JP2000203804A - 燃料改質装置および燃料改質方法 - Google Patents
燃料改質装置および燃料改質方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンパクトで効率の良い燃料改質装置を提供
する。 【解決手段】 改質部３０の最大能力に対して４０％程
度を最大能力とするようシフト反応部３２を設計する。
シフト反応部３２にその最大能力を越えて水素リッチガ
スが供給されるときには、その供給量に応じて水素リッ
チガスにブロワ４６から空気を供給し、シフト反応に加
えて一酸化炭素の酸化反応を行なう。空気の供給量の制
御によりシフト反応部３２出口の水素リッチガス中の一
酸化炭素の濃度を所望の濃度以下にする。この結果、燃
料改質装置２０をコンパクトなものにすると共に、起動
時に必要な昇温のためのエネルギーを小さくすることが
できる。
する。 【解決手段】 改質部３０の最大能力に対して４０％程
度を最大能力とするようシフト反応部３２を設計する。
シフト反応部３２にその最大能力を越えて水素リッチガ
スが供給されるときには、その供給量に応じて水素リッ
チガスにブロワ４６から空気を供給し、シフト反応に加
えて一酸化炭素の酸化反応を行なう。空気の供給量の制
御によりシフト反応部３２出口の水素リッチガス中の一
酸化炭素の濃度を所望の濃度以下にする。この結果、燃
料改質装置２０をコンパクトなものにすると共に、起動
時に必要な昇温のためのエネルギーを小さくすることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質装置およ
び燃料改質方法に関し、詳しくは、炭化水素系からなる
燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質装置および炭化
水素系からなる燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質
方法に関する。
び燃料改質方法に関し、詳しくは、炭化水素系からなる
燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質装置および炭化
水素系からなる燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の燃料改質装置としては、
メタノールを３００〜４００℃の温度で反応させて水素
リッチなガスに改質する改質部と、改質部により改質さ
れた水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素を２００〜
３００℃の温度で反応させて水素リッチガス中の水素の
含有率を高めるシフト反応部とを備えるものが提案され
ている（たとえば特開平６−２４７０２号公報など）。
この装置が二つの温度の異なる反応層を有するのは、メ
タノールを次式（１）と（２）によって水素リッチなガ
スに改質する際、式（１）が吸熱反応で反応速度も速い
のに対し、式（２）は発熱反応でゆっくり進行するた
め、改質部だけでは十分に式（２）のシフト反応を行な
えないことに基づく。
メタノールを３００〜４００℃の温度で反応させて水素
リッチなガスに改質する改質部と、改質部により改質さ
れた水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素を２００〜
３００℃の温度で反応させて水素リッチガス中の水素の
含有率を高めるシフト反応部とを備えるものが提案され
ている（たとえば特開平６−２４７０２号公報など）。
この装置が二つの温度の異なる反応層を有するのは、メ
タノールを次式（１）と（２）によって水素リッチなガ
スに改質する際、式（１）が吸熱反応で反応速度も速い
のに対し、式（２）は発熱反応でゆっくり進行するた
め、改質部だけでは十分に式（２）のシフト反応を行な
えないことに基づく。
【０００３】ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2 （１） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 （２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の燃料改質装置では、上述の式（２）のシフト反
応を十分に行なうことができるよう改質部の最大能力に
適応した最大能力を持つシフト反応部とされるから、装
置が大型化するといった問題があった。この装置の大型
化は、起動時にシフト反応部を十分に昇温させるのに多
くのエネルギーと時間を要するといった問題を引き起こ
す。また、装置の大型化は、最大能力よりずっと小さな
領域での運転では効率が低くなるという問題をも生じ
る。
た従来の燃料改質装置では、上述の式（２）のシフト反
応を十分に行なうことができるよう改質部の最大能力に
適応した最大能力を持つシフト反応部とされるから、装
置が大型化するといった問題があった。この装置の大型
化は、起動時にシフト反応部を十分に昇温させるのに多
くのエネルギーと時間を要するといった問題を引き起こ
す。また、装置の大型化は、最大能力よりずっと小さな
領域での運転では効率が低くなるという問題をも生じ
る。
【０００５】本発明の燃料改質装置および燃料改質方法
は、こうした装置の大型化によって生じる問題を解決
し、コンパクトで効率の良い燃料改質装置を提供すると
共に、こうしたコンパクトで効率の良い燃料改質装置と
するための燃料の改質方法を提供することを目的とす
る。
は、こうした装置の大型化によって生じる問題を解決
し、コンパクトで効率の良い燃料改質装置を提供すると
共に、こうしたコンパクトで効率の良い燃料改質装置と
するための燃料の改質方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料改質装置は、上述の目的の少なくとも一部を
達成するために以下の手段を採った。
発明の燃料改質装置は、上述の目的の少なくとも一部を
達成するために以下の手段を採った。
【０００７】本発明の燃料改質装置は、炭化水素系から
なる燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質装置であっ
て、前記炭化水素系からなる燃料を水素リッチなガスに
改質する改質部と、該改質部の最大能力に対して所定の
割合を最大能力とし該改質部から供給される前記水素リ
ッチなガスに含まれる一酸化炭素の一部を水と反応させ
て水素と二酸化炭素とにシフトするシフト反応部と、該
シフト反応部に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、前記改質部から前記シフト反応部に供
給される水素リッチなガスの該シフト反応部の最大能力
に対する超過を検出する能力超過検出手段と、該超過を
検出したとき前記酸化ガス供給手段により前記シフト反
応部に前記酸化ガスが供給されるよう該酸化ガス供給手
段を制御する酸化ガス供給制御手段とを備えることを要
旨とする。
なる燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質装置であっ
て、前記炭化水素系からなる燃料を水素リッチなガスに
改質する改質部と、該改質部の最大能力に対して所定の
割合を最大能力とし該改質部から供給される前記水素リ
ッチなガスに含まれる一酸化炭素の一部を水と反応させ
て水素と二酸化炭素とにシフトするシフト反応部と、該
シフト反応部に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、前記改質部から前記シフト反応部に供
給される水素リッチなガスの該シフト反応部の最大能力
に対する超過を検出する能力超過検出手段と、該超過を
検出したとき前記酸化ガス供給手段により前記シフト反
応部に前記酸化ガスが供給されるよう該酸化ガス供給手
段を制御する酸化ガス供給制御手段とを備えることを要
旨とする。
【０００８】この本発明の燃料改質装置では、改質部か
ら供給される水素リッチなガスがシフト反応部の最大能
力を超えないときにはシフト反応部により上述の式
（２）のシフト反応により水素リッチなガスの水素の含
有率を高め、水素リッチなガスがシフト反応部の最大能
力を超えてシフト反応部に供給されるときには供給され
る酸化ガスに含有される酸素により水素リッチなガスに
含まれる一酸化炭素の一部を酸化することにより水素リ
ッチなガスの一酸化炭素を含有率を低下させる。ここ
で、「所定の割合」は、こうした燃料改質装置から水素
リッチな燃料の供給を受ける装置（例えば、燃料電池や
水素エンジンなど）の運転特性に応じて定められるもの
であり、例えば、この水素リッチな燃料の供給を受ける
装置を稼働したときの平均値やこの平均値より若干高め
または低めの値としたり、または稼働時の中央値やこの
中央値より若干高めまたは低めの値としたり、装置全体
の効率から求められる値とするものも含まれる。
ら供給される水素リッチなガスがシフト反応部の最大能
力を超えないときにはシフト反応部により上述の式
（２）のシフト反応により水素リッチなガスの水素の含
有率を高め、水素リッチなガスがシフト反応部の最大能
力を超えてシフト反応部に供給されるときには供給され
る酸化ガスに含有される酸素により水素リッチなガスに
含まれる一酸化炭素の一部を酸化することにより水素リ
ッチなガスの一酸化炭素を含有率を低下させる。ここ
で、「所定の割合」は、こうした燃料改質装置から水素
リッチな燃料の供給を受ける装置（例えば、燃料電池や
水素エンジンなど）の運転特性に応じて定められるもの
であり、例えば、この水素リッチな燃料の供給を受ける
装置を稼働したときの平均値やこの平均値より若干高め
または低めの値としたり、または稼働時の中央値やこの
中央値より若干高めまたは低めの値としたり、装置全体
の効率から求められる値とするものも含まれる。
【０００９】本発明の燃料改質装置によれば、シフト反
応部を改質部の最大能力に対して所定の割合を最大能力
とすることにより、シフト反応部をコンパクトなものに
することができる。この結果、起動時におけるシフト反
応部の昇温に必要なエネルギーを小さくすることができ
ると共にその時間も短くすることができる。また、シフ
ト反応部がコンパクトだから、改質部の最大能力よりず
っと小さな領域で燃料改質装置が運転されたときに生じ
る効率の低下を防止することができ、装置全体の効率を
向上させることができる。
応部を改質部の最大能力に対して所定の割合を最大能力
とすることにより、シフト反応部をコンパクトなものに
することができる。この結果、起動時におけるシフト反
応部の昇温に必要なエネルギーを小さくすることができ
ると共にその時間も短くすることができる。また、シフ
ト反応部がコンパクトだから、改質部の最大能力よりず
っと小さな領域で燃料改質装置が運転されたときに生じ
る効率の低下を防止することができ、装置全体の効率を
向上させることができる。
【００１０】こうした本発明の燃料改質装置において、
前記酸化ガス供給制御手段は、前記シフト反応部に供給
される水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素に対して
該シフト反応部に供給される酸化ガスに含まれる酸素が
所定のモル比となるよう前記酸化ガス供給手段を制御す
る手段であるものとすることもできる。こうすれば、シ
フト反応に対する酸化反応の割合を制限することができ
る。この態様の燃料改質装置において、前記モル比は、
少なくとも０．０５または０．２以上のモル比であるも
のとすることもできる。なお、このモル比は、燃料改質
装置から水素リッチな燃料の供給を受ける装置が許容す
る一酸化炭素濃度などによって定めることもできる。
前記酸化ガス供給制御手段は、前記シフト反応部に供給
される水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素に対して
該シフト反応部に供給される酸化ガスに含まれる酸素が
所定のモル比となるよう前記酸化ガス供給手段を制御す
る手段であるものとすることもできる。こうすれば、シ
フト反応に対する酸化反応の割合を制限することができ
る。この態様の燃料改質装置において、前記モル比は、
少なくとも０．０５または０．２以上のモル比であるも
のとすることもできる。なお、このモル比は、燃料改質
装置から水素リッチな燃料の供給を受ける装置が許容す
る一酸化炭素濃度などによって定めることもできる。
【００１１】また、本発明の燃料改質装置において、前
記能力超過検出手段は、前記シフト反応部に供給される
水素リッチなガスの流量を検出するガス流量検出手段
と、該検出された水素リッチなガスの流量が前記シフト
反応部の最大能力を超過しているかを判定する超過判定
手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、
シフト反応部に供給される水素リッチなガスの流量に基
づいてシフト反応部に供給する酸化ガスを制御すること
ができる。この態様の燃料改質装置において、前記ガス
流量検出手段は、前記炭化水素系からなる燃料の前記改
質部への供給量に基づいて前記シフト反応部に供給され
る水素リッチなガスの流量を検出する手段であるものと
することもできる。こうすれば、炭化水素系からなる燃
料の改質部への供給量から水素リッチなガスの流量がシ
フト反応部の最大能力を超過しているかを判定でき、こ
の炭化水素系からなる燃料の供給量に基づいてシフト反
応部に供給する酸化ガスを制御することができる。
記能力超過検出手段は、前記シフト反応部に供給される
水素リッチなガスの流量を検出するガス流量検出手段
と、該検出された水素リッチなガスの流量が前記シフト
反応部の最大能力を超過しているかを判定する超過判定
手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、
シフト反応部に供給される水素リッチなガスの流量に基
づいてシフト反応部に供給する酸化ガスを制御すること
ができる。この態様の燃料改質装置において、前記ガス
流量検出手段は、前記炭化水素系からなる燃料の前記改
質部への供給量に基づいて前記シフト反応部に供給され
る水素リッチなガスの流量を検出する手段であるものと
することもできる。こうすれば、炭化水素系からなる燃
料の改質部への供給量から水素リッチなガスの流量がシ
フト反応部の最大能力を超過しているかを判定でき、こ
の炭化水素系からなる燃料の供給量に基づいてシフト反
応部に供給する酸化ガスを制御することができる。
【００１２】あるいは、本発明の燃料改質装置におい
て、前記能力超過検出手段は、前記シフト反応部による
反応の後の水素リッチなガス中の一酸化炭素濃度を検出
する一酸化炭素濃度検出手段と、該検出された一酸化炭
素濃度に基づいて前記シフト反応部に供給される水素リ
ッチなガスの該シフト反応部の最大能力に対する超過を
判定する超過判定手段とを備えるものとすることもでき
る。こうすれば、シフト反応部による反応の後の水素リ
ッチなガス中の一酸化炭素濃度を高い精度で制御するこ
とができる。この態様の燃料改質装置において、前記酸
化ガス供給制御手段は、前記一酸化炭素濃度検出手段に
より検出される一酸化炭素濃度が所定濃度以下となるよ
う前記酸化ガス供給手段を制御する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、シフト反応部による反応
の後の水素リッチなガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度
以下とすることができる。
て、前記能力超過検出手段は、前記シフト反応部による
反応の後の水素リッチなガス中の一酸化炭素濃度を検出
する一酸化炭素濃度検出手段と、該検出された一酸化炭
素濃度に基づいて前記シフト反応部に供給される水素リ
ッチなガスの該シフト反応部の最大能力に対する超過を
判定する超過判定手段とを備えるものとすることもでき
る。こうすれば、シフト反応部による反応の後の水素リ
ッチなガス中の一酸化炭素濃度を高い精度で制御するこ
とができる。この態様の燃料改質装置において、前記酸
化ガス供給制御手段は、前記一酸化炭素濃度検出手段に
より検出される一酸化炭素濃度が所定濃度以下となるよ
う前記酸化ガス供給手段を制御する手段であるものとす
ることもできる。こうすれば、シフト反応部による反応
の後の水素リッチなガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度
以下とすることができる。
【００１３】さらに、本発明の燃料改質装置において、
前記シフト反応部の能力が前記シフト反応に必要な触媒
を担持する触媒担持部材の容積で示されるとき、前記所
定の割合は５０％以下の容積であるものとすることもで
きる。こうすればシフト反応部を半分程度の小さなもの
にすることができる。
前記シフト反応部の能力が前記シフト反応に必要な触媒
を担持する触媒担持部材の容積で示されるとき、前記所
定の割合は５０％以下の容積であるものとすることもで
きる。こうすればシフト反応部を半分程度の小さなもの
にすることができる。
【００１４】この他、本発明の燃料改質装置において、
前記シフト反応部にシフト反応のための触媒は銅−亜鉛
系の触媒であるものとすることもできる。
前記シフト反応部にシフト反応のための触媒は銅−亜鉛
系の触媒であるものとすることもできる。
【００１５】本発明の燃料改質方法は、炭化水素系から
なる燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質方法であっ
て、前記炭化水素系からなる燃料を水素リッチなガスに
改質する改質ステップと、該改質された水素リッチなガ
スに含まれる一酸化炭素の一部を水と反応させて水素と
二酸化炭素とにシフトするシフト反応ステップと、前記
改質ステップにより改質された水素リッチなガスが前記
シフト反応ステップに用いられる反応層に該反応層の能
力を超えて供給されるとき該水素リッチなガスに酸素を
含有する酸化ガスを混和させて該反応層に供給する酸化
ガス混和ステップとを備えることを要旨とする。
なる燃料を水素リッチな燃料とする燃料改質方法であっ
て、前記炭化水素系からなる燃料を水素リッチなガスに
改質する改質ステップと、該改質された水素リッチなガ
スに含まれる一酸化炭素の一部を水と反応させて水素と
二酸化炭素とにシフトするシフト反応ステップと、前記
改質ステップにより改質された水素リッチなガスが前記
シフト反応ステップに用いられる反応層に該反応層の能
力を超えて供給されるとき該水素リッチなガスに酸素を
含有する酸化ガスを混和させて該反応層に供給する酸化
ガス混和ステップとを備えることを要旨とする。
【００１６】この本発明の燃料改質方法では、水素リッ
チなガスがシフト反応ステップに用いられる反応層にそ
の能力を超えない範囲で供給されるときにはシフト反応
ステップによる上述の式（２）のシフト反応により水素
リッチなガスの水素の含有率を高め、水素リッチなガス
がシフト反応ステップに用いられる反応層にその能力を
超えて供給されるときには水素リッチなガスに酸化ガス
が混和されて水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素の
一部を酸化することにより水素リッチなガスの一酸化炭
素を含有率を低下させる。この結果、シフト反応ステッ
プに用いる反応層をコンパクトなものとすることがで
き、起動時におけるシフト反応ステップに用いる反応層
の昇温に必要なエネルギーを小さくしたり、その時間も
短くすることができる。しかも、このシフト反応ステッ
プに用いる反応層がコンパクトだから、改質ステップに
用いられる反応層の最大能力からずっと小さな領域で燃
料の改質が行なわれるときに生じる効率の低下を防止す
ることができ、装置全体の効率を向上させることができ
る。
チなガスがシフト反応ステップに用いられる反応層にそ
の能力を超えない範囲で供給されるときにはシフト反応
ステップによる上述の式（２）のシフト反応により水素
リッチなガスの水素の含有率を高め、水素リッチなガス
がシフト反応ステップに用いられる反応層にその能力を
超えて供給されるときには水素リッチなガスに酸化ガス
が混和されて水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素の
一部を酸化することにより水素リッチなガスの一酸化炭
素を含有率を低下させる。この結果、シフト反応ステッ
プに用いる反応層をコンパクトなものとすることがで
き、起動時におけるシフト反応ステップに用いる反応層
の昇温に必要なエネルギーを小さくしたり、その時間も
短くすることができる。しかも、このシフト反応ステッ
プに用いる反応層がコンパクトだから、改質ステップに
用いられる反応層の最大能力からずっと小さな領域で燃
料の改質が行なわれるときに生じる効率の低下を防止す
ることができ、装置全体の効率を向上させることができ
る。
【００１７】こうした本発明の燃料改質方法において、
前記酸化ガス混和ステップは、前記反応層に供給される
水素リッチなガスの流量を検出し、該検出された水素リ
ッチなガスの流量に基づいて該水素リッチガスの前記反
応層の能力に対する超過を判定し、該水素リッチなガス
の流量に基づいて前記酸化ガスを混和させるステップで
あるものとしたり、あるいは、前記酸化ガス混和ステッ
プは、前記シフト反応ステップ後の水素リッチなガス中
の一酸化炭素濃度を検出し、該検出された一酸化炭素濃
度に基づいて前記水素リッチなガスの前記反応層の能力
に対する超過を判定し、該一酸化炭素濃度に基づいて前
記酸化ガスを混和させるステップであるものとすること
もできる。
前記酸化ガス混和ステップは、前記反応層に供給される
水素リッチなガスの流量を検出し、該検出された水素リ
ッチなガスの流量に基づいて該水素リッチガスの前記反
応層の能力に対する超過を判定し、該水素リッチなガス
の流量に基づいて前記酸化ガスを混和させるステップで
あるものとしたり、あるいは、前記酸化ガス混和ステッ
プは、前記シフト反応ステップ後の水素リッチなガス中
の一酸化炭素濃度を検出し、該検出された一酸化炭素濃
度に基づいて前記水素リッチなガスの前記反応層の能力
に対する超過を判定し、該一酸化炭素濃度に基づいて前
記酸化ガスを混和させるステップであるものとすること
もできる。
【００１８】また、本発明の燃料改質方法において、前
記シフト反応ステップに用いられる反応層の能力は前記
改質ステップから供給される水素リッチなガスの最大供
給量に対して５０％以下であるものとすることもでき
る。さらに、本発明の燃料改質方法において、前記シフ
ト反応ステップは、銅−亜鉛系の触媒を用いて前記シフ
ト反応を行なうステップであるものとすることもでき
る。
記シフト反応ステップに用いられる反応層の能力は前記
改質ステップから供給される水素リッチなガスの最大供
給量に対して５０％以下であるものとすることもでき
る。さらに、本発明の燃料改質方法において、前記シフ
ト反応ステップは、銅−亜鉛系の触媒を用いて前記シフ
ト反応を行なうステップであるものとすることもでき
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料改質装置２０の構成の概略を示す構成図である。図
示するように、燃料改質装置２０は燃料電池６０に接続
されており、燃料電池６０は、燃料改質装置２０により
改質された燃料ガスの供給を受けて発電する。
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料改質装置２０の構成の概略を示す構成図である。図
示するように、燃料改質装置２０は燃料電池６０に接続
されており、燃料電池６０は、燃料改質装置２０により
改質された燃料ガスの供給を受けて発電する。
【００２０】燃料改質装置２０は、水タンク２２から供
給される水を気化させると共に気化させた水と天然ガス
タンク２４から供給されるメタンを主成分とする天然ガ
スとを混和する気化部２６と、水蒸気と混和した天然ガ
スを水素を含有する水素リッチガスに改質する改質部３
０と、水素リッチガスに含まれる一酸化炭素に対して上
述の式（２）のシフト反応を行なうシフト反応部３２
と、シフト反応部３２によってシフトされなかった一酸
化炭素を選択的に酸化する選択酸化部３４と、燃料改質
装置２０全体を制御する電子制御ユニット５０とを備え
る。
給される水を気化させると共に気化させた水と天然ガス
タンク２４から供給されるメタンを主成分とする天然ガ
スとを混和する気化部２６と、水蒸気と混和した天然ガ
スを水素を含有する水素リッチガスに改質する改質部３
０と、水素リッチガスに含まれる一酸化炭素に対して上
述の式（２）のシフト反応を行なうシフト反応部３２
と、シフト反応部３２によってシフトされなかった一酸
化炭素を選択的に酸化する選択酸化部３４と、燃料改質
装置２０全体を制御する電子制御ユニット５０とを備え
る。
【００２１】水タンク２２には水を気化部２６に供給す
るためのポンプ３６が設置されており、このポンプ３６
は、電子制御ユニット５０と信号ラインで接続されてお
り、電子制御ユニット５０による駆動制御を受けるよう
になっている。天然ガスタンク２４は、高圧タンクであ
り、その出口には天然ガスの流出量を調節可能な流量計
付電磁弁３８が取り付けられている。この流量計付電磁
弁３８のアクチュエータ４０は信号ラインで電子制御ユ
ニット５０に接続されており、電子制御ユニット５０に
よる駆動制御を受けるようになっている。
るためのポンプ３６が設置されており、このポンプ３６
は、電子制御ユニット５０と信号ラインで接続されてお
り、電子制御ユニット５０による駆動制御を受けるよう
になっている。天然ガスタンク２４は、高圧タンクであ
り、その出口には天然ガスの流出量を調節可能な流量計
付電磁弁３８が取り付けられている。この流量計付電磁
弁３８のアクチュエータ４０は信号ラインで電子制御ユ
ニット５０に接続されており、電子制御ユニット５０に
よる駆動制御を受けるようになっている。
【００２２】気化部２６の内部には、気化部２６内の温
度を高めるための燃焼部２８が設けられており、天然ガ
スタンク２４から供給される天然ガスの一部を燃焼部２
８に導入し燃焼することでその熱源としている。このた
め、天然ガスの気化部２６への供給管には燃焼部２８に
供給するための分岐管が取り付けられており、この分岐
管には天然ガスの燃焼部２８への供給量を制御するため
の電磁弁４２が取り付けられている。この電磁弁４２の
アクチュエータ４４も電子制御ユニット５０に信号ライ
ンで接続されており、電子制御ユニット５０による駆動
制御を受けるようになっている。
度を高めるための燃焼部２８が設けられており、天然ガ
スタンク２４から供給される天然ガスの一部を燃焼部２
８に導入し燃焼することでその熱源としている。このた
め、天然ガスの気化部２６への供給管には燃焼部２８に
供給するための分岐管が取り付けられており、この分岐
管には天然ガスの燃焼部２８への供給量を制御するため
の電磁弁４２が取り付けられている。この電磁弁４２の
アクチュエータ４４も電子制御ユニット５０に信号ライ
ンで接続されており、電子制御ユニット５０による駆動
制御を受けるようになっている。
【００２３】また、気化部２６は電子制御ユニット５０
に信号ラインで接続されており、電子制御ユニット５０
によって気化部２６の内部に設置された図示しない温度
計により検出される気化部２６内部の温度が６００〜８
００℃の範囲内で設定された温度（例えば６５０℃な
ど）となるよう制御を受けている。温度制御の実際は、
燃焼部２８のオンオフ制御と分岐管に取り付けられた電
磁弁４２の開閉制御とによって行なわれる。
に信号ラインで接続されており、電子制御ユニット５０
によって気化部２６の内部に設置された図示しない温度
計により検出される気化部２６内部の温度が６００〜８
００℃の範囲内で設定された温度（例えば６５０℃な
ど）となるよう制御を受けている。温度制御の実際は、
燃焼部２８のオンオフ制御と分岐管に取り付けられた電
磁弁４２の開閉制御とによって行なわれる。
【００２４】改質部３０には、ニッケル系の触媒を担持
したペレットが充填されている。改質部３０も電子制御
ユニット５０と信号ラインで接続されており、その温度
が６００〜８００℃の範囲内で設定された温度（例えば
８００℃など）となるよう電子制御ユニット５０による
制御を受けている。なお、制御の実際は、改質部３０内
部に設置された図示しない温度計により検出される改質
部３０の温度が前述の温度となるよう改質部３０に設置
された図示しない熱交換器の媒体の流動をコントロール
することによってもできるが、実施例では、気化部２６
の温度制御により改質部３０の温度制御をも行なうもの
とした。改質部３０に充填された触媒上では、次式
（３）および（４）の反応により天然ガスを水素リッチ
ガスに改質する。式（４）は上述の式（２）と同一であ
り、発熱反応であるから、改質部３０の温度（８００
℃）ではその熱平衡の関係で反応率は５０％程度とな
る。この結果、改質部３０により改質された水素リッチ
ガスは、１０％程度の一酸化炭素を含有する。
したペレットが充填されている。改質部３０も電子制御
ユニット５０と信号ラインで接続されており、その温度
が６００〜８００℃の範囲内で設定された温度（例えば
８００℃など）となるよう電子制御ユニット５０による
制御を受けている。なお、制御の実際は、改質部３０内
部に設置された図示しない温度計により検出される改質
部３０の温度が前述の温度となるよう改質部３０に設置
された図示しない熱交換器の媒体の流動をコントロール
することによってもできるが、実施例では、気化部２６
の温度制御により改質部３０の温度制御をも行なうもの
とした。改質部３０に充填された触媒上では、次式
（３）および（４）の反応により天然ガスを水素リッチ
ガスに改質する。式（４）は上述の式（２）と同一であ
り、発熱反応であるから、改質部３０の温度（８００
℃）ではその熱平衡の関係で反応率は５０％程度とな
る。この結果、改質部３０により改質された水素リッチ
ガスは、１０％程度の一酸化炭素を含有する。
【００２５】ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ （３） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2 （４）
【００２６】シフト反応部３２には、上式（４）のシフ
ト反応を行なうために用いる銅−亜鉛系の触媒を担持し
たペレットが充填されており、その容積は、改質部３０
が最大能力の４０％の能力で運転されたときに最大能力
に達するように設計されている。即ち、シフト反応部３
２は、改質部３０が最大能力の４０％までで運転される
ときには改質部３０から供給される水素リッチなガスに
含まれる一酸化炭素を上式（４）のシフト反応でシフト
させて水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を所定濃度
（例えば１％）以下にすることができるが、最大能力の
４０％以上で改質部３０が運転されると改質部３０から
供給される水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を所定
濃度以下にすることができない、という触媒容積として
設計されているのである。シフト反応部３２への水素リ
ッチガスの供給量とシフト反応部３２出口での水素リッ
チガス中の一酸化炭素の濃度との関係の一例を図２に示
す。図中「負荷」はシフト反応部３２への水素リッチガ
スの供給量を改質部３０の最大能力を１００％として表
示したものである。したがって、負荷が４０％のときが
シフト反応部３２の最大能力であり、これより負荷が大
きくなると、水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度は増
加する。
ト反応を行なうために用いる銅−亜鉛系の触媒を担持し
たペレットが充填されており、その容積は、改質部３０
が最大能力の４０％の能力で運転されたときに最大能力
に達するように設計されている。即ち、シフト反応部３
２は、改質部３０が最大能力の４０％までで運転される
ときには改質部３０から供給される水素リッチなガスに
含まれる一酸化炭素を上式（４）のシフト反応でシフト
させて水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を所定濃度
（例えば１％）以下にすることができるが、最大能力の
４０％以上で改質部３０が運転されると改質部３０から
供給される水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を所定
濃度以下にすることができない、という触媒容積として
設計されているのである。シフト反応部３２への水素リ
ッチガスの供給量とシフト反応部３２出口での水素リッ
チガス中の一酸化炭素の濃度との関係の一例を図２に示
す。図中「負荷」はシフト反応部３２への水素リッチガ
スの供給量を改質部３０の最大能力を１００％として表
示したものである。したがって、負荷が４０％のときが
シフト反応部３２の最大能力であり、これより負荷が大
きくなると、水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度は増
加する。
【００２７】シフト反応部３２の水素リッチガスの供給
管には分岐管が設けられており、この分岐管には水素リ
ッチガスに空気を圧入するブロワ４６が設置されてい
る。水素リッチガスに空気が圧入されてシフト反応部３
２に供給されると、シフト反応部３２では上式（４）の
シフト反応の他に空気中に含まれる酸素によって次式
（５）の酸化反応も行なわれる。したがって、改質部３
０がその最大能力の４０％を越えて運転されるときに、
ブロワ４６を駆動して水素リッチガスに空気を混入させ
れば水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を所定濃度以
下にすることができる。
管には分岐管が設けられており、この分岐管には水素リ
ッチガスに空気を圧入するブロワ４６が設置されてい
る。水素リッチガスに空気が圧入されてシフト反応部３
２に供給されると、シフト反応部３２では上式（４）の
シフト反応の他に空気中に含まれる酸素によって次式
（５）の酸化反応も行なわれる。したがって、改質部３
０がその最大能力の４０％を越えて運転されるときに、
ブロワ４６を駆動して水素リッチガスに空気を混入させ
れば水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を所定濃度以
下にすることができる。
【００２８】ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2 （５）
【００２９】上述の水素リッチガスへの空気の混入量
は、実験の結果からモル比［Ｏ］／［ＣＯ］で０．０５
以上で好ましくは０．２以上がよい。実験としては、Ｃ
ｕ／ＺｎＯを触媒として担持した直径３ｍｍで長さが３
ｍｍの円筒形のペレットを反応層に１０ｃｍ3 充填して
触媒温度を２００℃とし、これに水素が８０％，二酸化
炭素９．７８％，一酸化炭素１０．０９％のモデルガス
をモデルガス：水蒸気＝７０：３０となるよう加湿した
ガスを８３３ｃｍ3／ｍｉｎの流量で供給するものを用
い、モデルガスへ空気をモル比［Ｏ］／［ＣＯ］で０，
０．１２５，０．２５で混入するものを用いた。この実
験の結果は、モデルガスへの空気の混入量がモル比
［Ｏ］／［ＣＯ］で０，０．１２５，０．２５に対し、
反応層出口でのモデルガス中の一酸化炭素の濃度は、そ
れぞれ３．１％，１．４７％，１．０５％であった。こ
の実験結果から、一酸化炭素濃度を低減するという効果
はモル比［Ｏ］／［ＣＯ］で０．０５以上で奏し、この
モル比で０．２以上とすれば一酸化炭素濃度を１％程度
まで低減することができる。
は、実験の結果からモル比［Ｏ］／［ＣＯ］で０．０５
以上で好ましくは０．２以上がよい。実験としては、Ｃ
ｕ／ＺｎＯを触媒として担持した直径３ｍｍで長さが３
ｍｍの円筒形のペレットを反応層に１０ｃｍ3 充填して
触媒温度を２００℃とし、これに水素が８０％，二酸化
炭素９．７８％，一酸化炭素１０．０９％のモデルガス
をモデルガス：水蒸気＝７０：３０となるよう加湿した
ガスを８３３ｃｍ3／ｍｉｎの流量で供給するものを用
い、モデルガスへ空気をモル比［Ｏ］／［ＣＯ］で０，
０．１２５，０．２５で混入するものを用いた。この実
験の結果は、モデルガスへの空気の混入量がモル比
［Ｏ］／［ＣＯ］で０，０．１２５，０．２５に対し、
反応層出口でのモデルガス中の一酸化炭素の濃度は、そ
れぞれ３．１％，１．４７％，１．０５％であった。こ
の実験結果から、一酸化炭素濃度を低減するという効果
はモル比［Ｏ］／［ＣＯ］で０．０５以上で奏し、この
モル比で０．２以上とすれば一酸化炭素濃度を１％程度
まで低減することができる。
【００３０】シフト反応部３２も電子制御ユニット５０
に信号ラインによって接続されており、上式（４）のシ
フト反応を熱平衡により右側に進行させるために、電子
制御ユニット５０によりその温度が２００〜４００℃の
範囲内の温度となるよう制御されている。
に信号ラインによって接続されており、上式（４）のシ
フト反応を熱平衡により右側に進行させるために、電子
制御ユニット５０によりその温度が２００〜４００℃の
範囲内の温度となるよう制御されている。
【００３１】選択酸化部３４には、水素の酸化反応に優
先して上式（５）の酸化反応を行なうための白金−ルテ
ニウム系の触媒を担持したペレットが充填されており、
改質部３０やシフト反応部３２と同様に電子制御ユニッ
ト５０に信号ラインで接続されており、その温度が１０
０〜２００℃の範囲内の温度となるよう電子制御ユニッ
ト５０による制御を受けている。なお、実施例では、シ
フト反応部３２と選択酸化部３４との間に、水素リッチ
ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度計
３３と、水素リッチガスに空気を混入させるブロワ４８
とが設けられており、一酸化炭素濃度計３３により検出
された一酸化炭素の濃度に応じてブロワ４８により水素
リッチガスに空気を混入できるようになっている。一酸
化炭素濃度計３３もブロワ４８も電子制御ユニット５０
に信号ラインで接続されている。
先して上式（５）の酸化反応を行なうための白金−ルテ
ニウム系の触媒を担持したペレットが充填されており、
改質部３０やシフト反応部３２と同様に電子制御ユニッ
ト５０に信号ラインで接続されており、その温度が１０
０〜２００℃の範囲内の温度となるよう電子制御ユニッ
ト５０による制御を受けている。なお、実施例では、シ
フト反応部３２と選択酸化部３４との間に、水素リッチ
ガス中の一酸化炭素の濃度を検出する一酸化炭素濃度計
３３と、水素リッチガスに空気を混入させるブロワ４８
とが設けられており、一酸化炭素濃度計３３により検出
された一酸化炭素の濃度に応じてブロワ４８により水素
リッチガスに空気を混入できるようになっている。一酸
化炭素濃度計３３もブロワ４８も電子制御ユニット５０
に信号ラインで接続されている。
【００３２】電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中
心として構成されたマイクロコンピュータであり、ＣＰ
Ｕ５２により実行される処理プログラムや各種データを
記憶したＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡ
Ｍ５６と、各種データの入力および制御信号の出力を行
なう入出力ポート５８とを備える。入出力ポート５８に
は、流量計付電磁弁３８からの天然ガスの重量流量，気
化部２６や改質部３０，シフト反応部３２，選択酸化部
３４に設置された図示しない温度計からの各部の温度，
一酸化炭素濃度計３３からの水素リッチガス中の一酸化
炭素濃度などが入力され、ポンプ３６への駆動信号，流
量計付電磁弁３８のアクチュエータ４０への駆動信号，
電磁弁４２のアクチュエータ４４への駆動信号，気化部
２６の燃焼部２８へのオンオフ信号，ブロワ４６やブロ
ワ４８への駆動信号が出力されている。
心として構成されたマイクロコンピュータであり、ＣＰ
Ｕ５２により実行される処理プログラムや各種データを
記憶したＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡ
Ｍ５６と、各種データの入力および制御信号の出力を行
なう入出力ポート５８とを備える。入出力ポート５８に
は、流量計付電磁弁３８からの天然ガスの重量流量，気
化部２６や改質部３０，シフト反応部３２，選択酸化部
３４に設置された図示しない温度計からの各部の温度，
一酸化炭素濃度計３３からの水素リッチガス中の一酸化
炭素濃度などが入力され、ポンプ３６への駆動信号，流
量計付電磁弁３８のアクチュエータ４０への駆動信号，
電磁弁４２のアクチュエータ４４への駆動信号，気化部
２６の燃焼部２８へのオンオフ信号，ブロワ４６やブロ
ワ４８への駆動信号が出力されている。
【００３３】こうして構成された実施例の燃料改質装置
２０は、図３に例示する空気供給量制御ルーチンを実行
することにより、シフト反応部３２へ供給される水素リ
ッチガスの空気の混入量を制御している。なお、この空
気供給量制御ルーチンは所定時間毎（例えば、１０ｍｓ
毎）に繰り返し実行されている。
２０は、図３に例示する空気供給量制御ルーチンを実行
することにより、シフト反応部３２へ供給される水素リ
ッチガスの空気の混入量を制御している。なお、この空
気供給量制御ルーチンは所定時間毎（例えば、１０ｍｓ
毎）に繰り返し実行されている。
【００３４】この空気供給量制御ルーチンが実行される
と、ＣＰＵ５２は、まず流量計付電磁弁３８により検出
される天然ガスの流出量を天然ガス供給量ＱＭとして読
み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、
読み込んだ天然ガス供給量ＱＭを閾値Ｑｒｅｆと比較す
る（ステップＳ１１０）。なお、閾値Ｑｒｅｆはシフト
反応部３２の最大能力に相当する値として設定されてい
る。天然ガス供給量ＱＭが閾値Ｑｒｅｆ以下のときに
は、シフト反応部３２の最大能力を超えていないと判断
しブロワ４６による水素リッチガスへの空気の供給量Ｑ
Ａに値０を設定し（ステップＳ１２０）、天然ガス供給
量ＱＭが閾値Ｑｒｅｆより大きいときには、シフト反応
部３２の最大能力を超えていると判断してブロワ４６に
よる水素リッチガスへの空気の供給量ＱＡに天然ガス供
給量ＱＭに基づいて定まる値（例えば、前述のモル比
［Ｏ］／［ＣＯ］で０．２となる空気量の値）を設定す
る（ステップＳ１３０）。そして、シフト反応部３２に
供給される水素リッチガスに混入される空気量が供給量
ＱＡとなるようブロワ４６を駆動して（ステップＳ１４
０）、本ルーチンを終了する。
と、ＣＰＵ５２は、まず流量計付電磁弁３８により検出
される天然ガスの流出量を天然ガス供給量ＱＭとして読
み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、
読み込んだ天然ガス供給量ＱＭを閾値Ｑｒｅｆと比較す
る（ステップＳ１１０）。なお、閾値Ｑｒｅｆはシフト
反応部３２の最大能力に相当する値として設定されてい
る。天然ガス供給量ＱＭが閾値Ｑｒｅｆ以下のときに
は、シフト反応部３２の最大能力を超えていないと判断
しブロワ４６による水素リッチガスへの空気の供給量Ｑ
Ａに値０を設定し（ステップＳ１２０）、天然ガス供給
量ＱＭが閾値Ｑｒｅｆより大きいときには、シフト反応
部３２の最大能力を超えていると判断してブロワ４６に
よる水素リッチガスへの空気の供給量ＱＡに天然ガス供
給量ＱＭに基づいて定まる値（例えば、前述のモル比
［Ｏ］／［ＣＯ］で０．２となる空気量の値）を設定す
る（ステップＳ１３０）。そして、シフト反応部３２に
供給される水素リッチガスに混入される空気量が供給量
ＱＡとなるようブロワ４６を駆動して（ステップＳ１４
０）、本ルーチンを終了する。
【００３５】このように、天然ガス供給量ＱＭがシフト
反応部３２の最大能力に相当する値以下のときには、ブ
ロワ４６による空気の供給量ＱＡを値０とすることによ
り、シフト反応部３２は通常のシフト反応により一酸化
炭素を水素と二酸化炭素とにシフトし、天然ガス供給量
ＱＭがシフト反応部３２の最大能力に相当する値を越え
るときには、ブロワ４６によりシフト反応部３２に供給
される水素リッチガスに天然ガス供給量ＱＭに応じた空
気の供給量ＱＡを供給することにより、シフト反応部３
２で通常のシフト反応に加えて一酸化炭素の酸化反応を
行なって水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を低減す
るのである。
反応部３２の最大能力に相当する値以下のときには、ブ
ロワ４６による空気の供給量ＱＡを値０とすることによ
り、シフト反応部３２は通常のシフト反応により一酸化
炭素を水素と二酸化炭素とにシフトし、天然ガス供給量
ＱＭがシフト反応部３２の最大能力に相当する値を越え
るときには、ブロワ４６によりシフト反応部３２に供給
される水素リッチガスに天然ガス供給量ＱＭに応じた空
気の供給量ＱＡを供給することにより、シフト反応部３
２で通常のシフト反応に加えて一酸化炭素の酸化反応を
行なって水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度を低減す
るのである。
【００３６】以上説明した実施例の燃料改質装置２０に
よれば、水素リッチガスがシフト反応部３２にその最大
能力に至る範囲内で供給されたときには通常のシフト反
応により水素リッチガス中の水素の含有率を高めると共
に水素リッチガス中の一酸化炭素を所定濃度以下まで低
減し、最大能力を超えて供給されたときには空気を混入
させてシフト反応に加えて酸化反応を行なうことにより
水素リッチガス中の水素の含有率を高めると共に水素リ
ッチガス中の一酸化炭素を所定濃度以下まで低減するこ
とができる。この結果、シフト反応部３２を小さなもの
とすることができるから、燃料改質装置２０を起動する
際にシフト反応部３２を昇温するために必要なエネルギ
ーを小さくすることができると共にその時間も短くする
ことができる。また、シフト反応部３２が小さいから、
改質部３０をその能力よりずっと小さな領域で燃料改質
装置２０を運転するときでも燃料改質装置２０の効率を
低下させることがなく、燃料改質装置２０全体の効率を
向上させることができる。こうした燃料改質装置２０と
燃料電池６０とを車載する場合には、上述の効果は大き
くクローズアップされる。この場合、車両の運転特性に
もよるが、車両に必要な最大エネルギーに対して駆動の
平均エネルギーを４０〜５０％程度と考えることができ
るから、シフト反応部３２の最大能力を改質部３０の最
大能力の４０〜５０％として設計することができる。
よれば、水素リッチガスがシフト反応部３２にその最大
能力に至る範囲内で供給されたときには通常のシフト反
応により水素リッチガス中の水素の含有率を高めると共
に水素リッチガス中の一酸化炭素を所定濃度以下まで低
減し、最大能力を超えて供給されたときには空気を混入
させてシフト反応に加えて酸化反応を行なうことにより
水素リッチガス中の水素の含有率を高めると共に水素リ
ッチガス中の一酸化炭素を所定濃度以下まで低減するこ
とができる。この結果、シフト反応部３２を小さなもの
とすることができるから、燃料改質装置２０を起動する
際にシフト反応部３２を昇温するために必要なエネルギ
ーを小さくすることができると共にその時間も短くする
ことができる。また、シフト反応部３２が小さいから、
改質部３０をその能力よりずっと小さな領域で燃料改質
装置２０を運転するときでも燃料改質装置２０の効率を
低下させることがなく、燃料改質装置２０全体の効率を
向上させることができる。こうした燃料改質装置２０と
燃料電池６０とを車載する場合には、上述の効果は大き
くクローズアップされる。この場合、車両の運転特性に
もよるが、車両に必要な最大エネルギーに対して駆動の
平均エネルギーを４０〜５０％程度と考えることができ
るから、シフト反応部３２の最大能力を改質部３０の最
大能力の４０〜５０％として設計することができる。
【００３７】実施例の燃料改質装置２０では、天然ガス
タンク２４から流出する天然ガスの流量を天然ガスの供
給量として検出することにより、シフト反応部３２に供
給される水素リッチガスの供給量がシフト反応部３２の
最大能力を超過しているかを判定し、天然ガスの供給量
に応じた空気をシフト反応部３２に供給される水素リッ
チガスに混入させたが、改質部３０とシフト反応部３２
との間に水素リッチガスの流量を検出する流量計を設
け、この流量計により検出された水素リッチガスの流量
に基づいてシフト反応部３２への供給が最大能力を超過
しているか否かを判定すると共に水素リッチガスに混入
させる空気量を設定するものとしてもよい。
タンク２４から流出する天然ガスの流量を天然ガスの供
給量として検出することにより、シフト反応部３２に供
給される水素リッチガスの供給量がシフト反応部３２の
最大能力を超過しているかを判定し、天然ガスの供給量
に応じた空気をシフト反応部３２に供給される水素リッ
チガスに混入させたが、改質部３０とシフト反応部３２
との間に水素リッチガスの流量を検出する流量計を設
け、この流量計により検出された水素リッチガスの流量
に基づいてシフト反応部３２への供給が最大能力を超過
しているか否かを判定すると共に水素リッチガスに混入
させる空気量を設定するものとしてもよい。
【００３８】また、シフト反応部３２と選択酸化部３４
との間に設置された一酸化炭素濃度計３３により検出さ
れるシフト反応部３２出口での水素リッチガス中の一酸
化炭素濃度ＣＯに基づいてシフト反応部３２に供給され
る水素リッチガスに混入させる空気量を設定するものと
してもよい。この場合、図３の空気供給量制御ルーチン
に代えて図４に例示する空気供給量制御ルーチンを実行
すればよい。以下、この図４のルーチンについて簡単に
説明する。
との間に設置された一酸化炭素濃度計３３により検出さ
れるシフト反応部３２出口での水素リッチガス中の一酸
化炭素濃度ＣＯに基づいてシフト反応部３２に供給され
る水素リッチガスに混入させる空気量を設定するものと
してもよい。この場合、図３の空気供給量制御ルーチン
に代えて図４に例示する空気供給量制御ルーチンを実行
すればよい。以下、この図４のルーチンについて簡単に
説明する。
【００３９】図４の空気供給量制御ルーチンが実行され
ると、ＣＰＵ５２は、まず、一酸化炭素濃度計３３によ
り検出されるシフト反応部３２出口の水素リッチガス中
の一酸化炭素濃度ＣＯを読み込み（ステップＳ２０
０）、読み込んだ一酸化炭素濃度ＣＯを閾値Ｃ１および
閾値Ｃ２と比較する（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）。
閾値Ｃ２はシフト反応部３２出口の水素リッチガス中の
一酸化炭素の許容濃度として設定されるものであり、閾
値Ｃ１は水素リッチガスへの空気供給量ＱＡの増減を頻
繁に行なわないようヒステリシスを持たせるために導入
された閾値Ｃ２より少し小さい値として設定されるもの
である。一酸化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ１と閾値Ｃ２との
間にあるときには空気供給量ＱＡの変更は行なわず、一
酸化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ２より大きいときには空気供
給量ＱＡをΔＱだけ増加し（ステップＳ２２０）、一酸
化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ１より小さいときには空気供給
量ＱＡをΔＱだけ減少する（ステップＳ２３０）。ここ
で、増減量ΔＱは燃料改質装置２０の規模や図４のルー
チンが実行される繰り返し頻度などによって定められる
ものである。なお、ステップＳ２３０でΔＱだけ減じた
空気供給量ＱＡが負の値となるときには空気供給量ＱＡ
に値を設定する（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）。そし
て、ブロワ４６によりシフト反応部３２に供給される水
素リッチガスに混入される空気が空気供給量ＱＡとなる
ようブロワ４６を駆動する（ステップＳ２６０）。
ると、ＣＰＵ５２は、まず、一酸化炭素濃度計３３によ
り検出されるシフト反応部３２出口の水素リッチガス中
の一酸化炭素濃度ＣＯを読み込み（ステップＳ２０
０）、読み込んだ一酸化炭素濃度ＣＯを閾値Ｃ１および
閾値Ｃ２と比較する（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）。
閾値Ｃ２はシフト反応部３２出口の水素リッチガス中の
一酸化炭素の許容濃度として設定されるものであり、閾
値Ｃ１は水素リッチガスへの空気供給量ＱＡの増減を頻
繁に行なわないようヒステリシスを持たせるために導入
された閾値Ｃ２より少し小さい値として設定されるもの
である。一酸化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ１と閾値Ｃ２との
間にあるときには空気供給量ＱＡの変更は行なわず、一
酸化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ２より大きいときには空気供
給量ＱＡをΔＱだけ増加し（ステップＳ２２０）、一酸
化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ１より小さいときには空気供給
量ＱＡをΔＱだけ減少する（ステップＳ２３０）。ここ
で、増減量ΔＱは燃料改質装置２０の規模や図４のルー
チンが実行される繰り返し頻度などによって定められる
ものである。なお、ステップＳ２３０でΔＱだけ減じた
空気供給量ＱＡが負の値となるときには空気供給量ＱＡ
に値を設定する（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）。そし
て、ブロワ４６によりシフト反応部３２に供給される水
素リッチガスに混入される空気が空気供給量ＱＡとなる
ようブロワ４６を駆動する（ステップＳ２６０）。
【００４０】こうした図４の空気供給量制御ルーチンを
実行する変形例の燃料改質装置２０によれば、燃料改質
装置２０の起動後に初めて一酸化炭素濃度計３３により
検出される一酸化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ２を越えるとき
に、シフト反応部３２の最大能力を超えて水素リッチガ
スが供給されていると判断することができる。しかも、
一酸化炭素濃度計３３により検出される一酸化炭素濃度
ＣＯによってフィードバック制御するから、シフト反応
部３２出口の水素リッチガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを
確実に所望の濃度以下にすることができる。
実行する変形例の燃料改質装置２０によれば、燃料改質
装置２０の起動後に初めて一酸化炭素濃度計３３により
検出される一酸化炭素濃度ＣＯが閾値Ｃ２を越えるとき
に、シフト反応部３２の最大能力を超えて水素リッチガ
スが供給されていると判断することができる。しかも、
一酸化炭素濃度計３３により検出される一酸化炭素濃度
ＣＯによってフィードバック制御するから、シフト反応
部３２出口の水素リッチガス中の一酸化炭素濃度ＣＯを
確実に所望の濃度以下にすることができる。
【００４１】実施例の燃料改質装置２０では、改質する
燃料としてメタンを主成分とする天然ガスを用いたが、
エタンなどの飽和系の炭化水素やエチレンなどの不飽和
系の炭化水素の他、メタノールなどの炭化水素系のアル
コールなどを改質する燃料としてもよい。この場合、流
量計付電磁弁３８に代えてそれぞれの重量流量を計測で
きる計器を設置すると共に、改質部３０に充填される触
媒を改質する燃料の改質反応に適するものに変更し、気
化部２６や改質部３０の温度も改質する燃料に適応する
温度とすればよい。
燃料としてメタンを主成分とする天然ガスを用いたが、
エタンなどの飽和系の炭化水素やエチレンなどの不飽和
系の炭化水素の他、メタノールなどの炭化水素系のアル
コールなどを改質する燃料としてもよい。この場合、流
量計付電磁弁３８に代えてそれぞれの重量流量を計測で
きる計器を設置すると共に、改質部３０に充填される触
媒を改質する燃料の改質反応に適するものに変更し、気
化部２６や改質部３０の温度も改質する燃料に適応する
温度とすればよい。
【００４２】また、実施例の燃料改質装置２０では、ブ
ロワ４６によりシフト反応部３２に供給される水素リッ
チガスに空気を混入させたが、酸素を含有するものであ
ればよいから種々の酸素を含有する酸化ガスを用いるこ
とができる。
ロワ４６によりシフト反応部３２に供給される水素リッ
チガスに空気を混入させたが、酸素を含有するものであ
ればよいから種々の酸素を含有する酸化ガスを用いるこ
とができる。
【００４３】さらに、実施例の燃料改質装置２０では、
燃料改質装置２０により改質された改質燃料である水素
リッチガスを燃料電池６０に供給するものとしたが、燃
料電池６０の他、水素を燃料とする水素エンジンなど他
の水素消費機関に供給するものとしてもよい。この場
合、シフト反応部３２の触媒容積は、水素消費機関の使
用特性などによって定めることができる。
燃料改質装置２０により改質された改質燃料である水素
リッチガスを燃料電池６０に供給するものとしたが、燃
料電池６０の他、水素を燃料とする水素エンジンなど他
の水素消費機関に供給するものとしてもよい。この場
合、シフト反応部３２の触媒容積は、水素消費機関の使
用特性などによって定めることができる。
【００４４】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、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、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
を用いて説明したが、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、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図１】 本発明の一実施例である燃料改質装置２０の
構成の概略を示す構成図である。
構成の概略を示す構成図である。
【図２】 水素リッチガスの供給量とシフト反応部３２
出口の水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度との関係の
一例を示すグラフである。
出口の水素リッチガス中の一酸化炭素の濃度との関係の
一例を示すグラフである。
【図３】 実施例の燃料改質装置２０のＣＰＵ５２で実
行される空気供給量制御ルーチンの一例を示すフローチ
ャートである。
行される空気供給量制御ルーチンの一例を示すフローチ
ャートである。
【図４】 変形例の空気供給量制御ルーチンの一例を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【符号の説明】 ２０ 燃料改質装置、２２ 水タンク、２４ 天然ガス
タンク、２６ 気化部、２８ 燃焼部、３０ 改質部、
３２ シフト反応部、３３ 一酸化炭素濃度計、３４
選択酸化部、３６ ポンプ、３８ 流量計付電磁弁、４
０ アクチュエータ、４２ 電磁弁、４４ アクチュエ
ータ、４６ ブロワ、４８ ブロワ、５０ 電子制御ユ
ニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、
５８ 入出力ポート、６０ 燃料電池。
タンク、２６ 気化部、２８ 燃焼部、３０ 改質部、
３２ シフト反応部、３３ 一酸化炭素濃度計、３４
選択酸化部、３６ ポンプ、３８ 流量計付電磁弁、４
０ アクチュエータ、４２ 電磁弁、４４ アクチュエ
ータ、４６ ブロワ、４８ ブロワ、５０ 電子制御ユ
ニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、
５８ 入出力ポート、６０ 燃料電池。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB18 EB42 EB43 EC01 5H027 AA02 BA01 BA17 KK21 KK31 MM01
Claims (14)
- 【請求項１】 炭化水素系からなる燃料を水素リッチな
燃料とする燃料改質装置であって、 前記炭化水素系からなる燃料を水素リッチなガスに改質
する改質部と、 該改質部の最大能力に対して所定の割合を最大能力と
し、該改質部から供給される前記水素リッチなガスに含
まれる一酸化炭素の一部を水と反応させて水素と二酸化
炭素とにシフトするシフト反応部と、 該シフト反応部に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、 前記改質部から前記シフト反応部に供給される水素リッ
チなガスの該シフト反応部の最大能力に対する超過を検
出する能力超過検出手段と、 該超過を検出したとき、前記酸化ガス供給手段により前
記シフト反応部に前記酸化ガスが供給されるよう該酸化
ガス供給手段を制御する酸化ガス供給制御手段とを備え
る燃料改質装置。 - 【請求項２】 前記酸化ガス供給制御手段は、前記シフ
ト反応部に供給される水素リッチなガスに含まれる一酸
化炭素に対して該シフト反応部に供給される酸化ガスに
含まれる酸素が所定のモル比となるよう前記酸化ガス供
給手段を制御する手段である請求項１記載の燃料改質装
置。 - 【請求項３】 前記モル比は、少なくとも０．０５また
は０．２以上のモル比である請求項２記載の燃料改質装
置。 - 【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、 前記能力超過検出手段は、 前記シフト反応部に供給される水素リッチなガスの流量
を検出するガス流量検出手段と、 該検出された水素リッチなガスの流量が前記シフト反応
部の最大能力を超過しているかを判定する超過判定手段
とを備える燃料改質装置。 - 【請求項５】 前記ガス流量検出手段は、前記炭化水素
系からなる燃料の前記改質部への供給量に基づいて前記
シフト反応部に供給される水素リッチなガスの流量を検
出する手段である請求項４記載の燃料改質装置。 - 【請求項６】 前記請求項１ないし５いずれか記載の燃
料改質装置であって、 前記能力超過検出手段は、 前記シフト反応部による反応の後の水素リッチなガス中
の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素濃度検出手段
と、 該検出された一酸化炭素濃度に基づいて前記シフト反応
部に供給される水素リッチなガスの該シフト反応部の最
大能力に対する超過を判定する超過判定手段とを備える
燃料改質装置。 - 【請求項７】 前記酸化ガス供給制御手段は、前記一酸
化炭素濃度検出手段により検出される一酸化炭素濃度が
所定濃度以下となるよう前記酸化ガス供給手段を制御す
る手段である請求項６記載の燃料改質装置。 - 【請求項８】 前記シフト反応部の能力が前記シフト反
応に必要な触媒を担持する触媒担持部材の容積で示され
るとき、前記所定の割合は５０％以下の容積である請求
項１ないし７いずれか記載の燃料改質装置。 - 【請求項９】 前記シフト反応部にシフト反応のための
触媒は銅−亜鉛系の触媒である請求項１ないし８いずれ
か記載の燃料改質装置 - 【請求項１０】 炭化水素系からなる燃料を水素リッチ
な燃料とする燃料改質方法であって、 前記炭化水素系からなる燃料を水素リッチなガスに改質
する改質ステップと、 該改質された水素リッチなガスに含まれる一酸化炭素の
一部を水と反応させて水素と二酸化炭素とにシフトする
シフト反応ステップと、 前記改質ステップにより改質された水素リッチなガスが
前記シフト反応ステップに用いられる反応層に該反応層
の能力を超えて供給されるとき、該水素リッチなガスに
酸素を含有する酸化ガスを混和させて該反応層に供給す
る酸化ガス混和ステップとを備える燃料改質方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の燃料改質方法であっ
て、 前記酸化ガス混和ステップは、 前記反応層に供給される水素リッチなガスの流量を検出
し、 該検出された水素リッチなガスの流量に基づいて該水素
リッチガスの前記反応層の能力に対する超過を判定し、 該水素リッチなガスの流量に基づいて前記酸化ガスを混
和させるステップである燃料改質方法。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の燃料改質方法であっ
て、 前記酸化ガス混和ステップは、 前記シフト反応ステップ後の水素リッチなガス中の一酸
化炭素濃度を検出し、 該検出された一酸化炭素濃度に基づいて前記水素リッチ
なガスの前記反応層の能力に対する超過を判定し、 該一酸化炭素濃度に基づいて前記酸化ガスを混和させる
ステップである燃料改質方法。 - 【請求項１３】 前記シフト反応ステップに用いられる
反応層の能力は前記改質ステップから供給される水素リ
ッチなガスの最大供給量に対して５０％以下である請求
項１０ないし１２いずれか記載の燃料改質方法。 - 【請求項１４】 前記シフト反応ステップは、銅−亜鉛
系の触媒を用いて前記シフト反応を行なうステップであ
る請求項１０ないし１３いずれか記載の燃料改質方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11008431A JP2000203804A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 燃料改質装置および燃料改質方法 |
| US09/471,483 US6455008B1 (en) | 1999-01-14 | 1999-12-23 | Fuel reformer and fuel reforming method |
| DE10001167A DE10001167B4 (de) | 1999-01-14 | 2000-01-13 | Kraftstoffreformer und Kraftstoffreformierverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11008431A JP2000203804A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 燃料改質装置および燃料改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000203804A true JP2000203804A (ja) | 2000-07-25 |
Family
ID=11692947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11008431A Pending JP2000203804A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 燃料改質装置および燃料改質方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6455008B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000203804A (ja) |
| DE (1) | DE10001167B4 (ja) |
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| WO2007091632A1 (ja) * | 2006-02-08 | 2007-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池システム |
| JP2021147301A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | バイオテク，インコーポレーテッド | 水素発生システム |
| JP2021147303A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | バイオテク，インコーポレーテッド | 水素発生システム |
| JP2021147304A (ja) * | 2020-03-17 | 2021-09-27 | バイオテク，インコーポレーテッド | 水素発生システム |
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|---|---|---|---|---|
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| US20020090329A1 (en) * | 2000-08-11 | 2002-07-11 | Marten Ternan | Apparatus for a fuel processing system |
| WO2002026620A1 (fr) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de formation d'hydrogene |
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| JP2003288934A (ja) * | 2002-01-23 | 2003-10-10 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用燃料改質装置 |
| JP3722079B2 (ja) * | 2002-03-27 | 2005-11-30 | 日産自動車株式会社 | 一酸化炭素除去装置 |
| JP3719422B2 (ja) * | 2002-04-15 | 2005-11-24 | 日産自動車株式会社 | 燃料改質システム |
| KR100533298B1 (ko) * | 2002-09-30 | 2005-12-05 | 가부시끼가이샤 도시바 | 연료 전지 시스템 |
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