JP2000327303A

JP2000327303A - 燃料改質装置

Info

Publication number: JP2000327303A
Application number: JP11129859A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Goto; 勉後藤; Mitsutaka Abe; 光高阿部
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】運転状況に応じた適切な改質反応を促進できる
燃料改質装置を提供する。【解決手段】改質燃料が供給されて改質反応が生じる改
質部３２と、改質部を通過するガスと熱交換を行う熱交
換媒体が供給される熱交換媒体流通部３３とを備えた燃
料改質装置であり、熱交換媒体流通部に、複数の熱交換
媒体の導入口および導出口３６が設けられている。導入
口および導出口３６に、熱媒を供給する熱媒供給系６
と、冷媒を供給する冷媒供給系７と、排気系８とが切り
替え可能に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水蒸気改質反応や
部分酸化反応などの各種改質反応により水素リッチガス
を生成する燃料改質装置に関し、特に水蒸気改質反応に
よる吸熱や部分酸化反応による発熱などを熱的に制御で
きる燃料改質装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池への水素含有ガスの供給源とし
て、炭化水素（たとえばメタノール）の水蒸気改質反応
を利用した燃料改質装置が知られている。この種の水蒸
気改質型燃料改質装置では、下記式で表されるように、
全体が吸熱反応であることから、当該反応を促進させる
ためにバーナなどの外部加熱器が用いられる。

【０００３】なお、改質装置におけるメタノールの水蒸
気改質反応は、メタノールおよび水蒸気の供給を受けて
下記式に示すメタノールの分解反応と一酸化炭素の変成
反応とを同時進行させて水素と二酸化炭素とを含有する
改質ガスを生成する。

【０００４】

【化１】メタノール反応：ＣＨ_３ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ
_２−９０．０kJ/mol 変成反応：ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２＋
４０．５kJ/mol 全体反応：ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋
ＣＯ_２−４９．５kJ/mol この場合、改質反応を促進するための加熱器にバーナな
どを採用すると改質装置自体が大きくなるので、たとえ
ば特開昭６３−２９１８０２号公報に開示されたような
積層型加熱器も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記積層型
加熱器を備えた燃料改質装置では、加熱側の触媒層が、
改質側の触媒層を改質側のガスの流れ方向に対して均一
に加熱する構造とされているので、部位によっては加熱
のし過ぎとなって一酸化炭素濃度が上昇したり、逆に部
位によっては加熱不足となって改質反応が進まないとい
った問題があった。すなわち、上記式において外部から
の熱量が増加すると発熱反応である変成反応が停滞し、
メタノール反応が促進されるので、一酸化炭素濃度が増
加し、これによって燃料電池が被毒するおそれがある。
また、外部からの熱量が不足するとメタノール反応その
ものが停滞し、水素ガスの生成量が激減する。

【０００６】ちなみに、こうした外部から加えられる熱
量のアンバランスの問題は、炭化水素の酸化反応で放出
される熱量を利用して吸熱反応である炭化水素の水蒸気
改質反応を促進する、いわゆるオートサーマル型燃料改
質装置（たとえば、特開平９−３１５８０１号公報参
照）でも同じである。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、運転状況に応じた適切な改
質反応を促進できる燃料改質装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成
するために、請求項１記載の燃料改質装置は、改質燃料
が供給されて改質反応が生じる改質部と、前記改質部を
通過するガスと熱交換を行う熱交換媒体が供給される熱
交換媒体流通部とを備えた燃料改質装置において、前記
熱交換媒体流通部に、複数の前記熱交換媒体の導入口お
よび導出口が設けられていることを特徴とする。

【０００９】この場合、請求項２記載のように、前記複
数の導入口から導入された熱交換媒体が前記改質部を通
過するガスの流れ方向に略平行に流れるように、前記導
入口および導出口が配置されていても、あるいは請求項
３記載のように、前記複数の導入口から導入された熱交
換媒体が前記改質部を通過するガスの流れ方向に略垂直
に流れるように、前記導入口および導出口が配置されて
いても良い。

【００１０】請求項３記載の燃料改質装置の場合には、
請求項４記載のように、対向する一対の導入口および導
出口の流路が、隣接する一対の導入口および導出口の流
路と区画されていることが好ましい。

【００１１】また、請求項５記載のように、前記導入口
および導出口に、熱媒を供給する熱媒供給系と、冷媒を
供給する冷媒供給系と、排気系とが切り替え可能に接続
されていることがより好ましい。

【００１２】上記請求項１乃至５記載の燃料改質装置で
は、熱交換媒体流通部に複数の導入口および導出口が設
けられているので、まず第１に導入口と導出口とを切り
替えることができ、第２に各導入口から導入される熱交
換媒体の種類（熱媒か冷媒か）を切り替えることができ
る。その結果、改質部における改質反応（たとえば、水
蒸気改質反応、部分酸化反応）による発吸熱量に応じ
て、適切な熱交換を行うことができる。

【００１３】すなわち、発熱量が大きい部位に対応する
導入口には冷媒を多量に供給し、発熱量が比較的小さい
部位に対応する導入口には冷媒を少量だけ供給する。ま
た、吸熱量が大きい部位に対応する導入口には熱媒を多
量に供給し、吸熱量が比較的小さい部位に対応する導入
口には熱媒を少量だけ供給する。

【００１４】これにより、改質部全域にわたって各部位
で必要とされる適切な熱量を供給することができ、その
結果、水素リッチガスが多量に生成されるとともに燃料
電池等に有害なガスの発生を抑制することができる。

【００１５】特に請求項６記載のように、水素含有ガス
の生成負荷の状態に応じて前記熱交換媒体の供給量を調
節可能とすれば、熱交換量をより微細に調整することが
でき、適切かつ高効率で水素含有ガスを生成することが
できる。また、請求項７記載のように、車両の加減速の
状態に応じて前記熱交換媒体の供給量を調節可能とすれ
ば、適切かつ高効率で水素含有ガスを生成することがで
き、また燃料電池に有毒なガスの発生も抑制できる。

【００１６】（２）上記発明においては、改質部にて行
われる改質反応の種類は何ら限定されないが、請求項８
記載の燃料改質装置は、前記改質部に供給される燃料
が、炭化水素、水蒸気および酸素含有ガスであり、少な
くとも前記水蒸気および酸素含有ガスの供給量が調節可
能とされていることを特徴とする。

【００１７】この場合、請求項９記載のように水素含有
ガスの生成負荷の状態に応じて、前記水蒸気および酸素
含有ガスの供給量を調節したり、あるいは請求項１０記
載のように車両の加減速の状態に応じて、前記水蒸気お
よび酸素含有ガスの供給量を調節することが好ましい。

【００１８】これら請求項８乃至１０記載の発明では、
改質部に３種類のガスが供給され、しかも水蒸気および
酸素含有ガスの供給量が状況に応じて調節可能とされて
いるので、水蒸気改質反応、部分酸化反応、およびこれ
らを組み合わせたオートサーマル反応の全てに対応する
ことができる。特に本発明では、各導入口および導出口
には熱媒供給系、冷媒供給系および排気系の何れもが接
続されるので、反応の種類に応じて最も適切に熱量制御
できる状態を構築することができる。

【００１９】本発明は、請求項１１記載のように、前記
改質部を構成する複数対のプレートと、それぞれのプレ
ート対の間に設けられた波形フィンとを有する、いわゆ
るプレートフィン型とすることが好ましい。

【００２０】

【発明の効果】請求項１乃至５記載の発明によれば、導
入口と導出口との切り替え、および各導入口から導入さ
れる熱交換媒体の種類の切り替えが可能であるため、改
質部における改質反応（たとえば、水蒸気改質反応、部
分酸化反応）による発吸熱量に応じて、適切な熱交換を
行うことができる。

【００２１】これに加えて、請求項６記載の発明によれ
ば、熱交換量をより微細に調整することができ、適切か
つ高効率で水素含有ガスを生成することができる。

【００２２】また、請求項７記載の発明によれば、適切
かつ高効率で水素含有ガスを生成することができ、燃料
電池に有毒なガスの発生も抑制できる。

【００２３】請求項８乃至１０記載の発明によれば、水
蒸気改質反応、部分酸化反応、およびこれらを組み合わ
せたオートサーマル反応の全てに対応することができ、
しかも反応の種類に応じて最も適切に熱量制御できる状
態を構築することができる。

【００２４】請求項１１記載の発明によれば、小型かつ
熱交換効率の高い燃料改質装置を提供することができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。第１実施形態図１は本発明の燃料改質装置の第１実施形態を示すブロ
ック図、図２は図１の改質器の内部構造を示す要部斜視
図、図３は図２の平面図（Ａ矢視図）である。

【００２６】本実施形態の燃料改質装置は、燃料である
メタノールと水とを噴射する噴射弁１と、この噴射弁１
から噴射されたメタノールおよび水を気化させるための
蒸発器２と、改質反応が行われる改質器３と、この改質
器３へ空気を供給するためのコンプレッサ４とを備えて
いる。

【００２７】蒸発器２は、たとえばプレートフィン型熱
交換器からなり、後述する触媒燃焼器５から排出される
高温ガスが供給され、当該高温ガスとメタノールおよび
水との熱交換により、これらメタノールおよび水が気化
された状態で改質器３へ供給される。

【００２８】また、コンプレッサ４にて吸引された空気
は、その一部が配管４１および流量調節バルブ４２を介
して気化されたメタノールおよび水蒸気に混合され、こ
れらが改質器３へ供給される。なお詳細は後述するが、
本実施形態では、配管４１に設けられた流量調節バルブ
４２の開度を調節することにより、いわゆるオートサー
マル改質反応（バルブ４２を開）と、水蒸気改質反応
（バルブ４２を全閉）とを選択できるようになってい
る。

【００２９】改質器３は、いわゆるプレートフィン型熱
交換器と同様の構造とされ、図２に示すように改質燃料
であるメタノール、水蒸気および空気の混合ガスが流通
する複数のプレート対３２の間に波形フィン３３が設け
られ、これらがケーシング３１に収納されている。一つ
のプレート対３２は、内部に燃料ガスの流通路が形成さ
れるように２枚のプレートを合わせてなり、この燃料ガ
スの流通路の前端および後端がケーシング３１に設けら
れたガス入口３４とガス出口３５（図２ではガス入口３
４のみを図示する。）とにそれぞれ連通する。それぞれ
のプレート対３２の内面には、改質反応を促進させるた
めの触媒、たとえばＣｕ−Ｚｎ等の銅系触媒、ＰｔやＰ
ｄ等の貴金属あるいはＮｉ等のVIII属金属系触媒を付着
させている。本発明にいう「改質部」は、このプレート
対３２の内部に形成された流路が相当する。

【００３０】ケーシング３１の両側壁には、熱交換媒体
を導入または導出させるためのヘッダ３６が所定の間隔
で設けられており、このヘッダ３６に対向する流路３７
には波形フィン３３が省略されている。したがって、各
ヘッダ３６から導入された熱交換媒体は、波形フィン３
３が省略された流路３７を介して、排気口とされたヘッ
ダ３６に向かって流れることになる。本発明にいう「熱
交換媒体流通部」は、これらの流路が相当する。

【００３１】図３には、都合１０つのヘッダ３６のう
ち、右から２番目のヘッダ３６ｂを導出口とし、その他
のヘッダ３６ａを導入口とした例を示すが、本例では左
から３番目までのヘッダ３６ａから導入された熱交換媒
体は、右から２番目の導出口３６ｂに向かって互いに合
流しながら流れ、右から１番目の導入口３６ａから導入
された熱交換媒体も右から２番目の導出口３６ｂに向か
って流れることになる。この流れのなかで熱交換媒体と
改質燃料ガスとの熱交換が行われ、特に熱交換媒体が波
形フィン３３を通過する際にその熱交換効率が高くな
る。

【００３２】図１に戻り、本例の燃料改質装置では、上
述した改質器３の各ヘッダ３６に、触媒燃焼器５からの
高温ガスを導くための熱媒供給系６と、コンプレッサ４
からの空気を導くための冷媒供給系７と、こうして導か
れた熱交換媒体を各ヘッダ３６から導出するための排気
系８とが、切り替え可能に接続されている。

【００３３】同図に示す例では、触媒燃焼器５の出口に
流量調節バルブ６２を有する配管６１が接続され、この
配管６１が各ヘッダ３６に対して並列的に分岐して接続
されている。そして、各分岐配管には開閉バルブＨ１〜
Ｈ５が設けられている。また、コンプレッサ４の出口に
流量調節バルブ７２を有する配管７１が接続され、この
配管７１の分岐配管が、上述した熱媒供給系６の分岐配
管の開閉バルブＨ１〜Ｈ５の下流側にそれぞれ接続され
ている。この各分岐配管には開閉バルブＣ１〜Ｃ５が設
けられている。さらに、冷媒供給系７の分岐配管の開閉
バルブＣ１〜Ｃ５の下流側のそれぞれに開閉バルブＥ１
〜Ｅ５を有する配管が接続され、これらが一つの配管７
１に合流したのち、ここから使用済みの熱交換媒体を系
外に排気するようになっている。

【００３４】なお、改質器３へ供給される空気の流量を
調節するための流量調節バルブ４２、触媒燃焼器５から
改質器３のヘッダ３６へ供給される熱媒の供給量を調節
するための流量調節バルブ６２、コンプレッサ４から改
質器３のヘッダ３６へ供給される冷媒の供給量を調節す
るための流量調節バルブ７２、および熱媒供給系６、冷
媒供給系７、排気系８の各開閉バルブＨ１〜Ｈ５，Ｃ１
〜Ｃ５，Ｅ１〜Ｅ５の開閉制御は、コントローラ９によ
って行われ、また噴射弁１の制御もこのコントローラ９
によって行われる。

【００３５】次に作用を説明する。改質器で行われる改
質反応としては、部分酸化改質反応、水蒸気改質反応、
部分酸化改質反応と水蒸気改質反応とを一つの改質器で
行うオートサーマル改質反応の３種類が知られている。

【００３６】このうちの部分酸化改質反応は、反応速度
が速く、また発熱反応であるため図１６に一点鎖線で示
すように改質器の入口側で発熱し、その後徐々に温度が
降下するといった特性がある。また、水蒸気改質反応
は、第１段階のメタノール反応が吸熱反応であり、第２
段階の変成反応が発熱反応であるため、図１４に実線で
示すように、改質器の入口側では温度が低下し、出口側
に向かって徐々に温度が上昇するといった特性がある。
さらに、オートサーマル改質反応は、図１４に実線で示
すように、まず反応速度が速い部分酸化改質反応が生じ
て改質器の入口側の温度が上昇するとともに、この発熱
によって水蒸気改質反応が生じて改質器の出口側に向か
って徐々に温度が降下する。

【００３７】一般的に、部分酸化改質反応のみでは反応
速度が速すぎるため、車両の安全性を考慮すると水蒸気
改質反応かあるいはオートサーマル改質反応が好ましい
とされる。したがって、以下の例では主として水蒸気改
質反応とオートサーマル改質反応とを組み合わせた実施
形態にて本発明を説明する。

【００３８】図１３は、こうした水蒸気改質反応とオー
トサーマル改質反応とを組み合わせた燃料改質装置の一
例を示すグラフであり、運転負荷に応じてオートサーマ
ル改質反応か水蒸気改質反応かを切り替えることとして
いる。同図に示す例では、運転負荷が比較的小さい場合
（０〜８０％）にオートサーマル改質反応とし、なかで
も運転負荷の上昇に応じて水蒸気改質反応の比率が増加
するように設定されている。また、運転負荷が比較的大
きい場合（８０〜１００％）には水蒸気改質反応のみと
している。

【００３９】これは、改質部における反応温度は運転負
荷に拘わらず一定であるため改質部の放熱量が一定とな
り、このため運転負荷が小さいと部分酸化改質反応の発
熱量に対する放熱量の比率が増加するからである。換言
すれば、運転負荷が小さくなればなるほど部分酸化改質
反応の割合を増加させ、反応温度を一定に維持する必要
があるからである。ただし、こうした具体的設定は本発
明を限定するものではない。

【００４０】なお、図１２に示すように、水素ガスの割
合が最も多い反応温度は、メタノールの場合には３００
℃前後であり、反応温度がこれより低いと水素ガス量が
減少し、反応温度がこれより高いと、一酸化炭素やメタ
ンガス量が増加して水素ガスの生成効率が低下するとと
もに、こうしたガスによって燃料電池が被毒するおそれ
がある。したがって、改質器の改質効率を高めるために
３００℃前後に維持することが好ましい。

【００４１】［第１の適用例］以上の観点から、本例で
は、起動時のように熱量が不足気味である場合には、オ
ートサーマル改質反応による運転を行う。このとき、図
１に示す熱媒供給系６の開閉バルブＨ１〜Ｈ４を閉、開
閉バルブＨ５を開、冷媒供給系７の開閉バルブＣ１〜Ｃ
３を開、開閉バルブＣ４〜Ｃ５を閉、排気系８の開閉バ
ルブＥ１〜Ｅ３およびＥ５を閉、開閉バルブＥ４を開に
設定する。また、オートサーマル改質反応であるため流
量調節バルブ４２の開度を調節して、改質器３に供給す
るメタノール、水蒸気および空気の混合比率を調節す
る。

【００４２】これにより、図４の上図に示すように改質
器３の入口側では冷媒（コンプレッサ４からの空気）が
供給されて改質部を冷却するとともに、改質器３の出口
側では熱媒（触媒燃焼器５からの高温ガス）が供給され
て改質部を加熱するので、同図の下図に示すように、熱
交換機能のない比較例に比べて、本実施例の改質器３
は、改質燃料ガスの流れ方向に沿って均一な温度分布と
なる。

【００４３】また、同図に示す実施例の温度を３００℃
前後とするためには、熱媒供給系６の流量調節バルブ６
２および冷媒供給系７の流量調節バルブ７２を調節す
る。また、同図の温度分布をより平坦にする場合も、こ
れら流量調節バルブ６２，７２の開度を調節する。な
お、どのヘッダ３６を導出口に設定するかは、本例に何
ら限定されず、適用する改質器３の構造や大きさ等の諸
条件に応じて適宜決定される。

【００４４】これにより、改質器３の全域にわたって温
度分布が均一となり、これを適切な反応温度とすること
で水素ガスの生成効率が高く、一酸化炭素やメタンガス
の少ない改質ガスを得ることができる。

【００４５】次に、改質器３が充分に暖まった定常状態
においては、流量調節バルブ４２を絞ることにより吸熱
反応が中心の水蒸気改質反応に切り替える。このとき、
図１に示す熱媒供給系６の開閉バルブＨ１〜Ｈ３を開、
開閉バルブＨ４〜Ｈ５を閉、冷媒供給系７の開閉バルブ
Ｃ１〜Ｃ４を閉、開閉バルブＣ５を開、排気系８の開閉
バルブＥ１〜Ｅ３およびＥ５を閉、開閉バルブＥ４を開
に設定する。

【００４６】これにより、図５の上図に示すように改質
器３の入口側では熱媒（触媒燃焼器５からの高温ガス）
が供給されて改質部を加熱するとともに、改質器３の出
口側では冷媒（コンプレッサ４からの空気）が供給され
て改質部を冷却するので、同図の下図に示すように、熱
交換機能のない比較例に比べて、本実施例の改質器３
は、改質燃料ガスの流れ方向に沿って均一な温度分布と
なる。

【００４７】同図に示す実施例の温度を３００℃前後と
するためには、熱媒供給系６の流量調節バルブ６２およ
び冷媒供給系７の流量調節バルブ７２を調節する。ま
た、同図の温度分布をより平坦にする場合も、これら流
量調節バルブ６２，７２の開度を調節する。なお、どの
ヘッダ３６を導出口に設定するかは、本例に何ら限定さ
れず、適用する改質器３の構造や大きさ等の諸条件に応
じて適宜決定される。

【００４８】これにより、改質器３の全域にわたって温
度分布が均一となり、これを適切な反応温度とすること
で水素ガスの生成効率が高く、一酸化炭素やメタンガス
の少ない改質ガスを得ることができる。

【００４９】［第２の適用例］上述した第１の適用例で
は、改質装置の起動時と定常時とで運転条件を切り替え
たが、本発明では定常運転時のなかでも運転負荷の状態
に応じて改質装置の運転条件を切り替えることもでき
る。

【００５０】たとえば、図１４に示すように、オートサ
ーマル改質反応を中心とする運転時においても、水蒸気
改質反応を中心とする運転時においても、運転負荷が小
さいときは温度が低下する。したがって、運転負荷が小
さいときは改質反応熱に対する加熱割合を増加させ、逆
に運転負荷が大きいときは改質反応熱に対する加熱割合
を減少させる。

【００５１】こうした制御は、上述した第１の適用例と
同様の構成で行うことができ、特に加熱割合の増減は、
熱媒供給系６の流量調節バルブ６２および冷媒供給系７
の流量調節バルブ７２を調節することにより達成され
る。なお、どのヘッダ３６を導出口に設定するかは、本
例に何ら限定されず、適用する改質器３の構造や大きさ
等の諸条件に応じて適宜決定される。

【００５２】これにより、運転負荷が変動しても、図１
５に示すように改質器３の全域にわたって温度分布が均
一となり、これを適切な反応温度とすることで水素ガス
の生成効率が高く、一酸化炭素やメタンガスの少ない改
質ガスを得ることができる。

【００５３】［第３の適用例］車両を急加速するために
は、改質反応を瞬時に実行し多量の水素を燃料電池に供
給する必要があるが、水蒸気改質反応を含む改質反応で
は、どうしても反応速度が遅くなる。このため本例で
は、急加速時（急発進時）には部分酸化改質反応のみを
行わせ、反応速度を高めて応答性を向上させる。

【００５４】ただし、部分酸化改質反応は、図１６でも
説明したように、反応速度が速く全体が発熱反応である
ため、改質器３の全体にわたって冷却する。すなわち、
図１に示す熱媒供給系６の開閉バルブＨ１〜Ｈ５は全て
閉、冷媒供給系７の開閉バルブＣ１〜Ｃ４を開、開閉バ
ルブＣ５を閉、排気系８の開閉バルブＥ１〜Ｅ４を閉、
開閉バルブＥ５を開に設定する。

【００５５】これにより、図６の上図に示すように改質
器３の入口から出口に至る全域に冷媒（コンプレッサ４
からの空気）が供給されて改質部を冷却するので、同図
の下図に示すように、熱交換機能のない比較例に比べ
て、本実施例の改質器３は、全体的に降温するととも
に、改質燃料ガスの流れ方向に沿って均一な温度分布と
なる。

【００５６】ちなみに、同図に示す実施例の温度を３０
０℃前後とするためには、熱媒供給系６の流量調節バル
ブ６２および冷媒供給系７の流量調節バルブ７２を調節
する。また、同図の温度分布をより平坦にする場合も、
これら流量調節バルブ６２，７２の開度を調節する。な
お、どのヘッダ３６を導出口に設定するかは、本例に何
ら限定されず、適用する改質器３の構造や大きさ等の諸
条件に応じて適宜決定される。

【００５７】これにより、部分酸化改質反応のみを行っ
ても、改質器３の全域にわたって温度分布が均一とな
り、これを適切な反応温度とすることで水素ガスの生成
効率が高く、一酸化炭素やメタンガスの少ない改質ガス
を得ることができる。また、過熱による触媒の劣化も防
止することができる。

【００５８】［第４の適用例］車両を急停車させた場合
などのように車両が急減速すると、改質ガスの流速が急
激に低下することから、改質ガスが改質部内に滞留す
る。このため、図１７に示すように、オートサーマル改
質反応でも水蒸気改質反応でも、吸熱反応が生じる部位
はさらに温度が低下し、発熱反応が生じる部位はさらに
温度が上昇する。

【００５９】そこで本例では、急減速を行う前の運転状
態がオートサーマル改質反応であったときは、図１に示
す熱媒供給系６の開閉バルブＨ１〜Ｈ５は全て閉、冷媒
供給系７の開閉バルブＣ１〜Ｃ４を開、開閉バルブＣ５
を閉、排気系８の開閉バルブＥ１〜Ｅ４を閉、開閉バル
ブＥ５を開に設定する。

【００６０】この場合についても、同図に示す実施例の
温度を３００℃前後とするためには、熱媒供給系６の流
量調節バルブ６２および冷媒供給系７の流量調節バルブ
７２を調節する。また、同図の温度分布をより平坦にす
る場合も、これら流量調節バルブ６２，７２の開度を調
節する。なお、どのヘッダ３６を導出口に設定するか
は、本例に何ら限定されず、適用する改質器３の構造や
大きさ等の諸条件に応じて適宜決定される。

【００６１】これにより、図７の上図に示すように改質
器３の入口から出口に至る全域に冷媒（コンプレッサ４
からの空気）が供給されて改質部を冷却するので、同図
の下図に示すように、熱交換機能のない比較例に比べ
て、本実施例の改質器３は、全体的に降温するととも
に、改質燃料ガスの流れ方向に沿って均一な温度分布と
なる。また、過熱による触媒の劣化も防止することがで
きる。

【００６２】これに対して、急減速を行う前の運転状態
が水蒸気改質反応であったときは、図１に示す熱媒供給
系６の開閉バルブＨ１〜Ｈ５は全て閉、冷媒供給系７の
開閉バルブＣ１，Ｃ３〜Ｃ５を開、開閉バルブＣ２を
閉、排気系８の開閉バルブＥ１，Ｅ３〜Ｅ５を閉、開閉
バルブＥ２を開に設定する。

【００６３】この場合についても、同図に示す実施例の
温度を３００℃前後とするためには、熱媒供給系６の流
量調節バルブ６２および冷媒供給系７の流量調節バルブ
７２を調節する。また、同図の温度分布をより平坦にす
る場合も、これら流量調節バルブ６２，７２の開度を調
節する。なお、どのヘッダ３６を導出口に設定するか
は、本例に何ら限定されず、適用する改質器３の構造や
大きさ等の諸条件に応じて適宜決定される。

【００６４】これにより、図８の上図に示すように改質
器３の入口付近と出口付近に冷媒（コンプレッサ４から
の空気）が供給されて改質部を冷却するので、同図の下
図に示すように、熱交換機能のない比較例に比べて、本
実施例の改質器３は、入り口付近と出口付近が降温する
とともに、改質燃料ガスの流れ方向に沿って均一な温度
分布となる。また、過熱による触媒の劣化も防止するこ
とができる。

【００６５】第２実施形態上述した改質器３では、改質燃料の流れ方向と熱交換媒
体の流れ方向とが略平行であったが、本発明の燃料改質
装置では、これを互いに略垂直に構成することもでき
る。図９は本発明の燃料改質装置の第２実施形態を示す
ブロック図、図１０は図９の改質器の熱交換部を示す平
面図、図１１は図９の改質器の改質部を示す平面図であ
る。

【００６６】本例の改質器３も、いわゆるプレートフィ
ン型熱交換器と同様の構造とされ、図２に示すように改
質燃料であるメタノール、水蒸気および空気の混合ガス
が流通する複数のプレート対３２の間に波形フィン３３
が設けられ、これらがケーシング３１に収納されている
が、図１０および図１１に示すように、これらの流路が
互いに直交して設けられている。また、図１０に示すヘ
ッダ３６は、隣接するヘッダ３６と区画されており、波
形フィン３３についても同様に隣接するブロックの波形
フィン３３と区画されている。これにより、一つの導入
口ヘッダ３６から導入された熱交換媒体は、一つのブロ
ックのみを通過して対向する導出口ヘッダ３６から排気
される。

【００６７】また、図９に示すように、改質器３の一方
側の各ヘッダ３６に、触媒燃焼器５からの高温ガスを導
くための熱媒供給系６と、コンプレッサ４からの空気を
導くための冷媒供給系７とが、開閉バルブＨ１〜Ｈ５，
Ｃ１〜Ｃ５により切り替え可能に接続されている。ま
た、他方側の各ヘッダ３６には、こうして導かれた熱交
換媒体を導出するための排気系８が接続されている。

【００６８】その他の構成については、上述した第１実
施形態と同様であるため、その説明は省略するが、本例
についても、上述した第１乃至第４の適用例が全て適用
され、その効果も第１実施形態と同じである。

【００６９】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料改質装置の第１実施形態を示すブ
ロック図である。

【図２】図１の改質器の内部構造を示す要部斜視図であ
る。

【図３】図２の平面図（Ａ矢視図）である。

【図４】図１の燃料改質装置をオートサーマル改質器に
適用した一例の熱交換媒体の接続状態を示す平面図およ
び温度を示すグラフである。

【図５】図１の燃料改質装置を水蒸気改質器に適用した
一例の熱交換媒体の接続状態を示す平面図および温度を
示すグラフである。

【図６】図１の燃料改質装置を部分酸化改質器に適用し
た一例の熱交換媒体の接続状態を示す平面図および温度
を示すグラフである。

【図７】図１の燃料改質装置をオートサーマル改質器に
適用した他の例の熱交換媒体の接続状態を示す平面図お
よび温度を示すグラフである。

【図８】図１の燃料改質装置を水蒸気改質器に適用した
他の例の熱交換媒体の接続状態を示す平面図および温度
を示すグラフである。

【図９】本発明の燃料改質装置の第２実施形態を示すブ
ロック図である。

【図１０】図９の改質器の熱交換部を示す平面図であ
る。

【図１１】図９の改質器の改質部を示す平面図である。

【図１２】改質反応の温度に対するガスの存在比率を示
すグラフである。

【図１３】本発明の燃料改質装置の運転負荷に対する水
蒸気改質比率の一例を示すグラフである。

【図１４】負荷状態の変化に対するオートサーマル改質
反応および水蒸気改質反応の温度変化を示すグラフであ
る。

【図１５】負荷状態の変化に対する本発明の効果を示す
グラフである。

【図１６】部分酸化改質反応の温度変化を示すグラフで
ある。

【図１７】急減速時におけるオートサーマル改質反応お
よび水蒸気改質反応の温度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

３…改質器３２…プレート対（改質部）３３…波形フィン３６…ヘッダ（導入口、導出口）６…熱媒供給系７…冷媒供給系８…排気系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】改質燃料が供給されて改質反応が生じる改
質部と、前記改質部を通過するガスと熱交換を行う熱交
換媒体が供給される熱交換媒体流通部とを備えた燃料改
質装置において、前記熱交換媒体流通部に、複数の前記熱交換媒体の導入
口および導出口が設けられていることを特徴とする燃料
改質装置。
【請求項２】前記複数の導入口から導入された熱交換媒
体が前記改質部を通過するガスの流れ方向に略平行に流
れるように、前記導入口および導出口が配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】前記複数の導入口から導入された熱交換媒
体が前記改質部を通過するガスの流れ方向に略垂直に流
れるように、前記導入口および導出口が配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項４】対向する一対の導入口および導出口の流路
が、隣接する一対の導入口および導出口の流路と区画さ
れていることを特徴とする請求項３記載の燃料改質装
置。
【請求項５】前記導入口および導出口に、熱媒を供給す
る熱媒供給系と、冷媒を供給する冷媒供給系と、排気系
とが切り替え可能に接続されていることを特徴とする請
求項１〜４の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項６】水素含有ガスの生成負荷の状態に応じて、
前記熱交換媒体の供給量が調節可能とされていることを
特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃料改質装
置。
【請求項７】車両に搭載される燃料改質装置であって、
前記車両の加減速の状態に応じて、前記熱交換媒体の供
給量が調節可能とされていることを特徴とする請求項１
〜６の何れかに記載の燃料改質装置。
【請求項８】前記改質部に供給される燃料が、炭化水
素、水蒸気および酸素含有ガスであり、少なくとも前記
水蒸気および酸素含有ガスの供給量が調節可能とされて
いることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の燃
料改質装置。
【請求項９】水素含有ガスの生成負荷の状態に応じて、
前記水蒸気および酸素含有ガスの供給量が調節されるこ
とを特徴とする請求項８記載の燃料改質装置。
【請求項１０】車両に搭載される燃料改質装置であっ
て、前記車両の加減速の状態に応じて、前記水蒸気およ
び酸素含有ガスの供給量が調節可能とされていることを
特徴とする請求項８または９記載の燃料改質装置。
【請求項１１】前記改質部を構成する複数対のプレート
と、それぞれのプレート対の間に設けられた波形フィン
とを有することを特徴とする請求項１〜１０の何れかに
記載の燃料改質装置。