JP2000159502A - 改質装置及びその改質装置を用いた燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化、起動時間の短縮化及びエネルギー効
率の向上を図り得る改質装置、及び、その改質装置を用
いることにより、小型化、起動時間の短縮化及びエネル
ギー効率の向上を図り得る燃料電池発電装置を提供す
る。 【解決手段】 改質処理室３ｒ内に、改質触媒を保持し
た改質触媒保持体Ｈが設けられ、加熱部４にて改質処理
室３ｒを外部から加熱する状態で、被改質ガスを供給口
から排出口へ改質処理室３ｒ内を通流させて改質処理す
るように構成された改質装置において、改質触媒保持体
Ｈが、供給口から排出口へ被改質ガスを多経路状に通流
させるように構成された改質用ハニカム状体３ｈにて構
成されている。その改質装置を用いて、被改質ガスであ
る炭化水素系の原燃料ガスを水素ガスを含有する水素含
有ガスに改質処理するように構成された燃料電池発電装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改質処理室内に、
改質触媒を保持した改質触媒保持体が設けられ、加熱部
にて前記改質処理室を外部から加熱する状態で、被改質
ガスを供給口から排出口へ前記改質処理室内を通流させ
て改質処理するように構成された改質装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる改質装置は、改質触媒を保持した
改質触媒保持体が設けられた改質処理室を外部から加熱
部にて加熱する状態で、被改質ガスを供給口から排出口
へ改質処理室内を通流させて、その通流過程で、被改質
ガスを改質触媒の作用で改質処理するようになってい
る。従来は、改質触媒保持体をセラミック製の多孔質粒
状体にて構成し、改質触媒を保持した多数の多孔質粒状
体を改質処理室内に充填していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、多孔質粒状体は熱容量が大きくしかも伝熱性能が悪
いため、改質処理室を改質処理が可能な所定の温度にま
で昇温するのに要する時間（以下、起動時間と称する場
合がある）が長くなるという問題がある。又、加熱部に
て改質処理室を加熱するための伝熱面積を大きくする必
要があり、そのため装置が大型になるという問題もあっ
た。又、多孔質粒状体同士の隙間を通して被改質ガスを
通流させるので、通流抵抗が大きいため、被改質ガスの
供給圧を高くする必要があり、その分、被改質ガスの昇
圧動力が多く必要となり、エネルギー効率が低いという
問題もあった。尚、被改質ガスの通流抵抗が大きくなる
という不具合は、多孔質粒状体の熱容量を小さくすべ
く、多孔質粒状体の形状を小さくするほど顕著となる。

【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、小型化、起動時間の短縮化及び
エネルギー効率の向上を図り得る改質装置、及び、その
改質装置を用いることにより、小型化、起動時間の短縮
化及びエネルギー効率の向上を図り得る燃料電池発電装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の特徴構
成によれば、改質触媒保持体が、改質処理室の供給口か
ら排出口へ被改質ガスを多経路状に通流させるように構
成された改質用ハニカム状体にて構成されている。改質
用ハニカム状体は、金属板等の厚さが薄く熱伝導の良い
材料で形成することにより、熱容量を小さく並びに伝熱
性能を良くすることができるので、起動時間を短縮する
ことができる。又、改質用ハニカム状体が熱容量が小さ
くて伝熱性能が良い分、加熱部にて改質処理室を効率良
く加熱することができるので、加熱部にて改質処理室を
加熱するための伝熱面積を従来よりも小さくすることが
でき、装置を従来よりも小型化することができる。又、
被改質ガスは、改質用ハニカム状体にて形成される多経
路状の流路を通流させるので、その通流抵抗が小さくな
るため、被改質ガスの供給圧を従来よりも低くすること
が可能となり、その分、被改質ガスの昇圧動力を低減で
きて、エネルギー効率を向上させることができる。

【０００６】請求項２に記載の特徴構成によれば、改質
用ハニカム状体が偏平な板状に形成されるとともに、改
質処理室が偏平状に形成され、加熱部が改質処理室にお
ける改質用ハニカム状体の板面に沿う壁面を加熱するよ
うに構成されている。従って、偏平な板状の改質用ハニ
カム状体をその広い板面を通じて加熱するので、改質用
ハニカム状体の全体を均一に効率よく加熱することがで
きるようになって、改質処理室の加熱効率を向上させる
ことができるので、その分、装置を更に小型化すること
ができる。又、改質処理室の加熱効率を向上させること
ができる分、加熱部におけるエネルギー消費量を低減で
きるため、エネルギー効率を更に向上させることができ
る。

【０００７】請求項３に記載の特徴構成によれば、加熱
部が、改質処理室に沿って設けられる偏平状の燃焼室内
に、燃焼触媒を保持し、且つ、燃焼室の供給口から排出
口へ燃焼用ガスを多経路状に通流させるように構成され
た偏平な板状の燃焼用ハニカム状体を備えて構成されて
いる。そして、燃焼用ガスを供給口から排出口へ燃焼室
内を通流させて、その通流過程で、燃焼用ガスを燃焼触
媒の作用で火炎を伴わない状態で触媒燃焼させて、その
燃焼反応熱を偏平状の燃焼室の広い壁面を伝熱面として
改質処理室に伝熱させて、改質処理室を加熱するのであ
る。従って、燃焼室を改質処理室に沿って設けるだけの
簡単な構成にもかかわらず、燃焼室の体積に対する伝熱
面積の比率を極力大きくすることができて、改質処理室
の加熱効率を向上させることができるので、装置を更に
小型化することができるとともに、エネルギー効率を更
に向上させることができる。特に、改質用ハニカム状体
が偏平な板状に形成されるとともに、改質処理室が偏平
状に形成されたものでは、燃焼室及び改質処理室夫々の
体積を加えたものに対する伝熱面積の比率を極力大きく
することができるので、装置の小型化及びエネルギー効
率の向上の面で一層好適である。

【０００８】ちなみに、加熱部は、燃焼室内にて燃焼用
ガスを火炎を伴う状態で燃焼させるように構成すること
ができる。しかしながら、このように火炎を伴う燃焼に
より改質処理室を加熱するように構成したものでは、火
炎による加熱が不均一となるため、装置において過熱部
分が生じ、装置の耐久性の面でやや劣る。これに対し
て、請求項３に記載の特徴構成によれば、火炎を伴わな
い触媒燃焼により改質処理室を加熱する構成であり、過
熱部分の発生を防止することができるので、装置の耐久
性を向上させることができる。

【０００９】請求項４に記載の特徴構成によれば、改質
処理室及び燃焼室が、仕切り壁を挟んで一体状態に形成
されているため、放熱を抑制することができるととも
に、燃焼室から改質処理室への伝熱性能を向上させるこ
とができて、改質処理室の加熱効率を向上させることが
できるので、装置を更に小型化することができるととも
に、エネルギー効率を更に向上させることができる。

【００１０】請求項５に記載の特徴構成によれば、改質
触媒がルテニウムにて構成されている。ちなみに、改質
触媒は、白金やニッケル等でも構成することができる
が、これらの場合に比べて、ルテニウムは改質処理性能
が優れていると共に、耐久性も優れている。従って、請
求項５に記載の特徴構成によれば、改質処理性能並びに
耐久性を向上させる上で好ましい具体構成を提供するこ
とができる。

【００１１】請求項６に記載の特徴構成によれば、請求
項１〜５のいずれか１項に記載の改質装置を用いて、被
改質ガスである炭化水素系の原燃料ガスを水素ガスを含
有する水素含有ガスに改質処理し、その水素含有ガス中
の水素ガスを用いて発電するように構成されている。従
って、燃料電池発電装置の改質装置として、従来よりも
小型で、起動時間が短くしかもエネルギー効率が優れた
改質装置を用いることができるので、燃料電池発電装置
において、従来よりも、小型化、起動時間の短縮化及び
エネルギー効率の向上を図ることができるようになっ
た。

【００１２】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕以下、図１ない
し図５、図９及び図１０に基づいて、本発明の第１の実
施の形態を説明する。先ず、図１及び図２に基づいて、
改質装置について説明する。改質装置Ｒは、天然ガス等
の原燃料ガスと水蒸気との混合ガスである被改質ガスを
改質処理して水素ガス及び一酸化炭素ガスを含有する改
質処理ガスを生成する改質処理部３と、天然ガス等の燃
焼用ガスを空気で燃焼させて改質処理部３を加熱する加
熱部４を備えて構成してある。改質処理部３は、改質処
理室３ｒ内に、改質触媒を保持した改質触媒保持体Ｈを
設けて構成してある。そして、加熱部４にて改質処理室
３ｒを外部から加熱する状態で、被改質ガスを被改質ガ
ス供給口３ｉから改質処理ガス排出口３ｏへ改質処理室
３ｒ内を通流させて改質処理するように構成してある。
尚、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスで
ある場合は、メタンガスと水蒸気とを下記の反応式にて
改質反応させて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質
処理ガスを生成する。

【００１３】

【化１】ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂

【００１４】本発明においては、改質触媒保持体Ｈを、
被改質ガス供給口３ｉから改質処理ガス排出口３ｏへ被
改質ガスを多経路状に通流させるように構成した改質用
ハニカム状体３ｈにて構成してある。更に、改質用ハニ
カム状体３ｈは偏平な板状に形成するとともに、改質処
理室３ｒも偏平状に形成し、加熱部４を、改質処理室３
ｒにおける改質用ハニカム状体３ｈの板面に沿う壁面を
加熱するように構成してある。

【００１５】加熱部３は、改質処理室３ｒに沿って設け
られる偏平状の燃焼室４ｒと、燃焼用ガスと空気との混
合ガスが供給されて燃焼用ガスを燃焼室４ｒ内にて燃焼
させるように設けたバーナ４ｂを備えて構成してある。
燃焼室４ｒにおける燃焼用ガス供給口４ｉは、改質処理
室３ｒの被改質ガス供給口３ｉに隣接させて設け、燃焼
室４ｒにおける燃焼排ガス排出口４ｏは改質処理室３ｒ
の改質処理ガス排出口３ｏに隣接させて設けてある、そ
して、バーナ４ｂは、燃焼室４ｒの燃焼用ガス供給口４
ｉに設けてある。バーナ４ｂは、偏平状の燃焼室４ｒの
偏平方向に並ぶ多数の炎口４ｓを備えてあり、偏平状の
燃焼室４ｒの偏平方向に沿って火炎を形成するように構
成してある。

【００１６】幅広の２枚のステンレス製の仕切り壁１８
と幅狭の２枚のステンレス製の仕切り壁４１にて形成さ
れる偏平角筒体の内部を、二つの偏平状の空間が形成さ
れるように、仕切り壁１８にて仕切って、一方の偏平空
間を改質処理室３ｒとして用い、他方の偏平空間を燃焼
室４ｒとして用いる。つまり、偏平状の改質処理室３ｒ
と偏平状の燃焼室４ｒを、仕切り壁１８を挟んで一体状
態に形成してある。

【００１７】改質用ハニカム状体３ｈは、断面形状がサ
イン波形の波板ｗの両面側を２枚の平板ｂにて挟持する
状態に形成して、多数の細長状の流路ｃが流路幅方向に
並んで形成されるようにしてある。波板ｗや平板ｂは薄
いステンレス板にて形成してある。波板ｗの両面、及
び、各平板ｂの両面に改質触媒としてのルテニウムを保
持させてある。

【００１８】改質用ハニカム状体３ｈを、細長状の流路
ｃの一方の開口端が被改質ガス供給口３ｉ側に位置し且
つ他方の開口端が改質処理ガス排出口３ｏ側に位置する
状態で、改質処理室３ｒ内に設けるとともに、被改質ガ
ス供給口３ｉに、長手方向に沿って多数の噴出孔３ｓを
形成した被改質ガス噴出管３ｐを、その長手方向を改質
処理室３ｒの偏平方向に沿わせて配設してある。そし
て、被改質ガス噴出管３ｐから噴出供給される被改質ガ
スを、改質用ハニカム状体３ｈの多数の細長状の流路ｃ
を用いて、改質処理ガス排出口３ｏへ多経路状に通流さ
せるように構成してある。

【００１９】改質用ハニカム状体３ｈは、例えば、厚さ
が５ｍｍ程度になるように形成してある。改質用ハニカ
ム状体３ｈの厚さ方向において、改質処理室３ｒの幅
を、改質用ハニカム状体３ｈの厚さと略同じに設定し
て、改質処理室３ｒ内に、改質用ハニカム状体３ｈを隙
間なく、又は、わずかな隙間で内装できるようにしてあ
る。又、改質用ハニカム状体３ｈの厚さ方向において、
燃焼室４ｒの幅を１０ｍｍ程度に設定してある。又、仕
切り壁１８の厚さは例えば２ｍｍ程度に設定してある。
従って、改質装置Ｒは、厚さが２１ｍｍ程度の薄型に構
成することができる。

【００２０】次に、図４、図５、図９及び図１０に基づ
いて、上述の如き構成の改質装置Ｒを用いた燃料電池発
電装置について説明する。図１０に示すように、燃料電
池発電装置は、水素ガスを含有する燃料ガスと酸素ガス
を含有する空気等の酸素含有ガスとが反応用ガスとして
供給されて発電するように構成した燃料電池発電部Ｇ
と、その燃料電池発電部Ｇに供給する燃料ガスを天然ガ
ス等の炭化水素系の原燃料ガスを用いて生成する燃料ガ
ス生成部Ｐと、燃料電池発電部Ｇに酸素含有ガスとして
空気を供給するブロアＢを備えて構成してある。

【００２１】燃料電池発電部Ｇは説明を省略するが、電
解質層の一方の側に酸素極を、他方の側に燃料極を備え
たセルの複数を設けると共に、各セルの酸素極に酸素含
有ガスを、燃料極に燃料ガスを夫々供給するように構成
して、各セルにおいて水素と酸素による電気化学反応を
起こさせて発電するように構成してある。尚、燃料電池
発電部Ｇは、電解質として高分子膜を用いた高分子型で
ある。

【００２２】図４及び図９に示すように、燃料ガス生成
部Ｐは、天然ガス等の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部
１と、供給される水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気
生成部２と、その脱硫部１で脱硫処理された原燃料ガス
と水蒸気生成部２で生成された水蒸気との混合ガスを被
改質ガスとして改質処理して、水素ガス及び一酸化炭素
ガスを含有する改質処理ガスを生成する改質処理部３
と、燃焼用ガスを燃焼させて改質処理部３を加熱する加
熱部４と、改質処理部３から排出される改質処理ガス中
の一酸化炭素ガスを水蒸気と変成反応させて、二酸化炭
素ガスに変成処理する変成処理部５と、その変成処理部
５から排出される変成処理ガス中に残っている一酸化炭
素ガスを酸化する選択酸化部６等を備えて構成してあ
る。

【００２３】更に、燃料ガス生成部Ｐには、原燃料ガス
を脱硫部１に供給するための原燃料ガス通流路７、脱硫
部１にて脱硫された脱硫原燃料ガスと水蒸気生成部２で
生成された水蒸気とを混合する水蒸気混合部８、その水
蒸気混合部８にて混合された混合ガスを被改質ガスとし
て改質処理部３に供給するための被改質ガス通流路９、
改質処理部３から排出される改質処置ガスを変成処理部
５に供給するための上流側改質処理ガス通流路１０ｒ、
下流側改質処理ガス通流路１０ｂ、変成処理部５から排
出される変成処理ガスに、選択酸化のために少量の空気
を混合する空気混合部１１、加熱部４から排出される燃
焼排ガスを水蒸気生成部２の加熱用として通流させる加
熱用排ガス通流路１２、加熱用排ガス通流路１２を通過
した燃焼排ガスを変成処理部５の冷却用として通流させ
る上流側冷却用排ガス通流路１３ｆ、及び、上流側冷却
用排ガス通流路１３ｆを通過した燃焼排ガスを変成処理
部５及び選択酸化部６の冷却用として通流させる下流側
冷却用排ガス通流路１３ｂを備えてある。

【００２４】更に、燃料ガス生成部Ｐには、改質処理部
３から排出される改質処理ガスにより、改質処理部３に
供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換部
１４、その被改質ガス用熱交換部１４を通過した改質処
理ガスにより脱硫部１に供給される原燃料ガスを加熱す
る原燃料ガス用熱交換部１５を備えてある。更に、加熱
部４から外部への放熱を抑制する断熱部１６を備えてあ
る。

【００２５】図４及び図５に示すように、本発明におい
ては、燃料ガス生成部Ｐは、脱硫部１、水蒸気生成部
２、改質処理部３、加熱部４、変成処理部５、選択酸化
部６、原燃料ガス通流路７、水蒸気混合部８、被改質ガ
ス通流路９、上流側改質処理ガス通流路１０ｆ、下流側
改質処理ガス通流路１０ｂ、空気混合部１１、加熱用排
ガス通流路１２、上流側冷却用排ガス通流路１３ｆ、下
流側冷却用排ガス通流路１３ｂ、被改質ガス用熱交換部
１４、原燃料ガス用熱交換部１５及び断熱部１６を一体
状態に組付けて、単体として形成してある。

【００２６】脱硫部１、水蒸気生成部２、改質処理部
３、加熱部４、変成処理部５、選択酸化部６、原燃料ガ
ス通流路７、被改質ガス通流路９、上流側改質処理ガス
通流路１０ｆ、下流側改質処理ガス通流路１０ｂ、加熱
用排ガス通流路１２、上流側冷却用排ガス通流路１３
ｆ、下流側冷却用排ガス通流路１３ｂ及び断熱部１６夫
々を偏平状に形成すると共に、偏平状の各部及び各通流
路を厚さ方向に並設して、全体としてコンパクトに形成
してある。

【００２７】説明を加えると、直方体形状の箱状のケー
シング１７の内部に、複数の縦仕切り壁１８を、夫々の
面方向を上下方向に向けた状態で横方向に間隔を開けて
並設して、ケーシング１７の内部に、複数の偏平状の空
間を夫々の偏平方向を上下方向に向けた状態で横方向に
並べて区画形成する。そして、偏平空間並び方向の中間
部の偏平空間を用いて加熱部４を構成する燃焼室４ｒを
形成し、その一方の側に並ぶ偏平空間を用いて、燃焼室
４ｒから遠ざかる方向に向けて順に、改質処理部３を構
成する改質処理室３ｒ、上流側改質処理ガス通流路１０
ｆ、被改質ガス通流路９、脱硫部１を構成する脱硫室１
ｒ、原燃料ガス通流路７、下流側改質処理ガス通流路１
０ｂ、上流側冷却用排ガス通流路１３ｆ、変成処理部５
を構成する変成処理室５ｒ、下流側冷却用排ガス通流路
１３ｂを形成し、端部の偏平空間を用いて、その下方側
に変成処理室５ｒを、上方側に選択酸化部６を構成する
選択酸化室６ｒを夫々形成する。又、燃焼室４ｒの他方
の側に並ぶ偏平空間を用いて、燃焼室４から遠ざかる方
向に向けて順に、断熱部を構成する断熱材室１６ｒ、加
熱用排ガス通流路１２、水蒸気生成部２を構成する水蒸
気生成室２ｒを夫々形成する。

【００２８】原燃料ガス通流路７、被改質ガス通流路
９、上流側改質処理ガス通流路１０ｆ、下流側改質処理
ガス通流路１０ｂ、加熱用排ガス通流路１２、上流側冷
却用排ガス通流路１３ｆ、下流側冷却用排ガス通流部１
３ｂの各ガス通流路として用いる偏平空間には、複数の
丸棒体３０を、夫々長手方向を横向きにした状態で、上
下方向に間隔を開けて千鳥状に並設して、各偏平空間を
ガスが蛇行しながら上下方向に沿って通流するように構
成してある。そして、各偏平空間を通流するガスの通流
経路を長くして、隣接する偏平空間の間で熱交換すると
きに、効率よく熱交換できるようにしてある。

【００２９】更に、所望の経路でガスを通流させながら
脱硫、改質等の各処理を施すように、面方向を横方向に
向けた複数の横仕切り壁１９を用いて、偏平空間の上部
や下部を仕切ったり、異なる用途で用いる偏平空間同士
を上部や下部で連通接続したり、間に他の用途で用いる
偏平空間が存在する状態で離れた位置にある同用途で用
いる偏平空間同士を連通させたりしている。ガスの通流
経路に基づいて、具体的に説明すると、原燃料ガス通流
路７は、２つの偏平空間を用いて、ケーシング１７の上
面に形成した原燃料ガス供給口２０から一方の偏平空間
に供給された原燃料ガスが、その偏平空間を下方に通流
して、下端でＵターンして隣の偏平空間に流入してその
偏平空間を上方に通流し、脱流室１ｒにその上部から流
入するように形成してある。

【００３０】脱流室１ｒは、一つの偏平空間を用いて、
原燃料ガスが下方に通流するように形成してある。被改
質ガス通流路９は、脱流室１ｒにおける原燃料ガス通流
路７側とは反対側に隣接する一つの偏平空間を用いて、
その下端を脱流室１ｒに連通させて、被改質ガスが上方
に通流するように形成してある。尚、脱流室１ｒと被改
質ガス通流路９との連通箇所には、円筒状で長手方向に
沿って多数の水蒸気噴出孔を形成した水蒸気噴出管３１
を、その長手方向を横向きにして偏平空間の偏平方向に
沿わせて配設し、水蒸気噴出管３１に後述する水蒸気管
２７を接続してある。そして、その連通過所で、脱流室
１ｒから流出する脱硫原燃料ガスと水蒸気噴出管３１か
ら噴出する水蒸気とを混合させ、その脱硫原燃料ガスと
水蒸気との混合ガスである被改質ガスを被改質ガス通流
路９に通流させるようにしてある。従って、脱流室１ｒ
と被改質ガス通流路９との連通箇所に水蒸気混合部８を
形成してある。

【００３１】被改質ガス通流路９における脱流室１ｒ側
とは反対側に隣接する二つの偏平空間は上流側改質処理
ガス通流路１０ｆとして用い、その上流側改質処理ガス
通流路１０ｆに用いる偏平空間に隣接する偏平空間を改
質処理室３ｒとして用いる。そして、被改質ガス通流路
９に用いる偏平空間の上端と改質処理室３ｒに用いる偏
平空間の上端とを、上流側改質処理ガス通流路１０ｆに
用いる二つの偏平空間の上方で連通させて、被改質ガス
が改質処理室３ｒにその上部から流入して改質処理室３
ｒを下方に通流するようにしてある。

【００３２】上流側改質処理ガス通流路１０ｆは、改質
処理室３ｒに隣接する前記の二つの偏平空間を用いて形
成し、下流側改質処理ガス通流路１０ｂは、原燃料ガス
通流路７における脱流室１ｒ側とは反対側に隣接する偏
平空間を用いて形成する。つまり、改質処理室３ｒに隣
接する二つの偏平空間の上端同士を連通すると共に、そ
の二つの偏平空間のうちの、改質処理室３ｒ側の偏平空
間の下端と改質処理室３ｒの下端とを連通して、上流側
改質処理ガス通流路１０ｆを形成する。更に、前記二つ
の偏平空間のうちの改質処理室３ｒ側とは反対側の偏平
空間の下端と原燃料ガス通流路７に隣接する偏平空間の
下端とを、被改質ガス通流路９、脱流室１ｒ及び原燃料
ガス通流路７の下方にて連通させて、上流側改質処理ガ
ス通流路１０ｆと下流側改質処理ガス通流路１０ｂとを
連通接続してある。そして、改質処理室３ｒの下端から
それに隣接する偏平空間に流入した改質処理ガスが、そ
の偏平空間を上方に通流して、上端でＵターンして隣の
偏平空間に流入してその偏平空間を下方に通流し、更
に、原燃料ガス通流路７に隣接する偏平空間の下端に流
入してその偏平空間を上方に通流するようにしてある。

【００３３】上流側改質処理ガス通流路１０ｆと被改質
ガス通流路９とを隣接配置すると共に、それらを仕切る
縦仕切り壁１８を伝熱板として機能させて、上流側改質
処理ガス通流路１０ｆを通流する改質処理ガスの熱を被
改質ガス通流路９を通流する被改質ガスに与えて、被改
質ガスを予熱するようにしてある。もって、上流側改質
処理ガス通流路１０ｆと被改質ガス通流路９とにより、
被改質ガス用熱交換部１４を構成してある。又、下流側
改質処理ガス通流路１０ｂと原燃料ガス通流路７とを隣
接配置すると共に、それらを仕切る縦仕切り壁１８を伝
熱板として機能させて、下流側改質処理ガス通流路１０
ｂを通流する改質処理ガスの熱を原燃料ガス通流路７を
通流する原燃料ガスに与えて、原燃料ガスを予熱するよ
うにしてある。もって、下流側改質処理ガス通流路１０
ｂと原燃料ガス通流路７とにより、原燃料ガス用熱交換
部１５を構成してある。

【００３４】上流側冷却用排ガス通流路１３ｆに用いる
偏平空間は上下を閉塞し、下流側改質処理ガス通流路１
０ｂに用いる偏平空間の上端と変成処理室５ｒとして用
いる偏平空間の上端とを上流側冷却用排ガス通流路１３
ｆの上方にて連通させてある。又、下流側冷却用排ガス
通流路１３ｂに用いる偏平空間の下端は閉塞し、上端は
ケーシング１７の上面に開口させて、排ガス排出口２３
を形成してある。又、変成処理室５ｒとして用いる偏平
空間の下端同士を下流側冷却用排ガス通流路１３ｂの下
方にて連通させてある。下方の変成処理室５ｒと上方の
選択酸化室６ｒとの間には、空間を形成し、その空間
に、円筒状で長手方向に沿って多数の噴出孔を形成した
空気噴出管２１を、その長手方向を横向きにして偏平空
間の偏平方向に沿わせて配設してある。そして、その空
気噴出管２１から前記空間に空気を噴出するようにし
て、その空間に空気混合部１１を形成してある。空気噴
出管２１には、ブロアＢを接続してある。

【００３５】そして、下流側改質処理ガス通流路１０ｂ
の上端から変成処理室５ｒに流入した改質処理ガスが、
変成処理室５ｒを下方に通流し、その下端からもう一方
の変成処理室５ｒに流入して、その変成処理室５ｒを上
方に通流して、その通流過程で変成処理されて、空気混
合部１１に流出するようにしてある。そして、変成処理
ガスは、空気混合部１１において、空気噴出管２１から
噴出される少量の空気と混合されて、選択酸化室６ｒの
下端に流入し、選択酸化室６ｒを上方に通流して選択酸
化処理される。選択酸化室６ｒにて選択酸化処理された
ガスは燃料ガスとして、選択酸化室６ｒの上方に配設し
た燃料ガス排出管２２から導き出されて燃料電池発電部
Ｇに供給される。

【００３６】断熱部１６は、断熱材室１６ｒに断熱材１
６ｉを充填して構成してある。又、水蒸気生成部２は、
水蒸気生成室２ｒ内に気体の通流を許容する状態に形成
されたステンレスウール２ｗを充填して構成してある。
２枚の横仕切り壁１９を用いて、断熱材室１６ｒに用い
る偏平空間の上端を仕切り、燃焼室４ｒに用いる偏平空
間の上端と加熱用排ガス通流路１２に用いる偏平空間の
上端とを断熱材室１６ｒの上方にて連通させ、並びに、
水蒸気生成室２ｒに用いる偏平空間の上端と連通する水
蒸気充満室２４を形成してある。又、加熱用排ガス通流
路１２に用いる偏平空間の下部に排ガス排出管３２を配
設し、上流側改質処理ガス通流路１０ｆに用いる偏平空
間の下部に排ガス噴出管３３を配設すると共に、それら
排ガス排出管３２と排ガス噴出管３３とを燃焼排ガス管
２５にて接続してある。並びに、上流側冷却用排ガス通
流路１３ｆに用いる偏平空間の上部に排ガス排出管３４
を配設し、下流側冷却用排ガス通流路１３ｂに用いる偏
平空間の下部に排ガス噴出管３５を配設すると共に、そ
れら排ガス排出管３４と排ガス噴出管３５とを燃焼排ガ
ス管２６にて接続してある。更に、水蒸気充満室２４に
水蒸気排出管３６を配設し、その水蒸気排出管３６と水
蒸気混合部８の水蒸気噴出管３１とを水蒸気管２７にて
接続してある。

【００３７】そして、加熱部４のバーナ４ｂに天然ガス
等の燃焼用ガスと空気との混合ガスを供給して燃焼用ガ
スを燃焼室４ｒにて燃焼させると、燃焼室４ｒから排出
される燃焼排ガスは加熱用排ガス通流路１２、上流側冷
却用排ガス通流路１３ｆ、下流側冷却用排ガス通流路１
３ｂを順次通流して、排ガス排出口２３から排出され
る。加熱用排ガス通流路１２においては、そこを通流す
る燃焼排ガスが保有する熱を縦仕切り壁１８を通じて伝
熱させて水蒸気生成室２ｒに与えて、水蒸気生成室２ｒ
を加熱し、各冷却用排ガス通流路１３ｆ，１３ｂにおい
ては、変成処理室５ｒから発生する反応熱を縦仕切り壁
１８を通じて伝熱させて燃焼排ガスに与えて、変成処理
室５ｒを冷却するように構成してある。

【００３８】又、水蒸気生成室２ｒにおいては、下部の
給水口２９から供給される水が蒸発して水蒸気が生成さ
れ、その水蒸気が水蒸気充満室２４、水蒸気排出管３
６、水蒸気管２７を通じて、水蒸気混合部８に供給され
ることになる。尚、水蒸気生成室２ｒにおいては、内部
に充填したステンレスウール２ｗの良好な伝熱作用によ
り、効率よく水蒸気が生成される。

【００３９】つまり、加熱部４における一方の板面側
に、加熱部４から離れる方向に向けて、改質処理部３、
上流側改質処理ガス通流路１０ｆ、被改質ガス通流路
９、脱硫部１、原燃料ガス通流路７、下流側改質処理ガ
ス通流路１０ｂ、上流側冷却用排ガス通流路１３ｆ、変
成処理部５、下流側冷却用排ガス通流路１３ｂ、選択酸
化部６を、夫々の板状形状の厚さ方向を燃焼部４の厚さ
方向に沿わせた状態で記載順に並設してある。又、加熱
部部４における他方の板面側に、加熱部４から離れる方
向に向けて、断熱部１６、加熱用排ガス通流路１２、水
蒸気生成部２を、夫々の板状形状の厚さ方向を燃焼部４
の厚さ方向に沿わせた状態で記載順に並設してある。

【００４０】つまり、燃料ガス生成部Ｐを構成する各構
成部分を並設するに当たって、加熱部４及び最も高温加
熱が要求される改質処理部３を並設方向の略中央部に配
置し、その両側夫々に、略温度が低くなる順に各部分を
並べ、並びに、並設方向端部には冷却が要求される変成
処理部５や選択酸化部６を配置する配置形態とすること
により、放熱損失を可及的に抑制しながら、各構成部分
を適切な温度に制御できるようにして、水素含有ガスの
製造コストを低減している。

【００４１】改質処理部３と加熱部４により上述の改質
装置Ｒを構成してある。但し、改質処理室３ｒの被改質
ガス供給口３ｉは燃焼室４ｒの燃焼排ガス排出口４ｏに
隣接させて設け、改質処理室３ｒの改質処理ガス排出口
３ｏは燃焼室４ｒの燃焼用ガス供給口４ｉに隣接させて
設けてある。又、改質装置Ｒを燃料ガス生成部Ｐに一体
的に組付けるに当たっては、上述の改質装置Ｒにおいて
被改質ガス供給口３ｉに設けた被改質ガス噴出管３ｐを
省略し、上述の改質装置Ｒにおける仕切り壁４１は、ケ
ーシング１７を兼用させるようにしてある。

【００４２】脱硫部１は、脱硫室１ｒ内に、脱硫触媒を
保持したセラミック製の多孔質粒状体１ｈの多数を充填
して構成してある。変成処理部５は、変成処理室５ｒ内
に、酸化鉄又は銅亜鉛の変成触媒を保持したセラミック
製の多孔質粒状体５ｈの多数を充填して構成してある。
変成処理部５においては、改質処理ガス中の一酸化炭素
ガスと水蒸気とを下記の反応式にて変成反応させて、一
酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する。

【００４３】

【化２】ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ₂ ＋Ｈ₂

【００４４】選択酸化部６は、選択酸化室６ｒ内に、一
酸化炭素選択酸化触媒を保持したセラミック製の多孔質
粒状体６ｈの多数を充填して構成してある。選択酸化部
６においては、変成処理ガス中の一酸化炭素が酸化され
るので、燃料電池発電部Ｇに供給する燃料ガス中の一酸
化炭素の含有率を更に低くすることができる。

【００４５】〔第２実施形態〕以下、図６ないし図１０
に基づいて、本発明の第２の実施の形態を説明する。先
ず、図６及び図７に基づいて、改質装置Ｒについて説明
する。本第２実施形態においては、改質処理部３は上述
の第１実施形態と同様の構成であるが、加熱部４は第１
実施形態と異なる構成としてある。加熱部４について説
明する。加熱部４は、改質処理室３ｒに沿って設ける偏
平状の燃焼室４ｒ内に、燃焼触媒を保持し、且つ、燃焼
室４ｒの燃焼用ガス供給口４ｉから燃焼排ガス排出口４
ｏへ燃焼用ガスを多経路状に通流させるように構成され
た偏平な板状の燃焼用ハニカム状体４ｈを備えて構成し
てある。

【００４６】燃焼用ハニカム状体４ｈは、改質用ハニカ
ム状体３ｈと同様の構成であり、その燃焼用ハニカム状
体４ｈを形成する波板ｗの両面、及び、各平板ｂの両面
に燃焼触媒としての白金を保持させてある。燃焼用ハニ
カム状体４ｈを、細長状の流路ｃの一方の開口端が燃焼
用ガス供給口４ｉ側に位置し且つ他方の開口端が燃焼排
ガス排出口４ｏ側に位置する状態で、燃焼室４ｒ内に設
けるとともに、燃焼用ガス供給口４ｉに、長手方向に沿
って多数の噴出孔４ｓを形成した燃焼用ガス噴出管４ｐ
を、その長手方向を燃焼室４ｒの偏平方向に沿わせて配
設してある。そして、燃焼用ガス噴出管４ｐから噴出供
給される燃焼用ガスを、燃焼用ハニカム状体４ｈの多数
の細長状の流路ｃを用いて、燃焼排ガス排出口４ｏへ多
経路状に通流させて、その通流過程で燃焼触媒の作用で
火炎を伴わない状態で触媒燃焼させるように構成してあ
る。

【００４７】燃焼用ハニカム状体４ｈは、例えば、厚さ
が５ｍｍ程度になるように形成してある。燃焼用ハニカ
ム状体４ｈの厚さ方向において、燃焼室４ｒの幅を、燃
焼用ハニカム状体４ｈの厚さと略同じに設定して、燃焼
室４ｒ内に、燃焼用ハニカム状体４ｈを隙間なく、又
は、わずかな隙間で内装できるようにしてある。従っ
て、改質装置Ｒは、厚さが１６ｍｍ程度になり、更に薄
型に構成することができる。そして、このように構成し
た改質装置Ｒを用いて、図８に示すように、上記の第１
実施形態と同様に、燃料ガス生成部Ｐを構成する。改質
装置Ｒの厚さが薄くなる分、燃料ガス生成部Ｐを更にコ
ンパクトに形成することができる。

【００４８】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 改質用ハニカム状体３ｈ及び燃焼用ハニカム状
体４ｈは、ガスを多経路状に通流させることができると
いう条件で、上記実施形態において例示した以外にも種
々の構成が可能である。例えば、断面形状がサイン波形
の波板ｗに代えて、断面形状が矩形波形やのこぎり波形
の波板ｗを用いても良い。又、複数の波板ｗを厚さ方向
に並設して、複数の細長状の流路ｃが波板ｗの厚さ方向
に並んで形成されるように構成しても良い。又、波板ｗ
に代えて、柱形状や錐形状の多数の突起部を散在させた
状態で備えた凹凸板を用いても良い。

【００４９】（ロ） 上記の実施形態においては、改質
用ハニカム状体３ｈを偏平な板状に形成するとともに、
改質処理室３ｒも偏平状に形成して、改質処理部３を偏
平状に形成する場合について例示したが、改質処理部３
の形状は種々変更可能である。例えば、改質用ハニカム
状体３ｈを円柱状に形成して、改質処理部３を円柱状に
形成しても良い。あるいは、改質用ハニカム状体３ｈを
直方体状に形成して、改質処理部３を直方体状に形成し
ても良い。加熱部４は、改質処理部３の形状に合わせて
形成すれば良く、例えば、円柱状や直方体状の場合は、
改質処理部３の周囲から加熱するように構成する。

【００５０】（ハ） 改質触媒としては、上記の実施形
態において例示したルテニウムに限定されるものではな
く、ニッケル、白金等種々のものを用いることができ
る。燃焼触媒としては、上記の第２実施形態において例
示した白金に限定されるものではなく、白金ロジウム等
種々のものを用いることができる。

【００５１】（ニ） 上記の実施形態においては、改質
処理室３ｒと燃焼室４ｒを一体状態に形成する場合につ
いて例示したが、改質処理室３ｒと燃焼室４ｒを別体に
形成して、互いに密着させて設けても良い。

【００５２】（ホ） 脱硫触媒を保持する脱硫触媒保持
体としては、上記の実施形態において例示した多孔質粒
状体１ｈに代えて、改質用ハニカム状体３ｈと同様に形
成したハニカム状体を適用しても良い。又、変成触媒を
保持する変成触媒保持体としては、上記の実施形態にお
いて例示した多孔質粒状体５ｈに代えて、改質用ハニカ
ム状体３ｈと同様に形成したハニカム状体を適用しても
良い。又、一酸化炭素選択酸化触媒を保持する一酸化炭
素選択酸化触媒保持体としては、上記の実施形態におい
て例示した多孔質粒状体６ｈに代えて、改質用ハニカム
状体３ｈと同様に形成したハニカム状体を適用しても良
い。尚、脱硫触媒、変成触媒、一酸化炭素選択酸化触媒
の各触媒を保持する触媒保持体として、多孔質粒状体に
代えてハニカム状体を適用すると、脱硫部１、変成処理
部５、選択酸化部７の各部を一層薄くすることができる
ので、燃料ガス生成部Ｐを更にコンパクトに形成するこ
とができる。

【００５３】（ヘ） 上記の実施形態のように、燃料ガ
ス生成部Ｐを単体として形成するに当たっては、脱硫部
１、水蒸気生成部２、改質装置Ｒ、変成処理部５、選択
酸化部６、原燃料ガス通流路７、水蒸気混合部８、被改
質ガス通流路９、各改質処理ガス通流路１０ｆ，１０
ｂ、空気混合部１１、加熱用排ガス通流路１２、各冷却
用排ガス通流路１３ｆ，１３ｂ、及び、断熱部１６の配
置形態は適宜変更可能である。例えば、横方向に並べる
順序を変更しても良い。又、横方向に複数列に並べた
り、横方向に部分的に複数列になるように並べても良
い。又、上下方向に並べても良い。

【００５４】（ト） 上記の実施形態においては、改質
装置Ｒ、脱硫部１、水蒸気生成部２、変成処理部５、選
択酸化部６、水蒸気混合部８等を一体状態に組付けて、
燃料ガス生成部Ｐを単体として形成する場合について例
示した。これに代えて、改質装置Ｒ、脱硫部１、水蒸気
生成部２、変成処理部５、選択酸化部６、水蒸気混合部
８のうちの一部を別体にしたり全部を別体にしても良
い。この場合、別体にした各部は、ガスを導く管路にて
接続することになる。

【００５５】（チ） 上記の実施形態においては、脱硫
部１、水蒸気生成部２、改質装置Ｒ、変成処理部５、選
択酸化部６、原燃料ガス通流路７、被改質ガス通流路
９、各改質処理ガス通流路１０ｆ，１０ｂ、加熱用排ガ
ス通流路１２、各冷却用排ガス通流路１３ｆ，１３ｂの
各部や各ガス通流路におけるガス通流方向を上下方向に
する場合について例示したが、前記の各部や各ガス通流
路におけるガス通流方向は適宜設定変更可能であり、例
えば横方向に設定しても良い。

【００５６】（リ） 使用する燃料ガス中に一酸化炭素
ガスが含まれていても良い場合や、一酸化炭素ガスの含
有量をあまり少なくする必要がない場合は、選択酸化部
６を省略したり、変成処理部５及び選択酸化部６の両方
を省略したりすることができる。又、二つ設けた変成処
理部５を一つにしても良い。 （ヌ） 上記の実施形態にように、本発明による改質装
置Ｒを燃料電池発電装置で用いる場合は、加熱部３にお
いて燃焼させる燃焼用ガスとしては、燃料電池発電部Ｇ
から排出される燃料ガスを用いても良い。

【００５７】（ル） 本発明による改質装置は、上記の
実施形態において例示した高分子型の燃料電池以外に、
リン酸型、固体電解質型等種々の型式の燃料電池発電装
置で用いることができる。又、本発明による改質装置の
用途は、燃料電池発電装置に限定されるものではなく、
種々の用途で用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る改質装置の縦断面
図

【図２】本発明の第１実施形態に係る改質装置の横断面
図

【図３】改質用ハニカム状体の斜視図

【図４】本発明の第１実施形態に係る改質装置を用いた
燃料ガス生成部の縦断面図

【図５】図４におけるイ−イ矢視図

【図６】本発明の第２実施形態に係る改質装置の縦断面
図

【図７】本発明の第２実施形態に係る改質装置の横断面
図

【図８】本発明の第２実施形態に係る改質装置を用いた
燃料ガス生成部の縦断面図

【図９】本発明の実施形態に係る燃料電池発電装置の燃
料ガス生成部のブロック図

【図１０】本発明の実施形態に係る燃料電池発電装置の
概略構成を示すブロック図

【符号の説明】

３ｈ 改質用ハニカム状体 ３ｉ 供給口 ３ｏ 排出口 ３ｒ 改質処理室 ４ 加熱部 ４ｈ 燃焼用ハニカム状体 ４ｉ 供給口 ４ｏ 排出口 ４ｒ 燃焼室 １８ 仕切り壁 Ｈ 改質触媒保持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東口 誠作 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 立森 正史 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EB23 EC03 4G069 AA01 AA11 AA15 BC68B BC70A BC70B BC71B BC75B CC17 DA05 EA21 EE03 5H027 AA06 BA01 BA17 BC11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 改質処理室内に、改質触媒を保持した改
   質触媒保持体が設けられ、 加熱部にて前記改質処理室を外部から加熱する状態で、
   被改質ガスを供給口から排出口へ前記改質処理室内を通
   流させて改質処理するように構成された改質装置であっ
   て、 前記改質触媒保持体が、前記供給口から前記排出口へ被
   改質ガスを多経路状に通流させるように構成された改質
   用ハニカム状体にて構成されている改質装置。
2. 【請求項２】 前記改質用ハニカム状体が偏平な板状に
   形成されるとともに、前記改質処理室が偏平状に形成さ
   れ、 前記加熱部が、前記改質処理室における前記改質用ハニ
   カム状体の板面に沿う壁面を加熱するように構成されて
   いる請求項１記載の改質装置。
3. 【請求項３】 前記加熱部が、前記改質処理室に沿って
   設けられる偏平状の燃焼室内に、燃焼触媒を保持し、且
   つ、前記燃焼室の供給口から排出口へ燃焼用ガスを多経
   路状に通流させるように構成された偏平な板状の燃焼用
   ハニカム状体を備えて構成されている請求項１又は２記
   載の改質装置。
4. 【請求項４】 前記改質処理室及び前記燃焼室が、仕切
   り壁を挟んで一体状態に形成されている請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の改質装置。
5. 【請求項５】 前記改質触媒がルテニウムにて構成され
   ている請求項１〜４のいずれか１項に記載の改質装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の改
   質装置を用いて、被改質ガスである炭化水素系の原燃料
   ガスを水素ガスを含有する水素含有ガスに改質処理する
   ように構成された燃料電池発電装置。