、白金
触媒のような従来知られる酸化触媒を用いてメタノール
の酸化反応を促進する場合には、このようにして生じた
一酸化炭素の一部が、改質器内で生成される燃料ガス中
に残留し、燃料ガス中の一酸化炭素濃度をさらに引き上
げてしまう。
【０２１７】 ＣＨ3ＯＨ → ＣＯ＋２Ｈ2 … （９） ＣＯ ＋ （１／２）Ｏ2 → ＣＯ2 … （１０）
【０２１８】既述した実施例のように、Ｃｕ−Ｚｎ触媒
を用いてメタノールの水蒸気改質反応と酸化反応の両方
を促進する場合には、その酸化反応は、一酸化炭素を生
成しない反応経路を経由するため、従来知られる白金な
どの酸化触媒を用いてメタノールの酸化反応を促進し、
Ｃｕ−Ｚｎ触媒を用いて水蒸気改質反応を促進する場合
に比べて、生成される燃料ガス中の一酸化炭素濃度をは
るかに低くすることが可能となる。従来知られる白金な
どの酸化触媒を改質器内に備えさせ、Ｃｕ−Ｚｎ触媒に
よってメタノールの水蒸気改質反応を、上記酸化触媒に
よってメタノールの酸化反応を進行させた場合には、通
常は１．５〜２％以上の一酸化炭素が燃料ガス中に残留
してしまう。これに対し、Ｃｕ−Ｚｎ触媒だけを用いて
メタノールの水蒸気改質反応と酸化反応とを進行させた
場合には、燃料ガス中に残留する一酸化炭素濃度を０．
５％程度に抑えることが可能となる。
【０２１９】一酸化炭素が残留する燃料ガスを燃料電池
に供給すると、この一酸化炭素は、電解質膜上に設けら
れた白金を含有する触媒層に吸着し、電気化学反応の進
行を阻害してしまう。既述した実施例の燃料電池装置で
は、改質器の下流にＣＯ低減部を設け、燃料電池に供給
する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減しているが、Ｃ
ｕ−Ｚｎ触媒を用いてメタノールの酸化反応と水蒸気改
質反応とを促進し、改質器で生成される燃料ガス中の一
酸化炭素濃度を低減することによって、ＣＯ低減部に要
求される処理量（ＣＯ低減部で酸化すべき一酸化炭素
量）が少なくなる。したがって、ＣＯ低減部をより小型
化しても、充分に一酸化炭素濃度が低い燃料ガスを燃料
電池に供給することが可能となる。なお、改質器で生成
される燃料ガス中の一酸化炭素濃度が充分に低ければ、
ＣＯ低減部を設けないこととしても良い。このように、
Ｃｕ−Ｚｎ触媒を用いて、メタノールの水蒸気改質反応
とメタノールの酸化反応との両方を促進することによっ
て、改質器で生成される燃料ガス中の一酸化炭素濃度を
より低くし、この改質器を備える燃料電池装置全体をコ
ンパクト化することができる。
【０２２０】なお、上記した実施例のＣｕ−Ｚｎ触媒で
は、この触媒を製造する材料として酸化銅（ＣｕＯ）と
酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いたが、これらを共沈させる際
に、他の物質をさらに加えることとしても良い。例え
ば、酸化銅と酸化亜鉛を共沈させてＣｕ−Ｚｎ触媒を製
造する際に、アルミナを２〜５％程度加えてもよく、こ
のような構成とすれば、Ｃｕ−Ｚｎ触媒の耐熱性を向上
させ、触媒を形成する銅と酸化亜鉛とのばらつき状態を
向上させることができる。
【０２２１】また、上記した説明では、メタノールの水
蒸気改質反応とメタノールの酸化反応との両方を促進す
る触媒として、酸化銅と酸化亜鉛を材料とするＣｕ−Ｚ
ｎ触媒を用いることとしたが、Ｃｕ−Ｚｎ以外の銅系触
媒を用いても、メタノールの水蒸気改質反応と酸化反応
とを促進し、一酸化炭素濃度の低い燃料ガスを生成でき
るという効果を得ることができる。例えば、酸化銅と酸
化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）を材料として用いたり、酸化銅と
酸化ケイ素（ＳｉＯ2） を材料として用いたり、あるい
は酸化銅と他の金属酸化物を材料として用いても、既述
した両反応を促進可能な触媒を得ることができる。この
とき、これらの銅系触媒を製造する方法としては、既述
した共沈法の他、含浸法や混練法、あるいはイオン交換
法など、用いる材料に応じた製造方法を採ればよい。
【０２２２】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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である燃料電池装置２
０の構成の概略を表わすブロック図である。
【図２】燃料電池４０が備える単セル４８の構成を表わ
す断面模式図である。
【図３】改質器３４の構成を模式的に表わす説明図であ
る。
【図４】改質器３４を構成するハニカムの断面を模式的
に表わす説明図である。
【図５】改質器３４および従来知られる改質器における
内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図６】第１実施例の変形例におけるハニカム断面の様
子を表わす説明図である。
【図７】第１実施例の他の変形例である改質器の構成を
模式的に表わす説明図である。
【図８】第２実施例の改質器９０の構成を模式的に表わ
す説明図である。
【図９】（Ａ）は、反応部９２を構成するハニカムの断
面の一部を表わす断面模式図、（Ｂ）は、ハニカムの表
面の一部をさらに拡大した様子を表わす模式図である。
【図１０】改質器９０および従来知られる改質器におけ
る内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図１１】第３実施例の改質器１００の構成を模式的に
表わす説明図である。
【図１２】改質器１００および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図１３】第４実施例の改質器１１０の構成を模式的に
表わす説明図である。
【図１４】改質器１１０を備える燃料電池装置で実行さ
れる空気混合量制御処理ルーチンを表わすフローチャー
トである。
【図１５】第４実施例の変形例である改質器１１０Ａの
構成を模式的に表わす説明図である。
【図１６】改質器１１０Ａおよび従来知られる改質器に
おける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図１７】第５実施例の改質器１２０の構成を模式的に
表わす説明図である。
【図１８】燃料電池２０において実行されるガス入り口
切り替え処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図１９】改質器１２０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図２０】第６実施例の改質器１３０およびこの改質器
１３０と接続される部材の構成を模式的に表わす説明図
である。
【図２１】改質器１３０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図２２】第７実施例の改質器１４０の構成を模式的に
表わす説明図である。
【図２３】改質器１４０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図２４】第７実施例の変形例である改質器１４０Ａの
構成を模式的に表わす説明図である。
【図２５】第８実施例の改質器１５０の構成を表わす断
面模式図である。
【図２６】改質器１５０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図２７】第９実施例の改質器１６０の構成を表わす断
面模式図である。
【図２８】改質器１６０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図２９】第９実施例の変形例である改質器１６０Ａの
構成を模式的に表わす説明図である。
【図３０】第１０実施例の改質器１７０の構成を表わす
断面模式図である。
【図３１】改質器１７０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図３２】第１１実施例の改質器１８０の構成を模式的
に表わす説明図である。
【図３３】改質器１８０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図３４】第１２実施例の改質器１９０の構成を模式的
に表わす説明図である。
【図３５】改質器１９０および従来知られる改質器にお
ける内部の温度分布状態を表わす説明図である。
【図３６】第１２実施例の変形例である改質器１９０Ａ
の構成を模式的に表わす説明図である。
【図３７】第１２実施例の変形例である改質器１９０Ｂ
の構成を模式的に表わす説明図である。
【図３８】従来の燃料改質装置内部における温度分布の
様子を表わす説明図である。
【符号の説明】
２０…燃料電池装置 ２２…メタノールタンク ２４…水タンク ２６…バーナ ２８…圧縮機 ２８ａ…タービン ２８ｂ…コンプレッサ ２８ｃ…シャフト ２９…空気導入路 ３２…蒸発器 ３４，３４Ａ…改質器 ３６…ＣＯ低減部 ３８…ブロワ ３９…空気供給路 ３９Ａ，３９Ｂ…空気分岐路 ４０…燃料電池 ４１…電解質膜 ４２…カソード ４３…アノード ４４，４５…セパレータ ４４Ｐ…燃料ガス流路 ４５Ｐ…酸化ガス流路 ４８…単セル ５０…制御部 ５２…入出力ポート ５４…ＣＰＵ ５６…ＲＯＭ ５８…ＲＡＭ ６０…メタノール流路 ６１…メタノール分岐路 ６２…水供給路 ６３…第１燃料供給路 ６４…第２燃料供給路 ６５…第３燃料供給路 ６６…第４燃料供給路 ６７…燃料排出路 ６８…酸化ガス供給路 ６９…酸化排ガス路 ６９Ａ，６９Ｂ…酸化排ガス分岐路 ７０…第１ポンプ ７１…第２ポンプ ７２…第３ポンプ ７３…第１温度センサ ７４…第２温度センサ ８０…第１反応部 ８１…第２反応部 ８２，８３…ステンレス板 ９０…改質器 ９２…反応部 ９４…ステンレス板 ９６…触媒層 １００…改質器 １０１…第１反応部 １０２…第２反応部 １１０…改質器 １１０Ａ…改質器 １１１，１１１Ａ，１１１Ｂ…反応部 １１２，１１２Ａ，１１２Ｂ…マスフロコントローラ １１３，１１３Ａ，１１３Ｂ…マスフロコントローラ １１４…酸素濃度センサ １１５，１１５Ａ，１１５Ｂ…第２空気供給路 １１７…温度センサ １２０…改質器 １２１…反応部 １２２…温度センサ １２３…温度センサ １２４…第１供給分岐路 １２５…第２供給分岐路 １２６…第１排出分岐路 １２７…第２排出分岐路 １２８，１２９，１２８Ａ，１２９Ａ…電磁弁 １３０…改質器 １３２…調圧弁 １３４…噴射ノズル １３６…フィルタ １４０，１４０Ａ…改質器 １４１，１４１Ａ…反応部 １４２，１４２Ａ…吹き出し口 １４３…端部部材 １４４…回転機構 １５０…改質器 １５１…反応部 １５２…反応部 １６０，１６０Ａ…改質器 １６１…内側部 １６２…外側部 １６３…反応部 １７０…改質器 １７１，１７２…反応部 １７１，１７２…反応部 １７３，１７４…温度センサ １７５…排ガス導入部 １７６…燃焼排ガス路 １７７…マスフロコントローラ １８０…改質器 １８１…反応部 １８２…原燃料分岐路 １８３…原燃料路 １８４，１８５…マスフロコントローラ １８６…温度センサ １８７…噴射ノズル １９０，１９０Ａ，１９０Ｂ…改質器 １９１，１９２，１９３…反応部 １９１Ａ，１９３Ａ…反応部 １９１Ｂ、１９３Ｂ…反応部 １９４，１９５…空気分岐路 １９６，１９７…マスフロコントローラ １９６Ａ，１９６Ｂ…マスフロコントローラ １９８，１９９…温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝 正佳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 木下 克彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根岸 良昌 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
    蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
    う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
    行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
    応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
    含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記原燃料ガスが供給される側の
    部分で起こる前記酸化反応で生じた熱が、充分に下流側
    に運ばれるように、前記原燃料ガスが導入される側の部
    分における前記原燃料ガスの流速を速くするガス流速調
    節手段とを備える燃料改質装置。
  2. 【請求項２】 前記ガス流速調節手段は、前記触媒部に
    おける前記原燃料ガスが供給される側において、前記燃
    料ガスが排出される側よりも、前記原燃料ガスが流れる
    流路の断面の総面積を小さくしてなる請求項１記載の燃
    料改質装置。
  3. 【請求項３】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
    蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
    う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
    行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
    応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
    含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段とを備え、 前記触媒部における前記触媒は、熱伝導性の比較的高い
    材料で形成される触媒担体に保持される燃料改質装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の燃料改
    質装置であって、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒
    は、単一の銅系触媒である燃料改質装置。
  5. 【請求項５】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
    蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
    う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
    行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
    応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
    進する触媒とを備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
    る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部における前記酸化ガスが導入される側におい
    て、前記酸化反応の進行を抑制する酸化反応抑制手段と
    を備える燃料改質装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の燃料改質装置であって、 前記酸化反応抑制手段は、前記触媒部において、前記酸
    化ガスが導入される側の方が、前記燃料ガスが排出され
    る側よりも、前記酸化反応を促進する触媒の量が小とな
    るように形成してなる燃料改質装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
    進する触媒とは同一の触媒であり、 前記酸化反応抑制手段は、前記酸化ガスが導入される側
    の方が、前記燃料ガスが排出される側よりも、前記触媒
    の量が小となるように形成してなる燃料改質装置。
  8. 【請求項８】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と水
    蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を伴
    う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを進
    行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化反
    応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
    進する触媒とを備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
    る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部内で進行する反応の進行状態を検出する反応
    状態検出手段とを備え、 前記酸化ガス供給手段は、 前記触媒部に供給する単位時間当たりの酸素量を所望の
    量に維持しつつ、前記反応状態検出手段が検出した前記
    反応の進行状態に基づいて、前記触媒部に供給する前記
    酸化ガス中の酸素濃度を制御する酸素濃度調節手段をさ
    らに備える燃料改質装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の燃料改質装置であって、 前記触媒部は、前記触媒を備える複数の反応部からな
    り、 前記酸化ガス供給手段は、前記複数の反応部のそれぞれ
    に対して前記酸化ガスを供給する燃料改質装置。
  10. 【請求項１０】 請求項５ないし９いずれか記載の燃料
    改質装置であって、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応を促進する触媒と前記酸化反応を促
    進する触媒とは同一の銅系触媒である燃料改質装置。
  11. 【請求項１１】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
    含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記原燃料ガス供給手段から前記
    原燃料ガスを導入される部位と、前記燃料ガス排出手段
    によって前記燃料ガスを排出する部位とを入れ替え、前
    記触媒部におけるガスの流れを逆転させるガス供給方向
    変更手段とを備える燃料改質装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の燃料改質装置であっ
    て、 前記触媒部において、前記原燃料ガス供給手段から前記
    原燃料ガスを供給される側の所定位置の温度を検出する
    端部温度検出手段をさらに備え、 前記ガス供給方向変更手段は、前記端部温度検出手段の
    検出結果に基づいて、前記原燃料ガス供給手段から前記
    原燃料ガスを導入される部位と、前記燃料ガス排出手段
    によって前記燃料ガスを排出する部位とを入れ替える燃
    料改質装置。
  13. 【請求項１３】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える粒子を、内部に封入してなる触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
    含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒を備える粒子を、前記触媒部内で撹拌する触媒
    撹拌手段とを備える燃料改質装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の燃料改質装置であっ
    て、 前記触媒撹拌手段は、前記原燃料ガス供給手段に備えら
    れ、前記炭化水素と水蒸気と酸素とのうちの少なくとも
    一つを含有するガスを、前記触媒部内に噴霧して、前記
    触媒を備える粒子を前記触媒部内で撹拌する燃料改質装
    置。
  15. 【請求項１５】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
    る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記酸化ガス供給手段から前記酸
    化ガスが供給される箇所を、経時的に変化させる供給箇
    所変更手段とを備える燃料改質装置。
  16. 【請求項１６】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
    る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記触媒部において、前記原燃料ガスと共に酸化ガスが
    供給される供給側と、前記燃料ガスが排出される排出側
    とを隣接し、前記供給側と前記排出側との間で熱交換を
    行なわせる均熱化手段とを備える燃料改質装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の燃料改質装置であっ
    て、 前記触媒部は、 各々内部に前記触媒を備え、各々の前記供給側と前記排
    出側とが互いに逆の位置にある少なくとも２つ以上の反
    応部を有し、 前記２つ以上の反応部を、一方の前記反応部の前記供給
    側と他方の前記供給部の前記排出側とを隣接して設けて
    なる燃料改質装置。
  18. 【請求項１８】 前記触媒部は、内部に形成される前記
    原燃料ガスの流路において折り返し部を有し、前記流路
    の入り口部と出口部とを隣接して設けてなる請求項１６
    記載の燃料改質装置。
  19. 【請求項１９】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
    る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記燃料改質装置を備えるシステムを構成する所定の部
    材において生じる熱を伝える所定の流体によって、前記
    酸化ガスが供給される側以外の部分を加熱する加熱手段
    とを備える燃料改質装置。
  20. 【請求項２０】 前記加熱手段は、前記燃料改質装置を
    備えるシステムを構成する所定の部材から排出される高
    温ガスによって、前記酸化ガスが供給される側以外の部
    分を加熱する請求項１９記載の燃料改質装置。
  21. 【請求項２１】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給す
    る酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段と、 前記炭化水素および水のうち少なくとも一方からなる液
    体を、前記原燃料ガスおよび前記酸化ガスが供給される
    側の部分に対して噴霧する端部冷却手段とを備える燃料
    改質装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１１ないし２１いずれか記載の
    燃料改質装置であって、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒
    は、単一の銅系触媒である燃料改質装置。
  23. 【請求項２３】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える第１の反応部と、前記水蒸気改質反応を促進する
    触媒を備える第２の反応部とを備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気とを含有す
    る原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記第１の反応部に対して、酸素を含有する酸化ガスを
    供給する酸化ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段とを備え、 前記触媒部は、前記第１の反応部と前記第２の反応部と
    を隣接させ、前記第１の反応部と前記第２の反応部との
    間で熱交換を行なわせる燃料改質装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２３記載の燃料改質装置であっ
    て、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記第１の反応部が備える触媒は、単一の銅系触媒であ
    る燃料改質装置。
  25. 【請求項２５】 吸熱を伴う反応であって、炭化水素と
    水蒸気とから水素を生成する水蒸気改質反応と、発熱を
    伴う反応であって前記炭化水素を酸化する酸化反応とを
    進行し、前記水蒸気改質反応を進行する際に、前記酸化
    反応で生じた熱を利用する燃料改質装置であって、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒を
    備える触媒部と、 前記触媒部に対して、前記炭化水素と水蒸気と酸素とを
    含有する原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給手段と、 前記触媒部で進行する前記水蒸気改質反応および前記酸
    化反応の結果生じた水素リッチな燃料ガスを、前記触媒
    部から排出する燃料ガス排出手段とを備え、 前記触媒は、前記酸化反応として、一酸化炭素を生成す
    る反応経路を経由しない反応を促進することを特徴とす
    る燃料改質装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２５記載の燃料改質装置であっ
    て、 前記炭化水素はメタノールであり、 前記水蒸気改質反応と前記酸化反応とを促進する触媒
    は、単一の銅系触媒である燃料改質装置。
JP21035498A 1997-07-23 1998-07-08 燃料改質装置 Expired - Fee Related JP4305973B2 (ja)

Priority Applications (15)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21035498A JP4305973B2 (ja) 1997-07-23 1998-07-08 燃料改質装置
CA002336545A CA2336545C (en) 1998-07-08 1999-07-02 Apparatus for reforming of fuel
CZ20010082A CZ302007B6 (cs) 1998-07-08 1999-07-02 Zarízení pro reformování paliva a zpusob výroby vodíkem obohaceného plynného paliva provádený v tomto zarízení
BRPI9911883-1A BR9911883B1 (pt) 1998-07-08 1999-07-02 dispositivo reformador de combustÍvel.
PCT/JP1999/003603 WO2000002812A1 (fr) 1998-07-08 1999-07-02 Appareil de reformage de combustibles
US09/720,568 US6887286B1 (en) 1998-07-08 1999-07-02 Fuel reformer device
CN99808370A CN1127449C (zh) 1998-07-08 1999-07-02 燃料重整装置
AT99928209T ATE500196T1 (de) 1998-07-08 1999-07-02 Vorrichtung zur reformierung von brennstoffen
DE69943241T DE69943241D1 (de) 1998-07-08 1999-07-02 Vorrichtung zur reformierung von brennstoffen
KR10-2001-7000279A KR100388161B1 (ko) 1998-07-08 1999-07-02 연료개질장치
ES99928209T ES2359884T3 (es) 1998-07-08 1999-07-02 Aparato para la reforma de combustibles.
EP99928209A EP1103518B1 (en) 1998-07-08 1999-07-02 Apparatus for reforming of fuel
PL345402A PL190848B1 (pl) 1998-07-08 1999-07-02 Urządzenie do reformowania paliwa
RU2001103358/12A RU2199382C2 (ru) 1998-07-08 1999-07-02 Устройство для реформинга топлива (варианты)
CNB021558647A CN1228875C (zh) 1998-07-08 2002-12-12 燃料重整装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9-214112 1997-07-23
JP21411297 1997-07-23
JP21035498A JP4305973B2 (ja) 1997-07-23 1998-07-08 燃料改質装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1192102A true JPH1192102A (ja) 1999-04-06
JP4305973B2 JP4305973B2 (ja) 2009-07-29

Family

ID=26518006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21035498A Expired - Fee Related JP4305973B2 (ja) 1997-07-23 1998-07-08 燃料改質装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4305973B2 (ja)

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001106512A (ja) * 1999-10-06 2001-04-17 Toyota Motor Corp 改質装置
JP2001163602A (ja) * 1999-12-06 2001-06-19 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 水素含有ガスの製造法
JP2001185190A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造方法
JP2001185192A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造方法
JP2001185195A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造法
JP2001185191A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造方法
WO2001064577A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-07 Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. Method and apparatus for reformation of internal heating type by oxidation
JP2001314768A (ja) * 2000-05-10 2001-11-13 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd メタノール改質触媒の製造方法
JP2002326801A (ja) * 2001-04-27 2002-11-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 改質方法および改質器
JP2004508670A (ja) * 2000-08-28 2004-03-18 モトローラ・インコーポレイテッド セラミック技術を利用した一体型燃料電池を備えた燃料処理器
US6752968B2 (en) 2000-02-16 2004-06-22 Nissan Motor Co., Ltd. Reformer controlling apparatus
US6767518B2 (en) 2000-06-01 2004-07-27 Nissan Motor Co., Ltd. Reforming apparatus
JP2005047795A (ja) * 2003-07-14 2005-02-24 Toyo Eng Corp 改質器
US6997142B2 (en) 2003-01-28 2006-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine and method of operating internal combustion engine
WO2006134887A1 (ja) * 2005-06-13 2006-12-21 Osaka Gas Co., Ltd. 水素含有ガスの製造方法及び装置
US7270901B2 (en) 2002-01-11 2007-09-18 General Motors Corporation Combined autothermal/steam reforming fuel processor mechanization
JP2008001584A (ja) * 2006-05-26 2008-01-10 Nippon Oil Corp 改質器および間接内部改質型固体酸化物形燃料電池
JP2008506625A (ja) * 2004-07-19 2008-03-06 アーベー　ボルボ 燃料変成のための方法および装置
KR100813376B1 (ko) * 2000-10-31 2008-03-12 아이에프피 탄화수소의 흡열 전환 방법과, 이 방법을 실행하기 위한 장치 및 탄화수소의 탈수소화 방법
JP2010076983A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Casio Computer Co Ltd 反応システム
JP2010269966A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Hitachi Zosen Corp 水素製造システム
JP2013212988A (ja) * 2008-01-08 2013-10-17 Tokyo Gas Co Ltd 円筒式水蒸気改質器

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001106512A (ja) * 1999-10-06 2001-04-17 Toyota Motor Corp 改質装置
JP2001163602A (ja) * 1999-12-06 2001-06-19 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 水素含有ガスの製造法
JP2001185190A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造方法
JP2001185192A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造方法
JP2001185195A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造法
JP2001185191A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 燃料電池用水素の製造方法
US6752968B2 (en) 2000-02-16 2004-06-22 Nissan Motor Co., Ltd. Reformer controlling apparatus
US6911187B2 (en) 2000-03-03 2005-06-28 Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. Apparatus for internal heating type reformation by oxidation
WO2001064577A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-07 Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. Method and apparatus for reformation of internal heating type by oxidation
KR100817875B1 (ko) 2000-03-03 2008-03-31 니폰 케미컬 플랜트 컨설턴트 컴퍼니 리미티드 산화에 의한 내부 가열형 개질 방법 및 장치
US7033407B2 (en) 2000-03-03 2006-04-25 Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd. Method for internal heating reformation by oxidation
JP2001314768A (ja) * 2000-05-10 2001-11-13 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd メタノール改質触媒の製造方法
US6767518B2 (en) 2000-06-01 2004-07-27 Nissan Motor Co., Ltd. Reforming apparatus
JP2004508670A (ja) * 2000-08-28 2004-03-18 モトローラ・インコーポレイテッド セラミック技術を利用した一体型燃料電池を備えた燃料処理器
KR100813376B1 (ko) * 2000-10-31 2008-03-12 아이에프피 탄화수소의 흡열 전환 방법과, 이 방법을 실행하기 위한 장치 및 탄화수소의 탈수소화 방법
JP2002326801A (ja) * 2001-04-27 2002-11-12 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 改質方法および改質器
US7270901B2 (en) 2002-01-11 2007-09-18 General Motors Corporation Combined autothermal/steam reforming fuel processor mechanization
US6997142B2 (en) 2003-01-28 2006-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine and method of operating internal combustion engine
JP2005047795A (ja) * 2003-07-14 2005-02-24 Toyo Eng Corp 改質器
JP2008506625A (ja) * 2004-07-19 2008-03-06 アーベー　ボルボ 燃料変成のための方法および装置
WO2006134887A1 (ja) * 2005-06-13 2006-12-21 Osaka Gas Co., Ltd. 水素含有ガスの製造方法及び装置
JP5017112B2 (ja) * 2005-06-13 2012-09-05 大阪瓦斯株式会社 水素含有ガスの製造方法及び装置
US8361433B2 (en) 2005-06-13 2013-01-29 Osaka Gas Co., Ltd. Method and apparatus for manufacturing hydrogen-containing gas
US8679205B2 (en) 2005-06-13 2014-03-25 Osaka Gas Co., Ltd. Method and apparatus for manufacturing hydrogen-containing gas
JP2008001584A (ja) * 2006-05-26 2008-01-10 Nippon Oil Corp 改質器および間接内部改質型固体酸化物形燃料電池
JP2013212988A (ja) * 2008-01-08 2013-10-17 Tokyo Gas Co Ltd 円筒式水蒸気改質器
JP2010076983A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Casio Computer Co Ltd 反応システム
JP2010269966A (ja) * 2009-05-21 2010-12-02 Hitachi Zosen Corp 水素製造システム

Also Published As

Publication number Publication date
JP4305973B2 (ja) 2009-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100388161B1 (ko) 연료개질장치
JPH1192102A (ja) 燃料改質装置
JPH111302A (ja) 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装置
US6783877B2 (en) Fuel reforming apparatus
JPH09315801A (ja) 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
JP2002104807A (ja) 部分酸化及び蒸気改質を組み合わせた燃料プロセッサを作動させるための方法
US7101175B2 (en) Anode tailgas oxidizer
JPH0822835A (ja) 炭化水素改質触媒部材構造及び電気化学的発電装置
EP3336946B1 (en) Solid oxide fuel cell system
WO2011108264A1 (ja) 水素生成装置および燃料電池発電システム
JP3473896B2 (ja) 水素精製装置
EP1148024A1 (en) Apparatus for producing hydrogen gas and fuel cell system using the same
JP4189731B2 (ja) 自己酸化内部加熱型水蒸気改質システムとその起動方法
JP3490877B2 (ja) 燃料電池用改質装置の起動方法
JP2019522621A (ja) ブロック内の燃料電池改質化のためのスチーム改質器
KR20120047545A (ko) 연료 개질 장치
JP2001151502A (ja) 燃料改質装置
JP4486832B2 (ja) 水蒸気改質システム
JP3697955B2 (ja) 触媒燃焼器およびその昇温方法
JP2002308604A (ja) 燃料改質装置
JPH11302001A (ja) 一酸化炭素除去器及び燃料電池発電システム
JP3823656B2 (ja) 燃料改質装置
JP2001068137A (ja) Ｃｏ除去装置及び燃料電池発電システム
JP3927310B2 (ja) 一酸化炭素除去器
JP4663095B2 (ja) 水素精製装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080930

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090414

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090427

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120515

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120515

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130515

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130515

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees