JP2002293504A - 燃料改質装置およびその早期起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料改質装置の始動後に発生する不純物の濃
度を早期に低減し、迅速に燃料電池のスタックへ高純度
の水素を供給する。 【解決手段】 水素ガス供給ライン(18)に精製ガス(12)
を改質器(10)へ送り戻す循環ガスライン(24)を接合し、
精製ガス中のＴＨＣ（炭化水素）濃度が高いときには、
精製ガスを循環ガスラインに送り改質器で改質反応を繰
り返すことにより改質率を早期に向上させる。その際混
合ガス(4)の供給を減少し過剰供給を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料改質装置およびそ
の早期起動方法、より詳細には、燃料電池など高純度の
水素を燃料とする産業において、炭化水素系燃料、アル
コール系燃料などを改質し、早期に高純度の水素を取り
出す燃料改質装置及びその早期起動方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池で発電を行う場合、スタックに
供給される精製ガスには水素が含まれること、一酸
化炭素（ＣＯ）濃度が所定の濃度以下であること、炭
化水素（ＴＨＣ）濃度が所定の濃度以下であること、な
どが必要とされる。

【０００３】一般に燃料電池に使用される水素は、主と
してブタンやプロパン等の炭化水素系燃料、メタノール
等のアルコール系燃料等を出発原料として改質触媒を充
填した改質器で燃料ガス、水蒸気および空気からなる混
合ガスの改質を行い生成される。

【０００４】ここで、改質反応は比較的高温下で進行す
るため、従来の改質器の起動の際には蒸発器で混合ガス
を熱し、その保有熱により改質触媒を予め暖めたり、混
合ガスの一部を改質器内において部分酸化させ、その反
応熱を利用して内部から改質触媒を暖めたりして改質反
応を促進している（オートサーマル方式）。

【０００５】また、改質反応によって得られた水素リッ
チな改質ガス中には、被毒物質である一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）が多く混入しているため、一般には改質器の下流側
にＣＯ除去触媒が充填されたＣＯ除去器を設け、ここで
ＣＯ除去反応を行うことによって一酸化炭素濃度を所定
の濃度まで低減する措置が講じられている。

【０００６】一方、ＣＯ除去反応は改質反応と比して比
較的低温下で進行するものの１００〜２００℃程度の温
度が必要とされるため、改質装置の始動時にはＣＯ除去
触媒を改質ガスの保有熱およびＣＯ除去反応により発生
する反応熱により運転可能な温度まで昇温していた。

【０００７】ここで改質装置の起動後改質触媒が十分に
暖められるまでの間には改質反応が十分に進行せず、そ
のため改質ガス中には未改質物質等が多く含有されるこ
とになる（これを「湿りガス」と呼ぶ。）。湿りガスに
は高濃度のＴＨＣや水蒸気が含まれるが、高ＴＨＣガス
はスタックに流すことができず、十分に改質触媒が暖め
られるまでの間はこれを廃棄するか、または蒸発器に送
り戻して原料を加熱するための燃焼用燃料として利用し
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】改質触媒を暖めるため
には蒸発器から高温の混合ガスを供給し、その保有熱や
部分酸化による反応熱を利用するが、改質触媒の昇温に
は一定の時間を要する。そのため昇温するまでの間には
湿りガスが改質器からＣＯ除去器に流れ込み、ＴＨＣや
水蒸気が加熱前のＣＯ除去触媒の活性面に付着（結露）
し、ＣＯ除去反応を阻害する要因となっていた。

【０００９】加えて従来の改質装置では蒸発器から改質
器に向けて混合ガスが常時供給され続けるため、改質触
媒が十分に熱せられるまで高濃度のＴＨＣや水蒸気を含
有する改質ガスがＣＯ除去器に流れ込み、ＴＨＣや水蒸
気のＣＯ除去触媒への付着が一層多くなっていた。ＣＯ
除去触媒に付着したＴＨＣや水蒸気が除去されＣＯ除去
反応が進行するためにはさらに一定の時間を要するの
で、改質触媒が十分に熱せられた後もなお一定時間スタ
ックに精製ガスを流すことができなかった。

【００１０】燃料電池自動車などに改質装置を使用する
場合、高純度の水素を早期にスタックに供給することに
よって発電し、迅速に機関を始動する要望が大きい。し
かしながら従来の改質装置では上述のように起動後の早
期にスタックに改質ガスを流せず、燃料電池自動車等に
これを使用する場合において実用上問題があった。

【００１１】本発明は、かかる種々の問題点を解決すべ
く創案されたものである。すなわち本発明は、改質触媒
が十分に熱せられるまでの間に生じる湿りガスのＴＨＣ
や水蒸気の濃度を早期に低減し、ＣＯ除去触媒へのＴＨ
Ｃ等の付着を抑制し、付着が起こった場合にもこれを早
期に除去し、ＣＯ除去器でのＣＯ除去反応への阻害を防
止することによって、迅速にスタックへ高純度の水素を
供給することが可能な燃料改質装置およびその早期起動
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、燃料、水および空気からなる原料（２）を加
熱・気化して高温の混合ガス（４）とする蒸発器（６）
と、前記混合ガスを改質して水素を含有する改質ガス
（９）を生成する改質器（１０）と、前記改質ガスから
一酸化炭素を除去し精製ガス（１２）とするＣＯ除去器
（１４）と、前記精製ガスを燃料電池のスタック（１
６）へ送る水素ガス供給ライン（１８）と、からなる燃
料改質装置であって、前記水素ガス供給ラインに設けら
れ前記スタックへの前記精製ガスの流入を制限する流量
制御弁（２２）と、該流量制御弁の上流側に設けられ前
記精製ガスを前記改質器の入口側に送り戻す循環ガスラ
イン（２４ａ）と、該循環ガスラインに前記精製ガスを
循環させる循環手段（２６）と、が備えられ、前記改質
ガスまたは前記精製ガス中の炭化水素（ＴＨＣ）濃度が
高いときには前記流量制御弁を閉じ前記スタックへの前
記精製ガスの流入を制限し、前記精製ガスを前記循環ガ
スラインに送る、ことを特徴としている。

【００１３】一般的な改質装置に循環ガスライン（２４
ａ）を設け、起動時に発生するＴＨＣや水蒸気を多く含
む湿りガスを改質器（１０）に送り戻し、再び部分酸化
反応および改質反応を行わせることによって十分な改質
を行い、改質器出口でのＴＨＣや水蒸気の量を早期に減
少させることができる。これによって、ＴＨＣや水蒸気
のＣＯ除去触媒への付着を抑制し、ＣＯ除去反応への阻
害を防止できる。なおこのとき、蒸発器（６）から改質
器へ供給される混合ガス（４）を減少し、過剰に混合ガ
スが改質器に流れ込むことを防ぐものとする。

【００１４】また、前記循環ガスライン（２４ａ）には
遮断弁（２８）が備えられ、該遮断弁は、前記流量制御
弁（２２）が前記精製ガス（１２）の流量の制限をした
ときには開くことも好ましい。

【００１５】循環ガスラインに遮断弁を設け、その開閉
を流量制御弁の開閉と連動させ、流量制御弁（２２）が
精製ガス（１２）の流量の制限をしたとき、すなわち起
動時の高濃度ＴＨＣおよび水蒸気を含む湿りガスが発生
するときにはこれを開き、湿りガスを循環ガスラインに
導くものとすることもできる。

【００１６】ここで、流量制御弁および遮断弁を始動か
らの時間によって制御し開閉するものであっても良い
が、前記改質器（１０）の出口または前記ＣＯ除去器
（１４）の出口のＴＨＣ濃度を検出するＴＨＣセンサ
（３２ａ）と、該ＴＨＣセンサからの信号を受信し処理
する制御装置（３４）と、を改質装置に備えてやり、制
御装置からの制御信号を受け開閉するものとすることも
好ましい。

【００１７】改質装置の使用環境等が変化した場合であ
っても、ＴＨＣセンサによって改質器の出口またはＣＯ
除去器の出口におけるＴＨＣ濃度を検出し、流量制御弁
および遮断弁を制御してやることで、スタックに精製ガ
スを流入させるタイミングを最適化することが可能とな
る。

【００１８】さらに、改質装置には、前記水素ガス供給
ラインに起動時の高ＴＨＣ濃度の精製ガス（１２）を外
部に排出する起動時余剰ガスライン（３６ａ）を備える
ことが効果的である。

【００１９】改質触媒を加熱するためには、蒸発器で加
熱された混合ガスの保有熱や混合ガスの部分酸化による
反応熱を利用する必要があるが、改質器の起動時に供給
された混合ガスの全てが精製ガス（湿りガス）となって
循環ガスラインに流れ込むと、蒸発器からは新規に混合
ガスが供給されず短時間で改質触媒を十分に加熱するこ
とが難しい。そこで、改質器の起動時に生じる湿りガス
の一部を起動時余剰ガスラインから排出する一方、所望
の混合ガスを新たに改質器へ供給することによって、混
合ガスの過剰供給を防ぎつつ改質器の昇温を図ることが
できる。なお、改質器の起動時に生じる湿りガスの一部
を起動時余剰ガスラインから蒸発器に供給し、蒸発器を
加熱するための燃焼用燃料として再利用すれば、蒸発器
を加熱するために用いられる燃料を減少させることがで
きるため燃費の面からも効果的である。

【００２０】ここで、前記流量制御弁（２２）を、前記
スタック（１６）および起動時余剰ガスライン（３６
ａ）への前記精製ガス（１２）の流量を調整する三方弁
（２２ａ）とすることも好ましい。

【００２１】三方弁によって起動時における湿りガスの
スタックへの流入を制限すると同時に、起動時余剰ガス
ラインからの精製ガスの排出量を調整することによっ
て、循環ガスラインへ流入する精製ガスの流量を最適化
することができる。

【００２２】さらに、前記循環手段（２６）は、前記蒸
発器（６）と前記改質器（１０）とを連通する混合ガス
ライン（３８）を通り圧送される混合ガス（４）によっ
て駆動し、前記循環ガスライン（２４ａ）へ前記精製ガ
スを吸引する混合ガスラインと循環ガスラインとの接合
部分に備えられたエゼクタ（２６ａ）であることも好ま
しい。

【００２３】前記循環手段は、混合ガスラインを圧送さ
れる混合ガスによって駆動するエゼクタによって精製ガ
ス（湿りガス）を循環ガスラインへ吸引し循環させるこ
ともできる。

【００２４】なお、前記循環手段（２６）は、前記循環
ガスライン（２４ａ）の経路に設けられたダイヤフラム
ポンプであってもよい。

【００２５】また、本発明は、燃料、水および空気から
なる原料（２）を加熱・気化して高温の混合ガス（４）
とし、該混合ガスを改質器（１０）において改質して改
質ガス（９）を生成し、該改質ガスからＣＯ除去器（１
４）において一酸化炭素を除去して精製ガス（１２）と
し、該精製ガスを燃料電池のスタック（１６）へ送る燃
料改質方法であって、前記精製ガス中の炭化水素（ＴＨ
Ｃ）濃度が高いときには前記スタックへの前記精製ガス
の流入を制限し、制限した精製ガスの全部又は一部を前
記改質器の入口側に送り戻して循環ガス（４０）とし、
これと同時に前記改質器への前記混合ガスの供給量を減
じる、ことによる燃料改質装置の早期起動方法を提供す
る。

【００２６】改質器の起動時に改質触媒が十分に暖めら
れていないときに発生するＴＨＣ等を多く含む湿りガス
の前記スタックへの流入を制限し、制限した精製ガスの
全部又は一部を改質器に送り戻して再び改質反応を行
い、改質反応を十分に進行させＴＨＣ等の濃度を低下さ
せる。また、前記混合ガスの供給量を減少させることに
よって混合ガスの過剰供給を制限し、未改質物質の発生
を抑え、ＴＨＣや水蒸気のＣＯ除去触媒への付着をなく
すことによってＣＯ除去反応を促進し、早期にスタック
への高純度の水素ガスを供給することが可能となる。そ
のため燃料改質装置を早期起動することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。

【００２８】本発明は、主として燃料電池用の水素供給
源として自動車等に搭載して使用することを目的とした
燃料ガス、水蒸気および空気からなる混合ガスを水素に
転換するための燃料改質装置である。以下、今後供給の
安定化や価格の低廉化が期待されるメタノールを燃料ガ
スとして用いた水素製造に本発明の改質装置を適用した
場合について説明する。

【００２９】図１は、本発明の燃料改質装置の第一の実
施形態を示す構成図である。

【００３０】本実施形態の燃料改質装置は、大きく分け
て蒸発器６、改質器１０、およびＣＯ除去器１４とから
なり、ＣＯ除去器１４からは水素リッチな精製ガスを燃
料改質装置の外部に設けられた燃料電池のスタック１６
へ供給する水素ガス供給ライン１８がのびている。

【００３１】蒸発器６には外部からメタノールを供給す
るメタノール供給管３ａと水および空気を供給する水・
空気供給管３ｂが備えられている。メタノール供給管３
ａは蒸発器６の外部において分岐しており、その分岐し
た管は蒸発器の底部に設けられた燃焼室７に通じてい
る。また、メタノール供給管３ａの主流と水・空気供給
管３ｂとは合流し、メタノール、水および空気は混合さ
れ蒸発器６に送られる。

【００３２】燃焼室７では供給されたメタノールを、外
部から取り入れた空気（酸素）を用いて燃焼させること
によって燃焼熱を取り出す。蒸発器６に送られたメタノ
ール、水および空気よりなる原料は主にこの燃焼熱によ
って加熱され、高温の混合蒸気（混合ガス）となって混
合ガスライン３８を通じて改質器１０に送られる。な
お、メタノール等は後述の起動時余剰ガス３７やアノー
ド・カソード排ガス４５をも熱源として利用し加熱され
る。

【００３３】改質器１０の前段部分には部分酸化用触媒
１０ａが充填され、混合ガスの一部は部分酸化すること
により燃焼熱を発生し、残りの混合ガスや改質触媒を改
質反応に適した温度にまで直接的に加熱する（オートサ
ーマル方式）。

【００３４】改質器１０の中・後段部分には改質触媒１
０ｂが充填されており、混合ガス４は改質触媒１０ｂと
接触して改質反応を行い水素リッチな改質ガス９を生成
する。その後この改質ガス９は改質ガスライン８を通じ
てＣＯ除去器１４に送られる。

【００３５】しかしながら改質装置の始動時には改質触
媒１０ｂが低温であるため、これが十分に熱せられるま
での間には改質反応が進行せず、改質器１０を出てＣＯ
除去器１４に向かう改質ガス９は、ＴＨＣや水蒸気など
が多く含まれるいわゆる湿りガスとなっている。

【００３６】ＣＯ除去器１４にはＣＯ除去触媒が充填さ
れており、改質器１０から送られた改質ガス９から被毒
物質である一酸化炭素の除去を行い精製ガス１２を生成
する。ここで改質器１０から送られる改質ガス９が湿り
ガスである場合にはＣＯ除去触媒の活性面にＴＨＣや水
が一時的に付着する。

【００３７】ＣＯ除去器１４からは燃料改質装置の外部
に設けられた燃料電池のスタック１６へ供給する水素ガ
ス供給ライン１８がのびている。また、水素ガス供給ラ
イン１８にはその経路において三方弁２２ａが備えられ
ており、この三方弁からは起動時余剰ガスライン３６ａ
が分岐している。

【００３８】この三方弁２２ａはＣＯ除去器１４からの
精製ガス１２のスタック１６への流入を制限するととも
に、起動時余剰ガスライン３６ａから排出される精製ガ
スの流量を制御する。この起動時余剰ガスライン３６ａ
は蒸発器６へと通じており、蒸発器６の燃焼室７で燃焼
してメタノール等を加熱する。また、三方弁２２ａの上
流側に位置する水素ガス供給ライン１８からは循環ガス
ライン２４ａがのびており、その他端は改質器１０の入
口側の混合ガスライン３８に繋がっている。

【００３９】循環ガスライン２４ａが設けられることに
より、改質反応が繰り返し行われ、改質率の向上が図ら
れる。改質ガス９中のＴＨＣ等が減少し、ＣＯ除去触媒
へのこれらの付着の累積がなくなと改質ガス９から効率
的にＣＯを除去することができ、またＣＯ除去触媒から
ＴＨＣが蒸発してくることもないため、改質装置の始動
後早期に精製ガス１２を燃料電池のスタック１６へ流す
ことができる。すなわち、改質装置を早期に起動するこ
とができる。なおこのとき、改質装置の始動直後におけ
る混合ガス４の供給量を制限することによって、過剰に
混合ガスが供給されることによるＴＨＣ等の発生が抑制
される。

【００４０】さらに循環ガスライン２４ａの経路には遮
断弁２８が備えられており、遮断弁２８は循環ガスライ
ン２４ａ中を流れる精製ガス（湿りガス）の流量を調整
する。

【００４１】三方弁２２ａは改質装置の始動直後にはＴ
ＨＣ等が多く含まれた精製ガス（湿りガス）１２のスタ
ック１６への流入を防ぐべくこのラインを閉じ、これと
同時に起動時余剰ガスライン３６ａを開けて、この精製
ガス（湿りガス）の一部を排出する。遮断弁２８はこの
とき循環ガスライン２４ａを解放し、残りの精製ガス
（湿りガス）を循環ガスライン２４ａへと導き入れる。
循環ガスライン２４ａへ流れ込んだ湿りガス（循環ガス
４０）は、改質器１０の入口側の混合ガスライン３８へ
と送り戻され再び改質器１０に送られて部分酸化反応お
よび改質反応を行う。

【００４２】ここで、循環する湿りガス（循環ガス４
０）だけでは改質触媒の早期加熱を図れないため、部分
酸化による発熱および混合ガスの保有熱を利用する必要
がある。そのため必要最小限の混合ガスを改質器１０に
供給する。また、かかる混合ガスの供給は後述するエゼ
クタ２６ａを駆動するためにも必要となる。

【００４３】三方弁２２ａおよび遮断弁２８の制御は、
ＣＯ除去器１４の出口に設けたＴＨＣセンサ３２ａによ
りＴＨＣの濃度、換言すれば改質反応の進行の度合い
（改質率）を測定し、その濃度情報を制御装置３４に送
信し、制御装置３４から三方弁２２ａおよび遮断弁２８
に制御信号を送ることによって行われる。例えば三方弁
２２ａは、ＴＨＣの濃度が高いときにはスタック１６へ
精製ガス１２を注入しないように一の弁を閉じると同時
に、起動時余剰ガスライン３６ａへ精製ガスの一部を流
し込むように他の弁を開く。遮断弁２８はこれに連動し
て弁を完全に解放し、循環ガスライン２４ａへ湿りガス
を導き入れる。すなわち、制御信号をもとに三方弁２２
ａおよび遮断弁２８を制御することによってスタック１
６への精製ガス１２の注入を遮断し、起動時余剰ガスラ
イン３６ａから湿りガスの一部を排出し、循環ガスライ
ン２４ａに流れ込む湿りガスの量を調整するとともに、
蒸発器６から改質器１０に新規に供給される混合ガス４
の流量を調整することで改質率を短時間で向上させ、ス
タック１６への精製ガス１２を迅速に注入することが可
能となる。

【００４４】なお、ＴＨＣセンサ３２ａはＣＯ除去器１
４の出口に設けるものであっても良いし、改質器１０の
出口に設けるものであっても良い。

【００４５】また、循環ガスライン２４ａと混合ガスラ
イン３８との接合部分には、混合ガスライン３８を通り
圧送される混合ガス４によって駆動し、精製ガスライン
１８から循環ガスライン２４ａへ精製ガス１２（湿りガ
ス）を吸引するエゼクタ２６ａが備えられている。

【００４６】スタック１６へ精製ガス１２を注入せず、
起動時余剰ガスライン３６ａから湿りガスの一部を排出
し、循環ガスライン２４ａの遮断弁２８を解放したとし
ても、混合ガスライン３８でのガス圧が水素ガス供給ラ
イン１８でのガス圧よりも高くなるため循環ガスライン
２４ａ中を湿りガスが自然に循環することはない。そこ
で混合ガス４のガス圧を利用したエゼクタ２６ａによっ
て湿りガスを循環ガスライン２４ａに吸引することで、
湿りガスを改質器１０へと再循環させることができる。
なお、エゼクタ２６ａを用いる代わりに、循環ガスライ
ン２４ａにダイヤフラムポンプを設けてやることもでき
る。

【００４７】なお、水素ガス供給ライン１８はスタック
１６のアノード（図示せず）に水素リッチな精製ガスを
供給し、また、スタック１６のカソード（図示せず）に
は外部から導かれた空気供給ライン４６より空気が供給
される。さらに、燃料電池からは発電を行った後の排ガ
スを排気するためのカソード・アノード排ガスライン４
４が備えられており、このラインは蒸発器６へと通じ、
カソード・アノード排ガスはメタノール等を予熱するた
めの熱源として利用される。

【００４８】図２は、ＣＯ除去器１４の出口での改質率
を、混合ガス供給量および循環ガスの流量を改質装置の
始動からの時間を横軸にとって表したものである。

【００４９】改質装置の始動時には三方弁２２ａのＣＯ
除去器１４とスタックとをつなぐラインを閉じた上で、
混合ガスを供給する。その後、循環ガス４０の流量を徐
々に増やしてやると同時に混合ガス４の供給量を減少さ
せる。ここで、循環ガスラインに流入した湿りガス以外
の湿りガスは起動時余剰ガスラインを通して蒸発器へと
送られる。

【００５０】この状態で改質触媒の加熱を促進するとと
もに、精製ガス１２を循環させ改質反応を繰り返し行い
ＴＨＣ等の濃度を低下させる。改質触媒の昇温および改
質率の向上に伴い混合ガス４の供給量を増やし、循環ガ
ス４０の流量を徐々に減少させ、高改質率がえられた時
点で遮断弁２８を閉じ、精製ガスの循環をやめる。その
後、スタック１６へ精製ガス１２を流し込み発電を行
う。

【００５１】このように循環ガスライン２４ａに流し込
む精製ガス、起動時余剰ガスライン３６ａから排出する
精製ガス、および改質器に供給する混合ガス４の流量を
ＴＨＣ濃度（改質率）との関係によって調節すること
で、ＣＯ除去器１４の出口での改質率を短時間に向上さ
せることができ、始動から早期にスタックへ精製ガスの
供給を行い発電することができる。

【００５２】図３は、本発明の燃料改質装置の第二の実
施形態を示す構成図である。本実施形態の燃料改質装置
は第一の実施形態で水素ガス供給ライン１８にあった三
方弁（循環ガスライン）を、改質器１０とＣＯ除去器１
４とをつなぐ改質ガスライン８に移動し、ＣＯ除去器１
４の出口に備えていたＴＨＣセンサも改質器１０の出口
側であって循環ガスラインとの接合部上流側に移動した
ものである。

【００５３】燃料改質装置始動後ＴＨＣセンサ３２ｂで
検出したＴＨＣ濃度が高い場合には三方弁２２ｂの各弁
を開閉し、改質器１０からＣＯ除去器１４へ改質ガス９
を流さず、その一部を起動時余剰ガスライン３６ｂから
排出し、残りの改質ガス９を循環ガスライン２４ｂに送
り循環させ再び改質反応を行い、改質触媒が昇温し十分
な改質率がえられた時点でＣＯ除去器１４へ改質ガス９
を注入する。このとき改質ガス９からはＴＨＣ等が除去
されているため、ＣＯ除去触媒の活性面にＴＨＣ等が付
着することはない。したがって、本実施形態の燃料改質
装置によっても早期に精製ガス１２を燃料電池のスタッ
ク１６へ供給し、燃料改質装置の始動後短時間の間に発
電することが可能となる。

【００５４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。

【００５５】

【発明の効果】上述したように本発明の燃料改質装置に
よれば、改質触媒が十分に熱せられるまでの間に生じる
混合ガス中のＴＨＣや水蒸気の濃度を早期に低減し、Ｃ
Ｏ除去触媒へのＴＨＣ等の付着を抑制し、付着があった
場合にも早期にこれを除去し、ＣＯ除去触媒へのＴＨＣ
等の付着を減少させ、ＣＯ除去反応の効率化を図ること
により、迅速に燃料電池のスタックへ高純度の水素ガス
（精製ガス）を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の燃料改質装置の第一の実施形態を示
す構成図である。

【図２】 改質率を、燃料ガス供給量および循環ガスの
状態量との関係で表した図である。

【図３】 本発明の燃料改質装置の第二の実施形態を示
す構成図である。

【符号の説明】

２ 原料 ３ａ メタノール供給管 ３ｂ 水・空気供給管 ４ 混合ガス ６ 蒸発器 ７ 燃焼室 ８ 改質ガスライン ９ 改質ガス １０ 改質器 １０ａ 部分酸化用触媒 １０ｂ 改質触媒 １２ 精製ガス １４ ＣＯ除去器 １６ スタック １８ 水素ガス供給ライン ２２ 流量制御弁 ２２ａ，２２ｂ 三方弁 ２４ａ、２４ｂ 循環ガスライン ２６ 循環手段 ２６ａ エゼクタ ２８ 遮断弁 ３２ａ，３２ｂ ＴＨＣセンサ ３４ 制御装置 ３６ａ，３６ｂ 起動時余剰ガスライン ３７ 起動時余剰ガス ３８ 混合ガスライン ４０ 循環ガス ４４ カソード・アノード排ガスライン ４５ アノード・カソード排ガス ４６ 空気供給ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ (72)発明者 高橋 克巳 神奈川県横浜市磯子区新中原町１ 石川島 播磨重工業株式会社機械・プラント開発セ ンター内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB31 EB43 4G140 EA02 EA03 EA06 EB31 EB43 5H027 AA02 BA01 BA16 BA17 KK31 MM01 MM12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料、水および空気からなる原料（２）
   を加熱・気化して高温の混合ガス（４）とする蒸発器
   （６）と、 前記混合ガスを改質して水素を含有する改質ガス（９）
   を生成する改質器（１０）と、 前記改質ガスから一酸化炭素を除去し精製ガス（１２）
   とするＣＯ除去器（１４）と、 前記精製ガスを燃料電池のスタック（１６）へ送る水素
   ガス供給ライン（１８）と、からなる燃料改質装置であ
   って、 前記水素ガス供給ラインに設けられ前記スタックへの前
   記精製ガスの流入を制限する流量制御弁（２２）と、 該流量制御弁の上流側に設けられ前記精製ガスを前記改
   質器の入口側に送り戻す循環ガスライン（２４ａ）と、 該循環ガスラインに前記精製ガスを循環させる循環手段
   （２６）と、が備えられ、 前記改質ガスまたは前記精製ガス中のＴＨＣ（炭化水
   素）濃度が高いときには前記流量制御弁を閉じ前記スタ
   ックへの前記精製ガスの流入を制限し、前記精製ガスを
   前記循環ガスラインに送る、ことを特徴とする燃料改質
   装置。
2. 【請求項２】 前記循環ガスライン（２４ａ）には遮断
   弁（２８）が備えられ、 該遮断弁は、前記流量制御弁（２２）が前記精製ガス
   （１２）の流量の制限をしたときには開く、ことを特徴
   とする請求項１に記載の燃料改質装置。
3. 【請求項３】 前記改質器（１０）の出口または前記Ｃ
   Ｏ除去器（１４）の出口におけるＴＨＣ濃度を検出する
   ＴＨＣセンサ（３２ａ）と、 該ＴＨＣセンサからの信号を受信し処理する制御装置
   （３４）と、を備え、 前記流量制御弁（２２）および前記遮断弁（２８）は、
   前記制御装置からの制御信号を受け開閉する、ことを特
   徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
4. 【請求項４】 前記水素ガス供給ライン（１８）には起
   動時の高ＴＨＣ濃度の精製ガス（１２）を外部に排出す
   る起動時余剰ガスライン（３６ａ）が備えられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３に記載の燃料改質装
   置。
5. 【請求項５】 前記流量制御弁（２２）は、前記スタッ
   ク（１６）および起動時余剰ガスライン（３６ａ）への
   前記精製ガス（１２）の流量を調整する三方弁（２２
   ａ）である、ことを特徴とする請求項４に記載の燃料改
   質装置。
6. 【請求項６】 前記循環手段（２６）は、前記蒸発器
   （６）と前記改質器（１０）とを連通する混合ガスライ
   ン（３８）を通り圧送される混合ガス（４）によって駆
   動し、前記循環ガスライン（２４ａ）へ前記精製ガスを
   吸引する混合ガスラインと循環ガスラインとの接合部分
   に備えられたエゼクタ（２６ａ）である、ことを特徴と
   する請求項１乃至５に記載の燃料改質装置。
7. 【請求項７】 前記循環手段（２６）は、前記循環ガス
   ライン（２４ａ）の経路に設けられたダイヤフラムポン
   プであることを特徴とする請求項１乃至５に記載の燃料
   改質装置。
8. 【請求項８】 燃料、水および空気からなる原料（２）
   を加熱・気化して高温の混合ガス（４）とし、 該混合ガスを改質器（１０）において改質して改質ガス
   （９）を生成し、 該改質ガスからＣＯ除去器（１４）において一酸化炭素
   を除去して精製ガス（１２）とし、 該精製ガスを燃料電池のスタック（１６）へ送る燃料改
   質方法であって、 前記精製ガス中のＴＨＣ濃度が高いときには前記スタッ
   クへの前記精製ガスの流入を制限し、制限した精製ガス
   の全部又は一部を前記改質器の入口側に送り戻して循環
   ガス（４０）とし、これと同時に前記改質器への前記混
   合ガスの供給量を減じる、ことを特徴とする燃料改質装
   置の早期起動方法。