JP2002179404A

JP2002179404A - 燃料改質器の運転制御システム

Info

Publication number: JP2002179404A
Application number: JP2000374324A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Mizutani; 安伸水谷; Satoshi Haneki; 敏羽木; Kenji Ukai; 健司鵜飼
Original assignee: Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Toho Gas Co Ltd
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】原料ガスと水蒸気等の改質用ガスの混合ガス
から、改質触媒層中、触媒作用下で改質反応により水素
ガスを生成する燃料改質器において、改質触媒層の温度
を制御して効率よく水素ガスが生成される燃料改質器を
提供すること。【解決手段】燃料改質器１０の触媒改質層１２に、原
料ガス、水蒸気を供給する原料ガス導入路１４と、両ガ
スの流量を調整する流量調整器２４，２６と、改質触媒
層１２内を加熱するバーナ１６に燃料ガスを供給する燃
料ガス導入路１８と、燃料ガスの流量を制御する燃料ガ
ス流量調整器２０とが設けられると共に、改質触媒層１
２のガス出口近傍にプロトン導電性セラミックスからな
る水素センサ３０が設けられ、水素センサ３０により検
知された水素濃度に基づいて改質触媒層１２内の温度を
演算器２２によって算出し、算出された温度からバーナ
１６の加熱インプット量及び原料ガス、水蒸気の導入量
及び混合割合を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料改質器の運転
制御システムに関し、更に詳しくは、自家発電用あるい
は自動車用燃料電池の燃料として使用の改質ガスを生成
する燃料改質器において改質ガス中の燃料として寄与す
る水素ガス濃度を制御する運転制御システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自家発電用燃料電池や自動車用燃料電池
の燃料源として天然ガス、都市ガス、プロパン、ブタン
などの炭化水素系気体燃料、あるいは、メタノール、ガ
ソリン、ナフサ、灯油などの液体燃料を使用し、これら
の原燃料と水蒸気等の改質用ガスとを燃料改質器で改質
反応により処理し、水素リッチの改質ガスを生成させた
後、この水素ガスを燃料電池の燃料極へ導入し、電気出
力を得る技術が既に開発されている。ここで、「改質用
ガス」は、水蒸気等の原燃料と混合するためのガスを表
し、一方、「改質ガス」は、燃料改質器中での改質反応
によって生成されるガスを表す。

【０００３】この改質処理に用いられる燃料改質器は、
従来どのような制御が行われているかというと、図５に
一般的に知られるこの種の燃料改質器の概略構成を示し
たものであるが、燃料改質器５０に配設される改質触媒
層５２に炭化水素系の原料ガスと改質用ガスとして用い
た水蒸気との混合ガスを原料ガス導入路５４から導入
し、この改質触媒層５２の中で触媒作用の下、水蒸気改
質反応により水素リッチの改質ガスを生成させるもので
ある。このとき燃料改質器５０に改質触媒層の加熱源と
してバーナ５６を配設し、このバーナにバーナ用燃料ガ
スを流量調整器６０により流量調整しながら供給し、一
方、改質触媒層５２内に温度センサ６２を設けて、この
温度センサ６２からの検知信号により改質触媒層５２の
温度を測定し、その検知信号に基づいてバーナ用燃料ガ
スの流量調整器６０をフィードバック制御し、バーナ５
６のインプット量を調整することにより改質触媒層５２
を所定の温度に保つように制御するものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに改質触媒層内の温度を基に制御する方法は、改質触
媒層を所定の温度に保てば水蒸気改質反応等の改質反応
が十分に平衡組成まで進むとの前提で制御を行うもので
あり、実際には出口ガスの組成が不明であるため以下の
ような欠点があった。

【０００５】すなわち、十分に改質反応を進行させるた
めの安全策として改質触媒層を過剰に加熱する必要があ
り、その分燃料改質器の熱効率が低くなる。また必要以
上に触媒層を加熱することになるため、この中に充填さ
れた触媒の熱劣化が早いという問題もある。しかも改質
触媒が劣化すると、触媒層が所定の温度に制御されてい
ても反応が完結しないため、目的とする水素濃度（分
圧）を有する改質ガスが得られない恐れがあるといった
多くの問題があった。

【０００６】本発明の解決しようとする課題は、触媒作
用の下、炭化水素系原料ガスと水蒸気等の改質用ガスと
の改質反応により安定した水素濃度（分圧）を有する改
質ガスが得られる燃料改質器の運転システムを提供する
ことである。これにより安定した水素ガスの供給による
燃料電池の運転への信頼性を高め、また燃料改質器の熱
効率の改善、触媒寿命の延長による更なる安定した水素
ガス供給の達成、さらにメンテナンスの向上などに寄与
せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の本発明の燃料改質器の運転制御装置システムは、請求
項１に記載のように、燃料改質器に設けられる改質触媒
層に水素ガス生成用の原料ガスと水蒸気等の改質用ガス
との混合ガスを導入し、触媒作用下で改質反応により水
素ガスを生成させるに際し、改質触媒層で生成される水
素ガス濃度を検知し、その検知信号に基づいて燃料改質
器の改質触媒層内の温度を制御し、及び／又は、この改
質触媒層に供給される原料ガスと水蒸気の供給量を制御
するようにしたことを要旨とするものである。

【０００８】この運転制御システムによれば、燃料改質
器で生成される改質ガス中の水素濃度（分圧）は常に一
定状態に保たれるので、この改質ガスを例えば、自家発
電用燃料電池や自動車用燃料電池の燃料ガスとして供給
すれば、これらの燃料電池は一定の水素ガス濃度（分
圧）を有する燃料の供給により安定した運転状態（電
圧、出力）が得られる。

【０００９】この場合に請求項２に記載のように、改質
触媒層の温度制御が、燃料改質器に改質触媒層を加熱す
る加熱源を配設し、水素濃度の検知信号に基づいて該加
熱源の加熱インプット量を制御するものであるとよい。
例えば、改質触媒層の水素ガス濃度（分圧）が高い場合
には、バーナによる加熱インプットを抑制し、逆に改質
触媒層の水素ガス濃度（分圧）が低い場合には、バーナ
の加熱インプット量を高くする。これにより、燃料改質
器から常に安定した濃度（分圧）を有する水素ガスが得
られるばかりでなく、バーナの燃料消費量も最小限に抑
制され、無駄な燃料消費が回避されることとなる。

【００１０】本発明の請求項３は、改質触媒層が設けら
れた燃料改質器に、改質触媒層へ原料ガスと水蒸気等の
改質用ガスとの混合ガスを導入する原料ガス導入路を設
けると共に、改質触媒層を加熱する手段が配設され、該
改質触媒層で生成される水素ガス濃度（分圧）を検知す
る水素センサを該燃料改質器に備えると共に、該水素セ
ンサによる検知信号に基づいて前記改質触媒層の加熱手
段、及び／又は、前記原料ガス導入路を介して該改質触
媒層に導入される原料ガスと水蒸気の導入量を制御する
手段を有してなることを要旨とするものである。

【００１１】この燃料改質器によれば、原料ガスと水蒸
気等の改質用ガスとの混合ガスが改質触媒層に導入さ
れ、触媒作用の下、改質反応により水素ガスが生成され
るが、このときこの改質触媒層で生成される水素ガスの
濃度（分圧）が水素センサにより検知され、その検知信
号に基づいて改質触媒層内の加熱温度、あるいは改質触
媒層に導入される原料ガス及び水蒸気等の改質用ガスの
導入量及び混合割合が制御される。これにより、この改
質触媒層で生成される水素ガス濃度（分圧）は常時一定
にコントロールされ、燃料電池用の燃料として使用する
際に安定した運転が確保されることになる。

【００１２】そして水素センサは、請求項４に記載のよ
うに、改質触媒層内で生成する改質ガス中の水素ガスの
濃度（分圧）のみを高温中でその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）
測定する手段として、耐熱性に優れたプロトン導電性セ
ラミックスが用いられていることを要旨とするものであ
る。

【００１３】このプロトン導電性セラミックスを用いる
ことにより改質触媒層内で生成されるメタン、ＣＯなど
の共存する可燃性ガスの濃度によらず、改質ガス中の水
素ガスの濃度（分圧）のみを検知することが可能であ
り、これによって測定された水素分圧値に基づいて、改
質触媒層を加熱するバーナの加熱インプット量や、原料
ガス及び水蒸気等の改質用ガスの導入量及び混合割合を
フィードバック制御することによって水蒸気改質反応を
効率よく進行させることが可能となる。尚、燃料として
は、メタン、都市ガス、プロパン、ブタンなどの気体燃
料や、メタノール、ガソリン、軽油などの液体燃料が用
いられる。

【００１４】また、プロトン導電性セラミックスを用い
た水素センサとしては、請求項５に記載のように、プロ
トン導電性セラミックス管の炉内挿入端内外面に白金電
極を設け、プロトン導電性セラミックス管内の基準水素
と、炉内雰囲気ガス中の水素との濃度（分圧）差によっ
て生じる水素イオンのプロトン導電性セラミックス管内
の内外の両白金電極間の電位差を測定することにより炉
内水素分圧を測定するものが挙げられる。この方法では
プロトン導電性セラミックスを介して、基準水素ガスと
炉内雰囲気中の水素ガスとの濃度（分圧）差を検知する
ことにより炉内水素分圧を測定するものであるが、基準
水素ガスを必要としない、例えば、固体参照極を用いた
り、水素ポンプを利用して参照極としたプロトン導電性
セラミックス水素センサを使用してもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１に本発明の一実施形態である燃料改質
器の運転制御システムの概略構成を示したものである。
この図１においては、改質触媒層１２が設けられた燃料
改質器１０に、この改質触媒層１２に水素ガス生成用の
原料ガスであるメタン系炭化水素ガスを主成分とする原
料ガス（都市ガス１３Ａ）と、改質用ガスとして用いた
水蒸気との混合ガスを導入するための原料ガス導入路１
４が継がれ、燃料改質器１０内を高温度に加熱するため
の加熱源として配設されたバーナ１６にバーナ用の燃料
ガスを供給するための燃料ガス導入路１８が継がれ、こ
の燃料ガス導入路１８の途中には燃料ガスの流量を増減
させる自動電磁弁タイプの流量調整機能を備えた流量調
整器２０が設けられている。

【００１７】また、この燃料改質器１０には、改質触媒
層１２のガス出口近傍にこの改質触媒層１２内の雰囲気
ガス中の水素濃度（分圧）を測定するためのプロトン導
電性セラミックスから構成される高温用水素センサ３０
が設けられており、この水素センサ３０により検出され
た改質触媒層１２内の水素濃度（分圧）から演算器２２
によって、この水素濃度（分圧）に対応する演算温度を
算出し、算出された演算温度を基に燃料ガス導入路１８
に設けられる流量調整器２０をフィードバック制御する
ことによってバーナの加熱インプット量を調整してい
る。すなわち、改質触媒層１２内が所定の水素濃度（分
圧）に達していれば、それ以上の水蒸気改質反応を抑制
するために燃料ガスの供給を抑え、一方、所定値よりも
水素濃度（分圧）が低い場合には、水蒸気改質反応をさ
らに促進させるために燃料ガスの供給量を増大させるこ
とによって制御している。

【００１８】更にまた、演算器２２によって算出された
前記演算温度から、フィードバックして、原料ガス及び
水蒸気の供給源の直下に設けられた原料ガス流量調整器
２４及び水蒸気流量調整器２６によってそれぞれのガス
の導入量及び混合割合を調整することによっても、水蒸
気改質反応を制御することができる。

【００１９】一方、改質触媒層１２内には原料ガス導入
路１４を介して供給される原料ガス（都市ガス１３Ａ）
と改質用水蒸気との混合ガスを水素リッチガスへと変換
するための改質触媒として図示しないがＮｉ（ニッケ
ル）が充填されている。このＮｉ触媒が作用する下で、
Ｓ／Ｃ比（水蒸気モル数／原料ガス中の炭素モル数）＝
２．５とした原料ガスと改質用水蒸気の混合ガスを改質
触媒層１２内に投入し、改質触媒層１２内をバーナ１６
によって７００℃に加熱して、原料ガス（都市ガス１３
Ａ）と改質用水蒸気の混合ガスから数１に示す水蒸気改
質反応（反応（１））によって水素リッチの改質ガスを
生成する。尚、同じような改質反応としては、改質用ガ
スとして水蒸気の代わりに空気を用い、空気中の酸素と
原料ガスとを反応させた部分酸化改質反応（反応
（２））、ＣＯ_２ガスを改質用ガスとして用いたＣＯ_２
改質反応（反応（３））あるいは反応（１）及び（２）
を組み合わせたオートサーマル改質反応等もある。

【００２０】

【数１】水蒸気改質反応 CH₄(g)+H₂O(g)→CO(g)+3H₂(g) （１）部分酸化改質反応（水蒸気の代わりに空気を用いた場
合） CH₄(g)+1/2O₂(g)→2CO(g)+2H₂(g) （２）ＣＯ_２改質反応（水蒸気の代わりにＣＯ_２ガスを用いた
場合） CH₄(g)+CO₂(g)→2CO(g)+2H₂(g) （３）シフト反応 CO(g)+H₂O(g)→CO₂(g)+H₂(g) （４） (g)：気体状態を表す

【００２１】通常は反応（１）の水蒸気改質反応に並行
して反応（４）のシフト反応も同時に進行することによ
って、水素リッチガスが得られる。図２には、本実施例
のＳ／Ｃ比＝２．５の原料ガス（都市ガス１３Ａ）と水
蒸気の混合ガスを常圧（１ａｔｍ）下で投入したとき
の、上記反応によって生じる改質ガス中に含まれる各ガ
ス成分の平衡状態における組成を示している。加熱温度
である７００℃において、改質触媒層内で得られる水素
ガスは約６１ｖｏｌ％であり、この値は７００℃前後で
極大となる。一方、ＣＯガスが約１３ｖｏｌ％存在し、
この値は温度の上昇と共に増加する傾向にある。このＣ
Ｏガスは特に固体高分子型燃料電池に用いる場合に、電
極触媒に対して被毒作用があるため、ＣＯガスの生成を
抑えるため低温度での改質処理が好ましい。その上、７
００℃以上では水素の生成量はほとんど変化はないた
め、Ｓ／Ｃ比＝２．５の条件下では、このＣＯガスの生
成が極力抑えられる７００℃前後での改質処理が好まし
い。

【００２２】このようにして得られた改質ガス中に含ま
れる水素ガスの純度をさらに上げる必要がある場合に
は、燃料改質器での水蒸気改質反応を次の工程としてＣ
Ｏガス変成器によるＣＯガスの除去を行う。このＣＯガ
ス変成器では鉄系触媒あるいは銅触媒作用の下、シフト
反応（反応（４））によって改質ガス中に含まれるＣＯ
ガスの濃度（分圧）を下げることができる。

【００２３】図３は、この改質触媒層１２のガス出口近
傍に設けられる前記水素センサ３０の概略構成を拡大し
て示したものである。この水素センサ３０は、プロトン
導電性セラミックス材料ＣａＺｒ_０．９Ｉｎ_０．１Ｏ
_３−αによる一端が閉塞されたプロトン導電性セラミッ
クス管３２（以下、「プロトン導電管」と称する）の筒
底部分の内外壁面に白金電極Ｅｉ、Ｅｓを設けたセンサ
プローブを形成し、これを基準水素ガスが装填されるセ
ラミックスチューブ３４の先端にシール剤３６を介して
接合し、このセンサプローブのプロトン導電管３２をセ
ラミックス製の保護管３８に挿通してこの保護管３８内
にこのプロトン導電管３２の導体部を無機接着剤４０に
より接合してなるもので、この保護管３８の導体部分を
前記した改質触媒層１２の壁に挿通装着することにより
この水素センサ３０はプロトン導電管３２の先端部分が
改質触媒層１２内に挿入された状態で壁に備え付けられ
ている。

【００２４】改質触媒層１２内の雰囲気ガス中の水素分
圧をこの水素センサ３０を用いて測定する測定原理を図
４に示して説明する。改質触媒層１２に備えられる水素
センサ３０のプロトン導電管３２内に基準用水素ガスと
して１％濃度水素（Ｈ２）−ヘリウム（Ｈｅ）混合ガス
を装填しておき、改質触媒層内に原料ガス（都市ガス１
３Ａ）と水蒸気の混合ガスを導入し水蒸気改質反応が進
行すると、改質反応時の改質触媒層１２内の水素ガス濃
度（分圧）はプロトン導電管３２内の基準用水素ガスよ
りも高いために、改質触媒層１２内の高水素濃度（分
圧）側では、Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ の反応が起こり、改質触媒層１２内の水素ガスが水素イ
オンとなってプロトン導電管３２の管壁内を導電管３２
内側に向けて透過し、一方、プロトン導電管３２内の低
水素濃度（分圧）側では、２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２の反応が起ころうとする。

【００２５】そのためにプロトン導電管３２の内外壁面
白金電極Ｅｉ、Ｅｓ間に改質触媒層側とセラミックス管
３２内側の水素ガスの濃度（分圧）差に対応した電圧が
発生することとなり、この電位差を測定することにより
改質触媒層１２内の水素分圧が測定されるものである。
ちなみに、改質触媒層１２内の水素ガス分圧Ｐ_Ｈ２は、
次のＮｅｒｎｓｔの式（数２）を用いて求められる。

【００２６】

【数２】Ｐ_Ｈ２＝Ｐ_Ｈ２（Ｓ）・ｅｘｐ（２ＦＥ／ＲＴ）ここにＰ_Ｈ２：改質触媒層内の水素分圧（ａｔｍ）Ｐ_Ｈ２（Ｓ）：基準側水素分圧（ａｔｍ）Ｅ：起電力（Ｖ）Ｆ：ファラデー定数：９６５００（Ｃ／ｍｏｌ）Ｒ：気体定数：８．３１４（Ｊ・ｍｏｌ^−１・Ｋ^−１）Ｔ：絶対温度（Ｋ）

【００２７】この水素センサ３０から改質触媒層１２内
の出口近傍の水素分圧が検知されると、この分圧値から
改質ガス中に含まれる水素ガスの組成が算出でき、図２
に示した平衡ガス組成と温度との関係から演算器２２に
よって、測定された水素分圧に対応する温度を算出し、
この温度が所定の水素濃度（分圧）が得られる温度に十
分に達していれば、それ以上の水蒸気改質反応を抑制す
るために燃料ガスの供給を抑え、一方、所定の水素濃度
（分圧）が得られる温度よりも低い場合には、水蒸気改
質反応をさらに促進させるために燃料ガスの供給量を増
大させることによって改質触媒層１２内の水蒸気改質反
応を制御する。

【００２８】また、水蒸気改質反応を制御する別の手段
としては、演算器２２によって算出された水素分圧に対
応する演算温度から、原料ガス及び水蒸気それぞれの導
入量及び混合割合を流量調整器２４，２６によって、フ
ィードバック制御することもできる。すなわち、演算温
度が、所定の水素濃度（分圧）を有する改質ガスが得ら
れる温度からずれている場合には原料ガスと水蒸気の導
入量及び混合割合（Ｓ／Ｃ比）を変化させることによっ
て、改質触媒層１２内の雰囲気を制御するものである。

【００２９】本発明は上記した実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、改質
用ガスガスとして、原料ガスであるメタン系の都市ガス
１３Ａと改質用水蒸気をＳ／Ｃ比＝２．５となるように
混合したものを用いて説明した。原料ガスとして都市ガ
ス１３Ａを用いたのは、既存の都市ガスの配管経路を利
用すれば、改質処理に必要な原料ガスが容易に供給でき
るからであるが、ガスボンベを用いたメタン、プロパ
ン、ブタンなどの炭化水素系ガスあるいは液体燃料を用
いても同様の効果が得られることは言うまでもない。ま
た、改質用ガスとして水蒸気を用いたが、水蒸気の代わ
りに空気あるいはＣＯ_２ガス等を用いて、それぞれの改
質反応（部分酸化改質反応あるいはＣＯ_２改質反応等）
により、水素ガスを生成させる手段であっても勿論よ
い。更にまた、原料ガスと水蒸気等の改質用ガスの混合
比も水素ガスが効率よく得られる範囲においては、いか
なる条件であっても構わない。

【００３０】また、上記の実施の形態では、改質触媒層
の加熱手段としてバーナを用いたが、電気ヒータ等の他
の加熱手段を用いたものであってもよい。さらに、本実
施形態では、加熱温度を７００℃として改質処理を行っ
た。これは、水素ガスが効率よく発生させることができ
る温度であるためであるが、この改質処理温度は７００
℃よりも高温側でも低温側でも実施することが可能であ
る。

【００３１】更にまた、上記の実施の形態では、改質触
媒層内の処理温度を制御する手段として、水素センサの
みを用いて触媒層内の水素濃度（分圧）を測定し、得ら
れた濃度（分圧）値を基に最適の処理温度を割り出し、
水素ガスを効率よく発生させる方法を採ったが、改質処
理装置内に温度センサを導入し、水素センサと併用して
温度制御を行う方法を採ることも勿論可能である。

【００３２】更にまた、上記の実施の形態では、水素セ
ンサとしては、一端が閉塞された筒状のプロトン導電性
セラミックス管を用い、管内側に基準水素ガスを充填
し、この基準水素ガス中と改質触媒層内の改質ガス中と
の水素ガスの濃度（分圧）差に対応して発生する電圧を
測定することにより改質触媒層内の水素濃度（分圧）を
検知するものを用いて説明した。しかし、使用する水素
センサはこれに限定されるものではなく、種々のタイプ
のものを用いることができる。例えば、基準水素ガスを
用いない、固体参照極や水素ポンプを利用した参照極を
用いたプロトン導電性セラミックス水素センサであって
もよい。

【００３３】更にまた、この燃料改質器において用いら
れる水素センサのプロトン導電性セラミックス材料とし
ては、現在幾つかのものが知られており、例えば、Ｓｒ
Ｃｅ _０．９５Ｙｂ_０．０５Ｏ_３−α、ＢａＣｅ_０．９Ｎ
ｄ_０．１Ｏ_３−α、ＳｒＺｒ _０．９５Ｙｂ_０．０５Ｏ
_３−α、ＣａＺｒ_０．９６Ｉｎ_０．０４Ｏ_３−α等もプ
ロトン導電性を有するものとして適用できるものであ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明の燃料改質器の運転制御システム
によれば、燃料改質器に設けられる改質触媒層に炭化水
素系の原料ガスと水蒸気等の改質用ガスとの混合ガスを
導入し、触媒作用の下、改質反応により水素リッチの改
質ガスを生成させるに際し、得られる水素ガスの濃度
（分圧）を改質触媒層のガス出口近傍に設けた水素セン
サによって検知し、その検知信号に基づいて燃料改質器
の改質触媒層の温度を制御すると共に、改質触媒層に供
給される原料ガスと改質用水蒸気の供給量を制御してい
る。すなわち、改質触媒層内の温度制御に関しては、改
質触媒層内の実温度ではなく、水素濃度（分圧）に対応
する温度（演算温度）に基づいて行っているので、たと
え改質触媒の性能が劣化したとしても、この演算温度を
フィードバックしてバーナの加熱インプット量や、原料
ガス及び水蒸気等の改質用ガスの導入量及び混合割合を
制御して所定濃度（分圧）の水素ガスを生成することが
できる。

【００３５】また、水素センサを用いて改質触媒層内の
温度並びに雰囲気を制御することによって、改質器の反
応効率もよく、またバーナに供給する燃料ガスや、水蒸
気改質反応に用いる水素ガス生成用の原料ガス及び水蒸
気等の改質用ガスの供給量を必要最小限に抑えることが
でき、更には、改質触媒層の過剰の加熱も回避すること
ができるため触媒及び装置の長寿命化にも貢献する等、
従来の温度センサのみによって改質触媒層内の雰囲気を
制御する手段に比べて改質処理コストを大幅に抑制する
ことができるという本願特有の効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質器の概略構
成図である。

【図２】本実施例における原料ガスと水蒸気の混合ガス
を改質ガスとして用いた時の改質触媒層内の平衡ガス組
成の温度変化を示した図である。

【図３】図１の燃料改質器に用いられる水素センサの要
部を拡大して示した図である。

【図４】図３に示した水素センサを用いて改質触媒層内
雰囲気ガス中の水素ガス濃度を測定する原理を説明する
ために示した図である。

【図５】従来一般的に知られている燃料改質器の概略構
成図である。

【符号の説明】

１０燃料改質器１２改質触媒層１４原料ガス導入路１６バーナ１８燃料ガス導入路２０燃料ガス流量調整器２２演算器２４原料ガス流量調整器２６水蒸気流量調整器３０水素センサ３２プロトン導電性セラミックス管Ｅｉ、Ｅｓ白金電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鵜飼健司愛知県東海市新宝町507−２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内Ｆターム(参考） 2G004 ZA01 4G040 EA03 EA05 EA06 EA07 EB03 EB12 EB43 EC02 4G140 EA03 EA05 EA06 EA07 EB03 EB12 EB43 EC02 5H027 KK31 KK42 MM12 MM13 MM14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料改質器に設けられる改質触媒層に水
素ガス生成用の原料ガスと水蒸気等の改質用ガスとの混
合ガスを導入し、触媒作用下で改質反応により水素ガス
を生成させるに際し、改質触媒層で生成される水素ガス
濃度を検知し、その検知信号に基づいて燃料改質器の改
質触媒層内の温度を制御し、及び／又は、この改質触媒
層に供給される原料ガスと水蒸気の供給量を制御するよ
うにしたことを特徴とする燃料改質器の運転制御システ
ム。
【請求項２】改質触媒層の温度制御が、燃料改質器に
改質触媒層を加熱する加熱源を配設し、水素濃度の検知
信号に基づいて該加熱源の加熱インプット量を制御する
ものであることを特徴とする請求項１に記載される燃料
改質器の運転制御システム。
【請求項３】改質触媒層が設けられた燃料改質器に、
改質触媒層へ原料ガスと水蒸気等の改質用ガスとの混合
ガスを導入する原料ガス導入路を設けると共に、改質触
媒層を加熱する手段が配設され、該改質触媒層で生成さ
れる水素ガス濃度を検知する水素センサを該燃料改質器
に備えると共に、該水素センサによる検知信号に基づい
て前記改質触媒層の加熱手段、及び／又は、前記原料ガ
ス導入路を介して該改質触媒層に導入される原料ガスと
水蒸気の導入量を制御する手段を有してなることを特徴
とする燃料改質器の運転制御装置。
【請求項４】前記水素センサには、改質触媒層内に存
在する改質ガス中の水素ガスの濃度のみを測定する手段
として、プロトン導電性セラミックスが用いられている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料改質器の運転制
御装置。
【請求項５】前記プロトン導電性セラミックスを用い
た水素センサは、プロトン導電性セラミックス管の炉内
挿入端内外面に白金電極を設け、プロトン導電性セラミ
ックス管内の基準水素と、炉内雰囲気ガス中の水素との
濃度差によって生じる水素イオンのプロトン導電性セラ
ミックス管の内外の両白金電極間の電位差を測定するこ
とにより触媒層内の水素濃度を測定するものであること
を特徴とする請求項３又は４に記載の燃料改質器の運転
制御装置。