JP2000219502A - 改質装置および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質装置および燃料電池システムの起動時間
を短縮する。 【解決手段】 炭化水素系材料と水からなる改質原料を
蒸発させる蒸発部２、該改質原料を、水素を主成分とす
る燃料ガスに改質する改質部３および前記燃料ガス中の
一酸化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減部４を備えた
改質装置１において、前記一酸化炭素低減部４内に設け
られた冷媒流路２３中の冷媒を除去できる冷媒除去手段
１０、３３が設けられていることを特徴とする改質装置
１および該改質装置１で製造された燃料ガスを用いて発
電する燃料電池スタック１２が設けられていること特徴
とする燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は改質装置および燃料
電池システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。

【０００３】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気化
学反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電
装置として注目されている。前記燃料電池を使用した自
動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると見ら
れている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質型燃
料電池が低温で作動するため自動車用として最も有望で
ある。

【０００４】燃料電池システムは、炭化水素系材料と水
からなる改質原料から水素を主成分とする燃料ガスを製
造する改質装置と該燃料ガスを燃料として発電する燃料
電池スタックから構成されている。

【０００５】前記燃料電池スタックは、一般的に二つの
電極（燃料極と酸化剤極）で電解質を挟んだ構造をして
いる多数のセルが積層されている。固体高分子電解質型
燃料電池システムは、前記電解質が固体高分子電解質で
ある燃料電池スタックを使用したシステムである。前記
燃料極側には前記燃料ガスが、前記酸化剤極側には前記
酸化剤ガスが送られ、電気化学反応により発電する。

【０００６】前記改質装置は蒸発部、改質部、一酸化炭
素低減部から構成されている。前記蒸発部は炭化水素系
材料と水からなる改質原料を蒸発させてガス化する。前
記改質部は、ガス化された改質原料を改質触媒（例え
ば、Ｐｄ触媒とＣｕ−Ｚｎ触媒等）に接触させて水素を
主成分とする燃料ガスを製造する。炭化水素系材料とし
ては、メタノール、エタノール、ガソリン等の液体材料
や天然ガス、ＬＰＧ等の気体材料が考えられる。一般的
には、コスト、取り扱い性および改質特性の良さのため
メタノールが用いられる。

【０００７】前記改質部により製造される燃料ガスは一
酸化炭素を０．３〜２％含んでおり、そのまま燃料電池
スタックに供給すると前記燃料極の電極触媒を被毒し、
燃料電池の発電性能を著しく低下させる。

【０００８】前記一酸化炭素低減部は前記改質部により
製造された燃料ガスに酸化剤ガスを供給し、一酸化炭素
低減触媒（例えば、Ｐｔ触媒等）により下記反応で一酸
化炭素（ＣＯ）を低減するものである。

【０００９】 ＣＯ ＋ １／２Ｏ_２ → ＣＯ_２ − ２５７．２ＫＪ ・・・（１） 前記一酸化炭素低減部の反応は酸化反応であるので、燃
料電池スタックの発電に使用する燃料ガス中の水素も同
時に酸化されるおそれがある。もし、水素も酸化されて
前記燃料ガス中の水素濃度が低下すると、発電効率が低
下する。

【００１０】したがって、前記一酸化炭素低減部では、
一酸化炭素を酸化させるが水素を酸化させないことが必
要である。そのため、最適な一酸化炭素低減触媒を選択
すると同時に、前記一酸化炭素低減触媒の温度を該一酸
化炭素低減触媒の活性温度域に制御する必要がある。こ
の活性温度域は、一酸化炭素低減触媒として貴金属触媒
を使用した場合１００〜１５０℃である。

【００１１】起動時には前記一酸化炭素低減触媒を一酸
化炭素低減反応の発熱を利用して活性温度域に昇温す
る。しかし、前記一酸化炭素低減部には定常運転時に前
記一酸化炭素低減触媒の反応熱を外部に移送し、該前記
一酸化炭素低減触媒の温度を活性温度域に制御するため
の冷媒があるので、該冷媒を含めて活性温度域の１００
℃以上に昇温するには時間がかかり、燃料電池の発電開
始まで数十分の時間がかかっていた。この起動時間を短
縮することは燃料電池の利用を拡大するために重要であ
る。自動車等車載用では運転開始までの時間が決まるの
で、特に重要である。

【００１２】従来技術として、特開平８−１００１８４
号公報には、第１反応部と第２反応部を設け、第１反応
部には低温触媒を使用し、第２反応部には貴金属触媒を
使用して、第２反応部の温度が低い時は水素を主成分と
する燃料ガスを前記第１反応部と前記第２反応部の両方
を通過させ、前記第２反応部の温度が高い時は前記燃料
ガスを前記第２反応部のみ通過させる一酸化炭素除去装
置が開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、第２反応部の貴金属触媒を活性温度域に昇温する
時間がかかるので、起動時間が長い問題点がある。また
第１反応部では１００℃以下で反応するため改質後ある
いは一酸化炭素低減時に生成した水が凝縮し、燃料電池
入口で再度加湿する必要が生ずる。

【００１４】本発明は上記課題を解決したもので、一酸
化炭素低減触媒を短時間で活性温度域に昇温し、起動時
間を短縮できる改質装置および燃料電池システムを提供
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、炭化水素系
材料と水からなる改質原料を蒸発させる蒸発部、該改質
原料を、水素を主成分とする燃料ガスに改質する改質部
および前記燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸
化炭素低減部を備えた改質装置において、前記一酸化炭
素低減部内に設けられた冷媒流路中の冷媒を除去できる
冷媒除去手段が設けられていることを特徴とする改質装
置である。

【００１６】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１７】すなわち、起動時に一酸化炭素低減部内に
設けられた冷媒流路に冷媒がないので、一酸化炭素低減
部の熱容量を小さくでき一酸化炭素低減触媒を早く活性
温度域に昇温できるため起動時間を短縮することができ
る。

【００１８】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記冷媒除去手段が、前記冷
媒流路に冷媒を循環させる冷媒ラインに設けられた冷媒
抜き弁であり、該冷媒抜き弁が前記冷媒流路より鉛直下
部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の改
質装置である。

【００１９】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２０】すなわち、冷媒抜き弁が冷媒流路より鉛直
下部に設けられているので、該冷媒抜き弁を開くだけで
冷媒流路から簡単に冷媒を除去することができる。

【００２１】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記冷媒循環管路の前記冷媒
流路より鉛直上部に冷媒ライン空気抜き弁が設けられて
いることを特徴とする請求項１記載の改質装置である。

【００２２】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２３】すなわち、冷媒ライン空気抜き弁により冷
媒ラインの上部を大気圧に開放できるので、冷媒流路か
ら早く冷媒を除去することができる。

【００２４】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記一酸化炭素低減部、前記
冷媒ラインの少なくとも一方に温度検出手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項１記載の改質装置であ
る。

【００２５】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２６】すなわち、温度検出手段で検出された温度
により冷媒抜き弁、冷媒ライン空気抜き弁を制御するこ
とができるので、一酸化炭素低減触媒の温度制御の精度
を上げることができる。

【００２７】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記冷媒ラインの冷媒が、改
質原料である炭化水素系材料、水の少なくとも一方であ
ることを特徴とする請求項１記載の改質装置である。

【００２８】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００２９】すなわち、改質原料と冷媒のタンクを一つ
にできるので、装置を小型化することができる。また定
常運転時には一酸化炭素低減触媒の発熱で改質原料を予
熱できるので、改質原料の蒸発に必要なエネルギーを低
減でき高効率になる。

【００３０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、前記冷媒ラインと前記蒸発部
に冷媒を分配する冷媒分配手段が設けられていることを
特徴とする請求項５記載の改質装置である。

【００３１】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００３２】すなわち、一酸化炭素低減触媒の温度を活
性温度域に維持するために必要な冷媒量を冷媒ラインに
通流できるので、前記温度の制御が容易になる。

【００３３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項７において講じた技術的手段（以下、第７の技
術的手段と称する。）は、請求項１ないし６記載の改質
装置の一つを備え、該改質装置で製造された燃料ガスを
用いて発電する燃料電池スタックが設けられていること
特徴とする請求項６記載の燃料電池である。

【００３４】上記第７の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００３５】すなわち、起動時間の短い改質装置を用い
ているので、システムの起動時間を短縮することができ
る。

【００３６】

【発明の実施の形態】従来、一酸化炭素低減部に設けら
れた冷媒流路は冷媒で満たされている。一酸化炭素低減
部に供給される燃料ガスは２００℃以上であるが、冷媒
温度が低い場合は前記燃料ガスが１００℃以下になり、
該燃料ガス中の水分が凝縮してガス通路をふさいだり、
一酸化炭素低減触媒の活性温度域からはずれ、一酸化炭
素濃度が高いまま排出される。

【００３７】この問題を解決し燃料電池システムの起動
時間を短縮するために鋭意研究し、冷媒温度が低いとき
は一酸化炭素低減部に設けられた冷媒流路内から冷媒を
抜くことにより、一酸化炭素低減触媒の温度を活性温度
域に早く到達させることができ、燃料電池システムの起
動時間を短縮できることを見いだした。

【００３８】以下、本発明の実施例について、図面に基
づいて説明する。図１は本発明の第１実施例の自動車用
燃料電池システム図である。本燃料電池システムは、改
質装置１、燃料電池スタック１２およびコントローラ３
０から構成されている。

【００３９】前記改質装置１は炭化水素系材料であるメ
タノールと水からなる改質原料を水素を主成分とする燃
料ガスに改質する装置で、蒸発部２、改質部３、一酸化
炭素低減部４、蒸発用バーナ５から構成されている。前
記蒸発部２は改質原料管路２１を介してメタノールと水
の混合材料を貯蔵するメタノール・水タンク６と連結し
ている。

【００４０】前記一酸化炭素低減部４には一酸化炭素低
減部温度制御部２０が設けられている。該一酸化炭素低
減部温度制御部２０は冷媒ポンプ７、ラジエータ８、リ
ザーバ９、冷媒抜き弁１０、冷媒ライン空気抜き弁１１
および各種管路で構成されている。

【００４１】前記リザーバ９には冷媒が貯蔵されてお
り、冷媒管路２４を介して前記冷媒ポンプ７と連結して
いる。該冷媒ポンプ７は冷媒管路２５を介して前記一酸
化炭素低減部４の内部に設けられた冷媒流路２３と連結
している。該冷媒流路２３は冷媒管路２６を介して前記
ラジエータ８と連結している。該ラジエータ８は冷媒管
路２７を介して前記リザーバ９と連結している。

【００４２】前記冷媒管路２５から冷媒管路２８が分岐
しており、冷媒除去手段である前記冷媒抜き弁１０と連
結している。該冷媒抜き弁１０は冷媒管路２９を介して
前記リザーバ９と連結している。前記冷媒管路２６から
管路３６が分岐しており前記冷媒ライン空気抜き弁１１
と連結し、該冷媒ライン空気抜き弁１１は大気につなが
っている。

【００４３】前記一酸化炭素低減部４には一酸化炭素低
減触媒の温度を検知する温度検知手段である温度計４１
が設けられている。また冷媒管路２５には冷媒の温度を
検知する温度検知手段である温度計４２が設けられてい
る。

【００４４】前記コントローラ３０は信号線Ｓ１を介し
て前記温度計４１と連結し、信号線Ｓ２を介して前記温
度計４２と連結している。また前記コントローラ３０は
信号線Ｓ３を介して前記冷媒抜き弁１０と連結し、信号
線Ｓ４を介して前記冷媒ライン空気抜き弁１１と連結し
ている。

【００４５】図２は本発明の第１実施例の一酸化炭素低
減部の冷媒循環の概略構成を示す図である。この図は図
１の一酸化炭素低減部４と一酸化炭素低減部温度制御部
２０の部分を詳しく示したもので、同じ部品には同じ番
号を付記している。前記一酸化炭素低減部４は改質部３
から見た概略断面図で、燃料ガスが図の手前から奥へ通
流している。またＡ方向は鉛直上方方向である。

【００４６】前記一酸化炭素低減部４の内部に設けられ
た冷媒流路２３は多数の通流部で構成され、隣接した前
記冷媒流路２３の間にコルゲートタイプのフィン２２が
設けられている。該フィン２２の表面に一酸化炭素低減
触媒が担持されている。この一酸化炭素低減触媒は、前
記フィン２２の表面に担持するかわりに、一酸化炭素低
減触媒を担持した担体を前記冷媒流路２３と前記フィン
の間の空間に充填してもよい。

【００４７】本燃料電池システムが起動されると、蒸発
用バーナ５が燃焼開始され蒸発部２が加熱される。同時
にメタノール・水タンク６からメタノールと水からなる
改質原料が改質原料管路２１を介して蒸発部２に供給さ
れ蒸発される。蒸発した改質原料は改質部３に送られ
る。該改質部３では改質触媒により水素を主成分とする
燃料ガスに改質される。この燃料ガスには一酸化炭素が
０．３〜２％含まれており、このまま燃料電池スタック
１２に供給すると、該燃料電池スタック１２の電極触媒
を被毒し発電性能を著しく低下させる。

【００４８】前記燃料ガス中の一酸化炭素を低減するた
めに、該燃料ガスは一酸化炭素低減部４に送られる。該
燃料ガス中の一酸化炭素は、前記フィン２２に担持され
ている一酸化炭素低減触媒により酸化され低減される。
この一酸化炭素低減を効率的に行うためには前記一酸化
炭素低減触媒の温度を触媒の活性温度域である１００〜
１５０℃に維持することが重要である。この温度は触媒
により決まる値である。

【００４９】前記一酸化炭素低減触媒の温度を活性温度
域に維持するために前記一酸化炭素低減部温度制御部２
０が設けられている。前記一酸化炭素低減触媒の温度
は、一酸化炭素低減反応の発熱により上昇するが、起動
時において熱容量の大きな冷媒が冷媒流路２３に充たさ
れていると、前記一酸化炭素低減触媒の温度が上昇する
のに時間がかかる。そこで、起動時にはコントローラ３
０の命令により冷媒抜き弁１０、冷媒ライン空気抜き弁
１１を開き冷媒流路２３中の冷媒を抜いておく。起動
後、それぞれ信号線Ｓ１、Ｓ２を介して前記コントロー
ラに伝達される温度計４１、４２の温度Ｔ１、Ｔ２によ
り判断し、それぞれ信号線Ｓ３、Ｓ４を介して命令を伝
達し前記冷媒抜き弁１０、前記冷媒ライン空気抜き弁１
１を制御する。

【００５０】図３は本発明の第１実施例の一酸化炭素低
減部温度制御部の運転フローチャート図である。

【００５１】ステップＳ１０１では燃料電池システムが
起動時か一酸化炭素低減触媒の温度が上昇した定常運転
時か判断する。定常運転時ならＳ１０７に進み本フロー
チャートを終了し、起動時ならステップＳ１０２に進
む。

【００５２】該ステップＳ１０２では温度計４１の温度
Ｔ１があらかじめ設定された設定温度値αｔと、温度計
４２の温度Ｔ２があらかじめ設定された設定温度値βｔ
と比較される。前記温度Ｔ１、Ｔ２がそれぞれの設定温
度値αｔ、βｔより高いときはＳ１０６に進み冷媒ポン
プ７、ラジエータ８のファンを起動しステップＳ１０７
に進み、一酸化炭素低減部温度制御部２０は定常運転と
なり本フローチャートを終了する。前記温度Ｔ１、Ｔ２
の少なくとも一方が、それぞれの設定温度値αｔ、βｔ
以下のときはステップＳ１０３に進む。

【００５３】該ステップＳ１０３ではコントローラ５０
の命令により冷媒抜き弁１０、冷媒ライン空気抜き弁１
１を開きステップＳ１０４に進む。これにより前記冷媒
抜き弁１０より鉛直上方の冷媒はリザーバ９に排出され
る。

【００５４】ステップＳ１０４では温度Ｔ１が設定温度
値αｔと比較される。前記温度Ｔ１が設定温度値αｔよ
り低いときはステップＳ１０４を繰り返す。すなわち、
一酸化炭素低減触媒反応の発熱により加熱され、前記温
度Ｔ１が設定温度値αｔになるまでステップＳ１０４を
繰り返す。該ステップＳ１０４で前記温度Ｔ１が設定温
度値αｔ以上のときはステップＳ１０５に進む。

【００５５】該ステップＳ１０５では前記冷媒抜き弁１
０を閉じ、冷媒ライン空気抜き弁１１を閉じてステップ
Ｓ１０６に進む。該ステップ１０６では冷媒ポンプ７、
ラジエータ８のファンを起動されステップＳ１０７に進
む。これにより冷媒流路２３に冷媒が循環され、一酸化
炭素低減部４の温度を制御する。ステップＳ１０７では
一酸化炭素低減部温度制御部２０は定常運転となり本フ
ローチャートを終了する。

【００５６】一酸化炭素低減部４から排出された燃料ガ
スは燃料ガス管路３７を介して燃料電池スタック１２の
燃料極に供給される。該燃料電池スタック１２の酸化剤
極には酸化剤ガスである空気が供給される。該燃料電池
スタック１２は、前記燃料極に供給された燃料ガス中の
水素と前記酸化剤極に供給された酸化剤ガス中の酸素を
使用して発電する。

【００５７】本第１実施例の改質装置および燃料電池シ
ステムによれば、起動時に前記冷媒流路２３中に冷媒が
ないため一酸化炭素低減部４の熱容量が小さいので、一
酸化炭素低減触媒を急速に活性温度域にすることがで
き、燃料電池システムの起動時間を短縮することができ
る。

【００５８】図４は本発明の第２実施例の自動車用燃料
電池システム図である。本燃料電池システムは、改質原
料供給系、一酸化炭素低減部温度制御部、コントローラ
が異なる以外は第１実施例と同じである。同じ部分には
同じ記号を使用し説明は省略する。本第２実施例の改質
原料供給系と一酸化炭素低減部温度制御部は同じ改質原
料タンク３５を持つ改質原料供給・一酸化炭素低減部温
度制御部４０である。

【００５９】該改質原料供給・一酸化炭素低減部温度制
御部４０は改質原料ポンプ３１、冷媒分配手段である切
替弁３２、冷媒除去手段である改質原料抜き弁３３、冷
媒ライン空気抜き弁である改質原料ライン空気抜き弁３
４、改質原料タンク３５および各種管路で構成されてい
る。本第２実施例では冷媒と改質原料は同じものを使用
しているので、改質原料に主眼をおいて各部の名称に改
質原料を冠してある。

【００６０】前記改質原料タンク３５には改質装置１の
原料と一酸化炭素低減部４の温度を制御する冷媒の役割
を持つメタノールと水の混合材料を貯蔵しているタンク
である。該前記改質原料タンク３５は改質原料管路４３
を介して前記改質原料ポンプ３１と連結している。該改
質原料ポンプ３１は改質原料管路４４を介して前記切替
弁３２と連結している。

【００６１】該切替弁３２は改質原料管路４５を介して
蒸発部２と連結している。該改質原料管路４５にはチェ
ック弁３８が設けられている。前記切替弁３２はまた、
改質原料管路４６を介して前記一酸化炭素低減部４の内
部に設けられた冷媒流路２３と連結している。該冷媒流
路２３は改質原料管路４７を介して前記改質原料管路４
５と連結している。該改質原料管路４７にはチェック弁
３９が設けられている。

【００６２】前記改質原料管路４６から改質原料管路４
８が分岐しており前記改質原料抜き弁３３と連結してい
る。該改質原料抜き弁３３は改質原料管路４９を介して
前記改質原料タンク３５と連結している。前記改質原料
管路４７から管路５１が分岐しており前記改質原料ライ
ン空気抜き弁３４と連結し、該改質原料ライン空気抜き
弁３４は大気につながっている。

【００６３】前記コントローラ５０は信号線Ｓ５を介し
て前記温度計４１と連結し、信号線Ｓ６を介して前記温
度計４２と連結している。また前記コントローラ５０は
信号線Ｓ７を介して前記改質原料抜き弁３３と連結し、
信号線Ｓ８を介して改質原料ライン空気抜き弁３４と連
結している。さらに前記コントローラ５０は信号線Ｓ９
を介して前記改質原料ポンプ３１と連結し、信号線Ｓ１
０を介して前記切替弁３２と連結している。第２実施例
の前記一酸化炭素低減部４内の構造は第１実施例と同じ
である。

【００６４】本燃料電池システムが起動されると、蒸発
用バーナ５が燃焼開始され改質原料ポンプ３１が起動さ
れる。このとき切替弁３２が切り替えられ、改質原料管
路４４と４５が導通状態で、改質原料管路４４と４６が
遮断状態になっている。すなわち、前記改質原料ポンプ
３１から送出される改質原料のうち冷媒流路２３に供給
される改質原料の比率、冷媒流路ライン改質原料分配比
率は０％である。これにより、改質原料タンク３５の改
質原料であるメタノールと水は、前記改質原料ポンプ３
１により改質原料管路４５を介して蒸発部２に供給され
蒸発される。チェック弁３９は改質原料が改質原料管路
４７に流入するのを防止している。

【００６５】前記蒸発部２で蒸発した改質燃料は改質部
３に送られる。該改質部３では改質触媒により水素を主
成分とする燃料ガスに改質される。前記燃料ガス中の一
酸化炭素を低減するために、該燃料ガスは一酸化炭素低
減部４に送られる。起動時にはコントローラ５０により
改質原料抜き弁３３、改質原料ライン空気抜き弁３４を
開き冷媒流路２３中の冷媒を抜いておく。起動後、信号
線Ｓ５、Ｓ６を介して前記コントローラ５０に伝達され
る温度計４１、４２の温度Ｔ１、Ｔ２により判断し、そ
れぞれ信号線Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０を介して命令を伝達し
前記改質原料抜き弁３３、改質原料ライン空気抜き弁３
４、切替弁３２を制御する。

【００６６】図５は本発明の第２実施例の改質原料供給
・一酸化炭素低減部温度制御部の運転フローチャート図
である。

【００６７】ステップＳ２０１では燃料電池システムか
起動時か一酸化炭素低減触媒の温度が上昇した定常運転
時か判断する。定常運転時ならＳ２０６に進み本フロー
チャートを終了し、起動時ならステップＳ２０２に進
む。

【００６８】該ステップＳ２０２では温度計４１の温度
Ｔ１があらかじめ設定された設定温度値αｔと、温度計
４２の温度Ｔ２があらかじめ設定された設定温度値βｔ
と比較される。前記温度Ｔ１、Ｔ２がそれぞれの設定温
度値αｔ、βｔより高いときはＳ２０６に進み本フロー
チャートを終了する。前記温度Ｔ１、Ｔ２の少なくとも
一方が、それぞれの設定温度値αｔ、βｔ以下のときは
ステップＳ２０３に進む。

【００６９】該ステップＳ２０３では改質原料抜き弁３
３、改質原料ライン空気抜き弁３４を開き、切替弁３２
を切り替えて冷媒流路ライン改質原料分配比率を０％に
し、ステップＳ２０４に進む。これにより前記改質原料
抜き弁３３より鉛直上方の改質原料管路４６、４７、冷
媒流路２３の中の改質原料は改質原料タンク３５に排出
される。前記改質原料管路４７に設けられたチェック弁
３９により遮断されるので、該チェック弁３９より改質
原料管路４５に近い部分の改質原料は排出されない。

【００７０】該ステップＳ２０４では温度Ｔ１が設定温
度値αｔと比較される。前記温度Ｔ１が設定温度値αｔ
より低いときはステップＳ２０４を繰り返す。すなわ
ち、一酸化炭素低減触媒反応の発熱により加熱され、前
記温度Ｔ１が設定温度値αｔになるまでステップＳ２０
４を繰り返す。該ステップＳ２０４で前記温度Ｔ１が設
定温度値αｔ以上のときはステップＳ２０５に進む。

【００７１】該ステップＳ２０５では改質原料抜き弁３
３、改質原料ライン空気抜き弁３４を閉じ、切替弁３２
を制御して冷媒流路ライン改質原料分配比率をあらかじ
め設定されたγ％にし、ステップＳ２０６に進む。これ
により冷媒流路２３に冷媒が供給され、一酸化炭素低減
部４の温度を制御する。

【００７２】前記冷媒流路を通過した改質原料は改質原
料管路４７、４５を介して蒸発部２に供給される。前記
改質原料管路４５に設けられたチェック弁３８により改
質原料が該改質原料管路４５を切替弁３２の方向に通流
することはない。前記切替弁３２から前記改質原料管路
４５に供給される改質原料、すなわち改質原料ポンプ３
１が送出した改質原料のうち（１００−γ）％は前記改
質原料管路４５を介して蒸発部２に供給される。

【００７３】すなわち、前記改質原料ポンプ３１が送出
した改質原料はすべて蒸発部２に供給され、一酸化炭素
低減触媒の温度を制御するために必要な改質原料が冷媒
流路２３を介して蒸発部２に供給される。前記ステップ
Ｓ２０６では一酸化炭素低減部温度制御部２０は定常運
転となり本フローチャートを終了する。

【００７４】一酸化炭素低減部４から排出された燃料ガ
スは燃料ガス管路３７を介して燃料電池スタック１２の
燃料極に供給される。該燃料電池スタック１２の酸化剤
極には酸化剤ガスである空気が供給される。該燃料電池
スタック１２は、前記燃料極に供給された燃料ガス中の
水素と前記酸化剤極に供給された酸化剤ガス中の酸素を
使用して発電する。

【００７５】本第２実施例の改質装置および燃料電池シ
ステムによれば、起動時に前記冷媒流路２３中に冷媒を
兼ねる改質原料がないため一酸化炭素低減部４の熱容量
が小さいので、一酸化炭素低減触媒を急速に活性温度域
にすることができ、燃料電池システムの起動時間を短縮
することができる。また本第２実施例の改質装置および
燃料電池システムおよびその制御方法によれば、一酸化
炭素低減部４内を改質原料が通過することにより、一酸
化炭素低減反応熱で昇温されるので、蒸発部２を加熱す
るエネルギーが少なくなり、高効率の燃料電池システム
ができる。

【００７６】なお、本第２実施例では冷媒分配手段とし
て切替弁３２を使用しているが、改質原料管路４６に流
量制御バルブを設けるなどの手段も考えられる。また、
上記の定常運転時の冷媒流路ライン改質原料分配比率γ
％を運転条件により変化させてもよい。さらに定常運転
中に改質原料抜き弁３３を部分的に開いて冷媒流路に供
給される改質原料の一部を改質原料タンク３５に戻して
もよい。これにより、蒸発部と冷媒流路に供給する改質
原料の量を柔軟に制御できるので、燃料電池システムの
制御性が向上できる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明は、炭化水素系材
料と水からなる改質原料を蒸発させる蒸発部、該改質原
料を、水素を主成分とする燃料ガスに改質する改質部お
よび前記燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減する一酸化
炭素低減部を備えた改質装置において、前記一酸化炭素
低減部内に設けられた冷媒流路中の冷媒を除去できる冷
媒除去手段が設けられていることを特徴とする改質装置
および該改質装置で製造された燃料ガスを用いて発電す
る燃料電池スタックが設けられていること特徴とする燃
料電池であるので、改質装置および燃料電池システムの
起動時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の自動車用燃料電池システ
ム図

【図２】本発明の第１実施例の一酸化炭素低減部の冷媒
循環の概略構成を示す図

【図３】本発明の第１実施例の一酸化炭素低減部温度制
御部の運転フローチャート図

【図４】本発明の第２実施例の自動車用燃料電池システ
ム図

【図５】本発明の第２実施例の改質原料供給・一酸化炭
素低減部温度制御部の運転フローチャート図

【符号の説明】

１…改質装置 ２…蒸発部 ３…改質部 ４…一酸化炭素低減部 ５…蒸発用バーナ １０…冷媒抜き弁（冷媒除去手段） １１…冷媒ライン空気抜き弁 １２…燃料電池スタック ３２…切替弁（冷媒分配手段） ３３…改質原料抜き弁（冷媒除去手段） ３４…改質原料ライン空気抜き弁 ４１、４２…温度計（温度検出手段） ５０…コントローラ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化水素系材料と水からなる改質原料を
   蒸発させる蒸発部、該改質原料を、水素を主成分とする
   燃料ガスに改質する改質部および前記燃料ガス中の一酸
   化炭素濃度を低減する一酸化炭素低減部を備えた改質装
   置において、前記一酸化炭素低減部内に設けられた冷媒
   流路中の冷媒を除去できる冷媒除去手段が設けられてい
   ることを特徴とする改質装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒除去手段が、前記冷媒流路に冷
   媒を循環させる冷媒ラインに設けられた冷媒抜き弁であ
   り、該冷媒抜き弁が前記冷媒流路より鉛直下部に設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の改質装置。
3. 【請求項３】 前記冷媒循環管路の前記冷媒流路より鉛
   直上部に冷媒ライン空気抜き弁が設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の改質装置。
4. 【請求項４】 前記一酸化炭素低減部、前記冷媒ライン
   の少なくとも一方に温度検出手段が設けられていること
   を特徴とする請求項１記載の改質装置。
5. 【請求項５】 前記冷媒ラインの冷媒が、改質原料であ
   る炭化水素系材料、水の少なくとも一方であることを特
   徴とする請求項１記載の改質装置。
6. 【請求項６】 前記冷媒ラインと前記蒸発部に冷媒を分
   配する冷媒分配手段が設けられていることを特徴とする
   請求項５記載の改質装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６記載の改質装置の一つ
   を備え、該改質装置で製造された燃料ガスを用いて発電
   する燃料電池スタックが設けられていること特徴とする
   燃料電池。