JP2000219501A

JP2000219501A - 改質装置

Info

Publication number: JP2000219501A
Application number: JP11023731A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Kinukawa; 謙作絹川; Manabu Mizobuchi; 学溝渕
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】起動・停止を繰り返してもシフト触媒の劣化
が起こらず、シフト触媒の長寿命化を図り、ひいては小
型可搬型の燃料電池発電システムの長寿命化を図るのに
有効な改質装置を提供する。【解決手段】原燃料と水蒸気とから水蒸気改質反応に
より水素リッチな改質ガスを生成する改質反応部１、改
質反応部１で生成された改質ガス中のＣＯ濃度を水性シ
フト反応によって低減させるシフト反応部３、シフト反
応部３で低減された改質ガス中のＣＯ濃度をＣＯ選択酸
化反応によって更に低減するＣＯ選択酸化反応部４、及
び各反応部１、３、４へ熱エネルギーを供給する燃焼部
２を具備する改質装置Ａである。改質装置Ａの停止時に
冷却用ガスが供給されて改質反応部１及びＣＯ選択酸化
反応部４を冷却する熱伝通路９を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素系の気
体、液体、固体等やメタノール系等のアルコール燃料
を、水蒸気と反応させて水素リッチな改質ガスを生成す
る改質装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭化水素系の気体、液体、固体等やメタ
ノール系等のアルコール燃料を、水蒸気と反応させて水
素リッチな改質ガスを生成する改質装置は、燃料電池発
電システムにおいて燃料水素の供給源として利用されて
いる。

【０００３】従来の改質装置は、原燃料と水蒸気とから
水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する
改質反応部、改質反応部に熱エネルギーを供給する燃焼
部、改質反応部で生成された改質ガス中のＣＯ濃度を水
性シフト反応によって低減させるシフト反応部、及びシ
フト反応部で水性シフト反応された改質ガス中のＣＯ濃
度をＣＯ選択酸化反応によって更に低減するＣＯ選択酸
化反応部を備えるものである。

【０００４】上記の改質装置を用いて原燃料を改質する
場合の改質装置の動作を説明する。原燃料としては炭化
水素系の気体または液体の燃料や、アルコール系の燃料
等を用いるものであり、この原燃料と水蒸気は改質反応
部に送られる。また、燃焼部には燃焼用燃料と燃焼用空
気が供給され、燃焼部における燃焼用燃料と燃焼用空気
による燃焼反応によって発生する熱エネルギーが改質反
応部に供給される。この熱エネルギーにより原燃料と水
蒸気は改質反応部中で改質反応を起こして水素リッチな
改質ガスに改質されるものである。この改質ガス中には
水素ガスの他にＣＯ₂、ＣＯ、ＣＨ₄等が含まれるもので
あり、ＣＯは燃料電池の白金系又は合金系電極触媒を被
毒して電極特性を低下させるものである。そこで改質反
応部で改質され改質ガスはシフト反応部に送られ、改質
ガス中のＣＯの大部分はシフト反応部中で、化学式ＣＯ
＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂で示される水性シフト反応により
ＣＯ₂に変換される。シフト反応部中でＣＯを低減され
た改質ガスは、その後ＣＯ選択酸化反応部に送られ、改
質ガスに未だ残存するＣＯはＣＯ選択酸化反応部中で、
化学式２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂で示されるＣＯ選択酸化反
応によりＣＯ₂に酸化され、改質ガス中のＣＯ濃度が更
に低減されるものである。ここでＣＯの水性シフト反応
は、通常銅−亜鉛系のシフト触媒を用い、ＣＯ選択酸化
反応は、白金、ルテニウム等のＣＯ酸化触媒を用いて行
われる。

【０００５】このようにして構成される改質装置は、従
来は通常連続運転され、装置のメンテナンス以外には停
止しないシステムとなっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、改質反応の稼
動を停止して温度が低下したときに、銅−亜鉛系のシフ
ト触媒が水分を吸収すると、改質装置の起動時の温度上
昇による水分の蒸発によりシフト触媒が崩壊することが
ある。すなわち、上記のような改質装置を用いて水素を
主成分とする改質ガスを生成させる場合、改質装置の停
止時にシフト反応部内に水蒸気が残留していると、改質
装置内の温度低下によりこの水蒸気が凝結してシフト触
媒が吸水し、起動時にシフト触媒の温度が上昇するとこ
のシフト触媒が吸水した水分が蒸発してシフト触媒が崩
壊するものである。

【０００７】ここで従来の大型あるいは中型の燃料電池
発電システムに用いられていた改質装置においては、ほ
とんど起動・停止操作のない連続運転が行われており、
装置のメンテナンス等により稼動を停止する場合には改
質装置内に不活性ガスを供給し、各反応部の反応管内の
ガスや水分等を不活性ガスと置換する方法が用いられて
いた。更に、多少触媒の劣化が起こっても問題とならな
いように、触媒を所定量以上充填することで、このよう
な劣化の問題に対応していた。しかしこのような方法で
は改質装置が大型化するため、小型の燃料電池発電シス
テムには適用できないものであった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、起動・停止を繰り返してもシフト触媒の劣化が起
こらず、シフト触媒の長寿命化を図り、ひいては小型可
搬型の燃料電池発電システムの長寿命化を図るのに有効
な改質装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
改質装置は、原燃料と水蒸気とから水蒸気改質反応によ
り水素リッチな改質ガスを生成する改質反応部１、改質
反応部１で生成された改質ガス中のＣＯ濃度を水性シフ
ト反応によって低減させるシフト反応部３、シフト反応
部３で低減された改質ガス中のＣＯ濃度をＣＯ選択酸化
反応によって更に低減するＣＯ選択酸化反応部４、及び
各反応部１、３、４へ熱エネルギーを供給する燃焼部２
を具備する改質装置Ａであって、改質装置Ａの停止時に
冷却用ガスが供給されて改質反応部１及びＣＯ選択酸化
反応部４を冷却する熱伝通路９を具備して成ることを特
徴とするものである。

【００１０】また本発明の請求項２に係る改質装置は、
請求項１の構成に加えて、改質装置Ａの停止時にシフト
反応部３を加熱する加熱手段を具備して成ることを特徴
とするものである。

【００１１】また本発明の請求項３に係る改質装置は、
請求項２の構成に加えて、加熱手段としてヒータ１０を
具備して成ることを特徴とするものである。

【００１２】また本発明の請求項４に係る改質装置は、
請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、内部に改質
反応部１、シフト反応部３及びＣＯ選択酸化反応部４が
配設され、改質装置Ａの稼働時に燃焼部２からの熱エネ
ルギーが供給されて改質反応部１、シフト反応部３及び
ＣＯ選択酸化反応部４を加熱し、改質装置Ａの停止時に
冷却用ガスが供給される熱伝通路９を具備すると共に、
改質装置Ａの停止時にシフト反応部３の周囲への冷却用
ガスの流入を遮断する遮断手段を熱伝通路９に具備して
成ることを特徴とするものである。

【００１３】また本発明の請求項５に係る改質装置は、
請求項１乃至４のいずれかの構成に加えて、改質装置Ａ
の稼働時に原燃料を改質反応部１へ供給し、改質装置Ａ
の停止時に原燃料をシフト反応部３へ供給する切換手段
を備えて成ることを特徴とするものである。

【００１４】また本発明の請求項６に係る改質装置は、
請求項１乃至５のいずれかの構成に加えて、改質反応部
１、シフト反応部３及びＣＯ選択酸化反応部４を螺旋状
の反応管１１ａ、１１ｂ、１１ｃとして形成して成るこ
とを特徴とするものである。

【００１５】また本発明の請求項７に係る改質装置は、
請求項１乃至６のいずれかの構成に加えて、内部に改質
反応部１、シフト反応部３及びＣＯ選択酸化反応部４が
配設され、改質装置Ａの稼働時に燃焼部２からの熱エネ
ルギーが供給されて改質反応部１、シフト反応部３及び
ＣＯ選択酸化反応部４を加熱し、改質装置Ａの停止時に
冷却用ガスが供給される熱伝通路９を具備すると共に、
改質装置Ａの稼働時にシフト反応部３の周囲と改質装置
Ａ外部とを連通し、改質装置Ａの停止時にシフト反応部
１の周囲と改質装置Ａ外部とを遮断する遮断手段を熱伝
通路９に具備して成ることを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１７】図１は本発明の実施の形態の一例を示す概
略断面図である。ここに示す改質装置Ａは、下部に燃焼
部２を、この燃焼部２の上方に、円柱状の改質部２２
を、この改質部２２の上方に円柱状の接続部２４を、こ
の接続部２４の上方に円柱状のシフト・酸化部２３を設
けている。またこの改質装置Ａの内部には、改質部２２
内、接続部２４内、及びシフト・酸化部２３内を連通
し、第一通気路１８、第二通気路１９、第三通気路２
０、及び接続路２１にて構成される熱伝通路９を設け、
この熱伝通路９内に改質反応部１、シフト反応部３、及
びＣＯ選択酸化反応部４を配設している。以下具体的に
説明すると、改質部２２の内部は中空の第一通気路１８
として形成しており、この第一通気路１８内に改質反応
部１を配設している。また接続部２４は内部を第一通気
路１８に連通する中空な接続路２１として形成してお
り、この接続部２４の外壁には、冷却用空気路２５を、
接続路２１内に連通させて接続している。またシフト・
酸化部２３内は、その外壁３２と同心円状に配置された
円筒形の内壁３３にて仕切られており、内壁３３の内部
の空間は第二通気路１９として形成され、この第二通気
路１９内には、シフト反応部３を配置している。またこ
の内壁３３と外壁３２との間の空間は第三通気路２０と
して形成され、この第三通気路２０内には、ＣＯ選択酸
化反応部４を配置している。ここで第三通気路２０は、
下部において、接続路２１と連通しており、また上部は
上部開口３４を設けて改質装置Ａ外部に連通させてい
る。

【００１８】また第二通気路１９の上部には通気路上部
蓋３０を、下部には通気路切換装置３１をそれぞれ設け
ている。この通気路上部蓋３０は第二通気路１９と改質
装置Ａ外部との間を開閉するものであり、通気路切換装
置３１は第二通気路１９と接続路２１との間を開閉する
ものである。

【００１９】通気路上部蓋３０及び通気路切換装置３１
の構成を例示する。図４に示すように、円盤に一対の扇
形の切り欠きを、円盤の中心に対して対称に設けて、こ
の切り欠き部分を開口部２７として形成すると共に、他
の切り残し部分を円盤の中心に対して対称な形状の一対
の開閉翼２６として形成し、固定蓋２８を形成する。こ
こで開口部２７は開閉翼２６よりもやや小さい形状に形
成するものである。この固定蓋２８を、第二通気路１９
の上下開口に、その開口を塞ぐようにそれぞれ設ける。
また可動蓋２９を、この固定蓋２８と略同一形状に形成
し、各固定蓋２８と重ねて配設する。この可動蓋２９に
は、可動蓋２９を上下方向に移動すると共に、可動蓋２
９の中心を通る鉛直軸を回転軸として回転させる可動手
段１２を設けるものである。このようにして固定蓋２
８、可動蓋２９、及び可動手段１２からなる通気路上部
蓋３０及び通気路切換装置３１を、第二通気路１９の上
下開口にそれぞれ配設する。この通気路上部蓋３０又は
通気路切換装置３１を開閉させる動作を説明する。まず
図４（ａ）（ｂ）に示すように、固定蓋２８の開閉翼２
６にて可動蓋２９の開口部２７を塞ぐように固定蓋２８
と可動蓋２９を密着させて重ねることにより、通気路上
部蓋３０又は通気路切換装置３１を閉状態とする。この
状態から、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、可動蓋２９
をソレノイド機構等を備える可動手段１２により固定蓋
２８から離間させた後、固定蓋２８の開閉翼２６と可動
蓋２９の開閉翼２６とが重なるように、可動蓋２９をそ
の中心を通る鉛直軸を回転軸として回転させることによ
り、固定蓋２８の開口部２７と可動蓋２９の開口部２７
とを連通させて、通気路上部蓋３０又は通気路切換装置
３１を開状態とするものである。

【００２０】上記の通気路切換装置３１は、改質ガスの
停止時にシフト反応部３の周囲への冷却用ガスの流入を
遮断する遮断手段として設け、また通気路上部蓋３０
は、改質装置Ａの稼働時にシフト反応部３の周囲と改質
装置Ａ外部とを連通し、改質装置Ａの停止時にシフト反
応部３の周囲と改質装置Ａ外部とを遮断する遮断手段と
して設けるものであり、その開閉動作の制御の詳細は後
述する。

【００２１】また改質反応部１、シフト反応部３、及び
ＣＯ選択酸化反応部４は、それぞれ螺旋状の改質反応管
１１ａ、シフト反応管１１ｂ及びＣＯ酸化反応管１１ｃ
として形成することができ、改質反応管１１ａ内にはニ
ッケル系、ルテニウム系、ロジウム系等の改質触媒が、
シフト反応管１１ｂ内には銅−亜鉛系のシフト触媒が、
またＣＯ酸化反応管１１ｃ内には、白金、ルテニウム等
のＣＯ酸化触媒を充填している。ここで図１に示す例に
おいては、改質反応管１１ａは改質部２２の外壁の内面
に沿って上下方向の螺旋状に形成し、シフト反応管１１
ｂはシフト・酸化部２３の内壁３３の内面に沿って上下
方向の螺旋状に形成し、またＣＯ酸化反応管１１ｃはシ
フト・酸化部２３の外壁３２の内面及び内壁３３の外面
に沿った上下方向の螺旋状に形成している。

【００２２】また改質反応管１１ａの上流側の端部に
は、原燃料供給管１５と水蒸気供給管１６を連通接続し
て設けるものであり、この図１に示す実施の形態におい
ては水蒸気供給管１６は原燃料供給管１５と合流して改
質反応管１１ａに接続するようにしている。改質反応管
１１ａの下流側の端部とシフト反応管１１ｂの上流側の
端部は、改質反応部−シフト反応部接続管７で連通接続
しており、またシフト反応管１１ｂの下流側の端部とＣ
Ｏ酸化反応管１１ｃの上流側の端部は、シフト反応部−
ＣＯ選択酸化反応部接続管８で連通接続している。また
ＣＯ酸化反応管１１ｃの下流側の端部には、改質ガス導
出管１７を連通接続して設けている。

【００２３】また燃焼部２は、白金、パラジウム、ロジ
ウム、ルテニウム等をペレット状、網状、あるいはハニ
カム状等に形成した燃焼用触媒が充填された触媒燃焼装
置として形成することができ、その外面には燃焼用空気
を燃焼部２に供給する空気供給管１３と、燃焼用燃料を
燃焼部２に供給する燃料供給管１４を燃焼部２内に接続
して設けている、ここでこの図１に示す実施の形態にお
いては燃料供給管１４は空気供給管１３と合流して燃焼
部２に接続している。そしてこの燃焼部２にて燃焼反応
により生成されるＣＯ₂等の燃焼排ガスは、第一通気路
１８に供給されるようにしている。

【００２４】上記のようにして構成される改質装置Ａを
起動させる際は、まず通気路上部蓋３０を閉状態、通気
路切換装置３１を開状態となるように制御し、燃料供給
管１４からブタン等の燃焼用燃料を、空気供給管１３か
ら燃焼用空気を燃焼部２にそれぞれ供給して、燃焼部２
にて燃焼用燃料を燃焼させる。ここで通気路上部蓋３０
を閉状態とするのは、第二通気路１９と改質装置Ａ外部
との間を遮断することにより、熱エネルギーの改質装置
Ａ外への放出を抑制して、熱伝通路９内に配置された各
反応部の加熱効率を向上させるためである。燃焼用燃料
の燃焼により得られる熱エネルギーは、燃焼用燃料の燃
焼により発生する燃焼排ガスを媒体として、先ず第一通
気路１８を通過し、改質反応部１を、改質反応の反応進
行温度である５００〜９００℃まで加熱する。この熱エ
ネルギーは、接続路２１を通じて第二通気路１９へ伝達
され、シフト反応部３をシフト反応の反応開始温度であ
る約２００℃の温度、好ましくは２２０〜２８０℃の温
度まで加熱する。更にこの熱エネルギーは、主として内
壁３３を介して第二通気路１９から第三通気路２０へ伝
達され、ＣＯ選択酸化反応部４を、ＣＯ選択酸化反応の
反応開始温度である約１００℃の温度、好ましくは１２
０〜１８０℃の温度まで加熱する。ここで燃焼部２にて
発生させた熱エネルギーを、加熱温度の高い反応部から
順に伝達させることにより、各反応部を効率良く加熱す
ることができるものである。上記のように改質反応部１
を構成する改質反応管１１ａ、シフト反応部３を構成す
るシフト反応管１１ｂ、及びＣＯ選択酸化反応部４を構
成するＣＯ酸化反応管１１ｃを螺旋状に配置することに
より、各反応管１１ａ、１１ｂ、１１ｃの表面積を大き
くして、加熱効率を更に向上させることができるもので
ある。このように各反応部が所望の温度まで加熱された
ら、通気路上部蓋３０を開状態となるように制御し、各
反応部が過剰に加熱されることを抑制するものである。
燃焼部２にて発生した燃焼排ガスは、最終的には第二通
気路１９の通気路上部蓋３０及び第三通気路２０の上部
開口３４から改質装置Ａ外に排出される。

【００２５】このように各反応部を加熱した状態で、原
燃料及び水を改質反応部１へ供給して、原燃料の改質を
行う。原燃料としてはブタンガス等の炭化水素系の気体
または液体の燃料や、アルコール系の燃料等を用いるも
のであり、原燃料は原燃料供給管１５から改質反応部１
に送るものである。改質反応に必要な水は水蒸気供給管
１６に供給した水を改質反応部１から受ける熱により気
化させたものを原燃料供給管１５に送ることによって原
燃料と混合してから改質反応部１に送ることができる。
この改質反応部１中において改質反応により、原燃料を
水素リッチな改質ガスに改質するものである。水素ガス
を充分に含む改質ガスを生成するためには、改質反応は
改質反応部１に充填してあるニッケル系、ルテニウム
系、ロジウム系等の改質触媒の存在下で、５００〜９０
０℃の温度で進行させるのが好ましいものであり、その
加熱方法は既に述べた通りである。ここで原燃料として
ブタンガスを用いた場合、生成した改質ガス中には約７
０％の水素ガスが含まれる他、ＣＯ₂、ＣＯ、ＣＨ₄等が
含まれるものである。この改質反応は吸熱反応であっ
て、改質反応を進めるためには改質装置Ａの運転中常に
改質反応装置１に熱エネルギーを供給し続けなければな
らない。改質反応部１中で改質された改質ガス中には上
記のように水素ガスの他にＣＯ₂、ＣＯ、ＣＨ₄等が含ま
れ、原燃料としてブタンガスを用いた場合ＣＯは改質ガ
ス中に約１０％含むものである。ＣＯは燃料電池の白金
系または合金系電極触媒を被毒して電極特性を低下させ
るものであり、そこで改質反応部１で改質させた改質ガ
スは改質反応部−シフト反応部接続管７を通じてシフト
反応部３に送り、改質ガス中のＣＯの大部分はシフト反
応部３中で水性シフト反応によりＣＯ₂に変換するもの
である。この水性シフト反応は、ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋
Ｈ₂の反応式で表される発熱反応であって、シフト反応
部３に充填してある銅−亜鉛系のシフト触媒の存在下で
約２００℃の温度で開始するものであるが、水性シフト
反応を安定して継続させるにはシフト反応部３を２２０
〜２８０℃の温度とするのが好ましく、その加熱方法は
既に述べた通りである。この水性シフト反応に必要な水
は改質反応で用いられなかった改質ガス中の剰余の水蒸
気を利用するものであり、そのために水蒸気供給管１６
から予め改質反応に必要な水蒸気だけでなく水性シフト
反応に必要な水蒸気も改質反応部１に送るようにしてお
くものである。シフト反応部３中の水性シフト反応によ
り改質ガス中のＣＯは約１％まで低減されるものであ
り、このＣＯを低減された改質ガスはその後シフト反応
部−ＣＯ選択酸化反応部接続管８を通じてＣＯ選択酸化
反応部４に送り、改質ガスに未だ残存するＣＯをＣＯ選
択酸化反応部４中でＣＯ選択酸化反応によりＣＯ₂に酸
化し、改質ガス中のＣＯ濃度を約５０ｐｐｍにまで低減
するものである。このＣＯ選択酸化反応は、２ＣＯ＋Ｏ
₂→２ＣＯ₂と表される発熱反応であって、ＣＯ選択酸化
反応部４に充填してある白金、ルテニウム等のＣＯ酸化
触媒の存在下で約１００℃の温度で開始するものである
が、ＣＯ選択酸化反応を安定して継続させるにはＣＯ選
択酸化反応部４を１２０〜１８０℃の温度とするのが好
ましいものである。その加熱方法は既に述べた通りであ
る。

【００２６】上記のシフト反応及びＣＯ選択酸化反応は
発熱反応であり、そのため燃焼部２からの熱エネルギー
を供給した状態で反応を継続して進行させると、シフト
反応部３及びＣＯ選択酸化反応部４の温度が高くなりす
ぎて、反応を安定して継続させることが困難となる。そ
のため、冷却用空気路２５から冷却用空気を接続路２１
へ供給した後、第一通気路１８及び第二通気路１９へ送
り、シフト反応部３及びＣＯ選択酸化反応部４の温度を
調節するものである。

【００２７】上記のように改質反応部１にて生成し、シ
フト反応部３及びＣＯ選択酸化反応部４にてＣＯ濃度を
低減した改質ガスはＣＯ選択酸化反応部４から改質ガス
導出管１７を通じて改質装置Ａ外に供給し、燃料電池発
電システムの発電燃料等に利用できるものである。

【００２８】改質装置Ａの稼働を停止させるにあたって
は、燃焼部２への燃焼用燃料の供給を停止し、また改質
反応部１への原燃料及び水の供給を停止する。このとき
燃焼部２への燃焼用空気の供給は継続して行うものであ
る。また通気路切換装置３１及び通気路上部蓋３０を共
に閉状態となるように制御する。このとき燃焼用空気
は、改質反応部１及びＣＯ選択酸化反応部４を冷却する
ための冷却用ガスとして作用し、燃焼用空気は第一通気
路１８を通過して改質反応部１を冷却し、更に第三通気
路２０を通過してＣＯ選択酸化反応部４を冷却する。こ
の燃焼用空気の供給は、改質反応部１及びＣＯ選択酸化
反応部４が常温まで冷却されるまで行うことが好まし
い。ここで、冷却用ガスとして、この燃焼用空気の供給
と加えて、冷却用空気路２５からの冷却用空気の供給を
継続して行うことにより、更に冷却効率を向上すること
ができる。ここで第二通気路１９は上部において通気路
上部蓋３０にて外部から遮断されて、第二通気路１９内
の熱が上方へ放熱することが防止されており、また下部
において通気路切換装置３１にて接続路２１と遮断され
て第二通気路１９内に燃焼用空気や冷却用空気が供給さ
れないため、冷却されずに保温されるものである。この
ようにして、改質反応部１及びＣＯ選択酸化反応部４が
冷却されて常温になるまで燃焼用空気や冷却用空気を供
給するものであり、一方シフト反応部３を好ましくは１
００〜２００℃の範囲で保温するものである。このとき
改質反応部１を構成する改質反応管１１ａ及びＣＯ選択
酸化反応部４を構成するＣＯ酸化反応管１１ｃを上記の
ように螺旋状に形成することにより、反応管の表面積を
向上して冷却効率を向上し、改質反応部１及びＣＯ選択
酸化反応部４において水蒸気の凝結を速やかに行うこと
ができるものである。冷却用ガスは、最終的には第三通
気路２０の上部開口３４から改質装置Ａ外に排出され
る。

【００２９】このようにすると、保温されているシフト
反応部３内においては水蒸気の凝結は起こらず、一方、
改質反応部１及びＣＯ選択酸化反応部４内は、温度低下
のために減圧され、シフト反応部３内に残存する水蒸気
は、改質反応部１及びＣＯ選択酸化反応部４に流れ込ん
で凝結する。そのため、改質装置Ａの停止時にシフト反
応部３内のシフト触媒が吸水することを防ぐことがで
き、次回起動時にシフト触媒の温度が上昇しても、水分
の蒸発によりシフト触媒が崩壊することを防止すること
ができるものである。

【００３０】図２は本発明の他の実施の形態を示すもの
であり、第二通気路１９内において、シフト反応部３の
内側に、加熱手段として電熱線等のようなヒータ１０を
配置し、改質装置Ａの停止時にヒータ１０にて第二通気
路１９を加熱してシフト反応部３を保温するようにした
以外は、上記の図１に示す実施の形態と同様の構成を有
するものである。このようにすると、改質装置Ａの停止
時に、第二通気路１９内はヒータ１０にて加熱され、ま
た第二通気路１９は上部において通気路上部蓋３０によ
り外部から遮断されて、第二通気路１９内の熱が上方へ
放熱することが防止されており、また下部においては通
気路切換装置３１により接続路２１と遮断されて第二通
気路１９内に燃焼用空気や冷却用空気が供給されないた
め、冷却されずに保温されるものであり、更にヒータ１
０にてシフト反応部３の保温を安定して行うことができ
るものであり、シフト反応部３内での水蒸気の凝結を確
実に防止することができるものである。

【００３１】図３は本発明の更に他の実施の形態を示す
ものであり、原燃料供給管１５から置換ガス供給管６を
分岐させて設け、この置換ガス供給管６を改質反応部−
シフト反応部接続管７に合流させて接続したものであ
る。またこの原燃料供給管１５と置換ガス供給管６との
分岐点には、原燃料供給管１５の流通を開閉すると共
に、原燃料供給管１５の上流側と置換ガス供給管６との
間の流通を開閉して原燃料の流路を切り換えるように制
御される切換弁５を設けたものである。この切換弁５は
改質装置Ａの稼働時に原燃料を改質反応部１へ供給し、
改質装置Ａの停止時に原燃料をシフト反応部３へ供給す
る切換手段として設けたものである。他の構成は、上記
の図１に示す実施の形態と同様である。

【００３２】改質装置Ａの起動時は、切替弁５を、原燃
料供給管１５の流通が開状態、原燃料供給管１５の上流
側と置換ガス供給管６との間の流通が閉状態となるよう
に制御することにより、原燃料を改質反応部１に供給
し、図１に示すものと同様にして原燃料ガスの改質を行
う。そして改質装置Ａの停止時には、図１に示す場合と
同様に改質反応部１及びＣＯ選択酸化反応部４の冷却、
及びシフト反応部３の保温を行うと共に、更に切換弁５
を、原燃料供給管１５の流通が閉状態、原燃料供給管１
５の上流側と置換ガス供給管６との間の流通が開状態と
なるように制御することにより、原燃料をシフト反応部
３へ送り、シフト反応部３内の気体を原燃料と置換する
ことにより、水蒸気をシフト反応部３から除去して、シ
フト反応部３内にて水蒸気が凝結することを確実に防止
することができるものである。シフト反応部３内の気体
が置換されたら、切換弁５を、原燃料供給管１５の流通
と、原燃料供給管１５の上流側と置換ガス供給管６との
間の流通が共に閉状態となるように制御することによ
り、シフト反応部３への原燃料の供給を停止するもので
ある。

【００３３】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る改
質装置は、原燃料と水蒸気とから水蒸気改質反応により
水素リッチな改質ガスを生成する改質反応部、改質反応
部で生成された改質ガス中のＣＯ濃度を水性シフト反応
によって低減させるシフト反応部、シフト反応部で低減
された改質ガス中のＣＯ濃度をＣＯ選択酸化反応によっ
て更に低減するＣＯ選択酸化反応部、及び各反応部へ熱
エネルギーを供給する燃焼部を具備する改質装置であっ
て、改質装置の停止時に冷却用ガスが供給されて改質反
応部及びＣＯ選択酸化反応部を冷却する熱伝通路を具備
するため、改質装置の稼働を停止した際に冷却用ガスに
て改質反応部とＣＯ選択酸化反応部を冷却することによ
り、改質反応部内及びＣＯ選択酸化反応部内を減圧し、
シフト反応部内の水蒸気を改質反応部及びＣＯ選択酸化
反応部内に流入させて改質反応部内及びＣＯ選択酸化反
応部内にて凝結させることができるものであり、シフト
反応部内で水蒸気が凝結してシフト触媒が吸水すること
を防ぐことができ、次回の改質装置起動時にシフト反応
部内のシフト触媒中の水分が蒸発してシフト触媒が崩壊
することを防止し、起動・停止を繰り返してもシフト触
媒の劣化が起こらず、シフト触媒の長寿命化を図ること
ができるものである。従ってこのような改質装置にて、
小型可搬型の燃料電池発電システムの長寿命化を図るこ
とができるものである。

【００３４】また本発明の請求項２に係る改質装置は、
請求項１の構成に加えて、改質装置の停止時にシフト反
応部を加熱する加熱手段を具備するため、改質装置の停
止時におけるシフト反応部における水蒸気の凝結を確実
に防止することができるものである。

【００３５】また本発明の請求項３に係る改質装置は、
請求項２の構成に加えて、加熱手段としてヒータを具備
するため、改質装置の停止時におけるシフト反応部にお
ける水蒸気の凝結を確実に防止することができるもので
ある。

【００３６】また本発明の請求項４に係る改質装置は、
請求項１乃至３のいずれかの構成に加えて、内部に改質
反応部、シフト反応部及びＣＯ選択酸化反応部が配設さ
れ、改質装置の稼働時に燃焼部からの熱エネルギーが供
給されて改質反応部、シフト反応部及びＣＯ選択酸化反
応部を加熱し、改質装置の停止時に冷却用ガスが供給さ
れる熱伝通路を具備すると共に、改質装置の停止時にシ
フト反応部の周囲への冷却用ガスの流入を遮断する遮断
手段を熱伝通路に具備するため、改質装置の停止時にシ
フト反応部が冷却用ガスにて冷却されることを防ぎ、シ
フト反応部における水蒸気の凝結を確実に防止すること
ができるものである。

【００３７】また本発明の請求項５に係る改質装置は、
請求項１乃至４のいずれかの構成に加えて、改質装置の
稼働時に原燃料を改質反応部へ供給し、改質装置の停止
時に原燃料をシフト反応部へ供給する切換手段を備える
ため、改質装置の停止時にシフト反応部内の気体を原燃
料にて置換して、シフト反応部内の水蒸気を除去するこ
とができ、シフト反応部における水蒸気の凝結を確実に
防止することができるものである。

【００３８】また本発明の請求項６に係る改質装置は、
請求項１乃至５のいずれかの構成に加えて、改質反応
部、シフト反応部及びＣＯ選択酸化反応部を螺旋状の反
応管として形成するため、各反応部の表面積を大きくす
ることができ、各反応部の加熱時における加熱効率を向
上して改質装置の起動性を向上することができ、また改
質装置の停止時における改質反応部及びＣＯ選択酸化反
応部の冷却効率を向上して改質反応部及びＣＯ選択酸化
反応部において水蒸気を速やかに凝結させて、シフト反
応部における水蒸気の凝結を確実に防止することができ
るものである。

【００３９】また本発明の請求項７に係る改質装置は、
請求項１乃至６のいずれかの構成に加えて、内部に改質
反応部、シフト反応部及びＣＯ選択酸化反応部が配設さ
れ、改質装置の稼働時に燃焼部からの熱エネルギーが供
給されて改質反応部、シフト反応部及びＣＯ選択酸化反
応部を加熱し、改質装置の停止時に冷却用ガスが供給さ
れる熱伝通路を具備すると共に、改質装置の稼働時にシ
フト反応部の周囲と改質装置外部とを連通し、改質装置
の停止時にシフト反応部の周囲と改質装置外部とを遮断
する遮断手段を熱伝通路に具備するため、改質装置の停
止時に、シフト反応部から熱エネルギーが改質装置外に
放出されることを抑制してシフト反応部の温度低下を抑
制し、シフト反応部における水蒸気の凝結を確実に防止
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態の他例を示す概略断面図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略断面
図である。

【図４】通気路上部蓋又は通気路切換装置の概略を示す
ものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ閉状態を示す底面
図及び正面図、（ｃ）（ｄ）はそれぞれ閉状態から開状
態へ移行する様子を示す底面図及び正面図である。

【符号の説明】

Ａ改質装置１改質反応部２燃焼部３シフト反応部４ＣＯ選択酸化反応部９熱伝通路１０ヒータ１１ａ改質反応管１１ｂシフト反応管１１ｃＣＯ酸化反応管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原燃料と水蒸気とから水蒸気改質反応に
より水素リッチな改質ガスを生成する改質反応部、改質
反応部で生成された改質ガス中のＣＯ濃度を水性シフト
反応によって低減させるシフト反応部、シフト反応部で
低減された改質ガス中のＣＯ濃度をＣＯ選択酸化反応に
よって更に低減するＣＯ選択酸化反応部、及び各反応部
へ熱エネルギーを供給する燃焼部を具備する改質装置で
あって、改質装置の停止時に冷却用ガスが供給されて改
質反応部及びＣＯ選択酸化反応部を冷却する熱伝通路を
具備して成ることを特徴とする改質装置。
【請求項２】改質装置の停止時にシフト反応部を加熱
する加熱手段を具備して成ることを特徴とする請求項１
に記載の改質装置。
【請求項３】加熱手段としてヒータを具備して成るこ
とを特徴とする請求項２に記載の改質装置。
【請求項４】内部に改質反応部、シフト反応部及びＣ
Ｏ選択酸化反応部が配設され、改質装置の稼働時に燃焼
部からの熱エネルギーが供給されて改質反応部、シフト
反応部及びＣＯ選択酸化反応部を加熱し、改質装置の停
止時に冷却用ガスが供給される熱伝通路を具備すると共
に、改質装置の停止時にシフト反応部の周囲への冷却用
ガスの流入を遮断する遮断手段を熱伝通路に具備して成
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
改質装置。
【請求項５】改質装置の稼働時に原燃料を改質反応部
へ供給し、改質装置の停止時に原燃料をシフト反応部へ
供給する切換手段を備えて成ることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれかに記載の改質装置。
【請求項６】改質反応部、シフト反応部及びＣＯ選択
酸化反応部を螺旋状の反応管として形成して成ることを
特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の改質装
置。
【請求項７】内部に改質反応部、シフト反応部及びＣ
Ｏ選択酸化反応部が配設され、改質装置の稼働時に燃焼
部からの熱エネルギーが供給されて改質反応部、シフト
反応部及びＣＯ選択酸化反応部を加熱し、改質装置の停
止時に冷却用ガスが供給される熱伝通路を具備すると共
に、改質装置の稼働時にシフト反応部の周囲と改質装置
外部とを連通し、改質装置の停止時にシフト反応部の周
囲と改質装置外部とを遮断する遮断手段を熱伝通路に具
備して成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
に記載の改質装置。