JP2003022835A - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒層の反応温度を均一化するために、冷却
作用を行なうエア及び燃料を改質触媒層に噴霧して、改
質触媒層での改質エアと改質ガス反応の均一化による一
酸化炭素濃度低減が効率的に低減できる小型・軽量で信
頼性が高い燃料電池用改質装置を提供する。 【解決手段】 エアと燃料とが投入可能な燃料噴霧器１
０と、燃焼蒸発部１１と、第１改質触媒層１２と、第２
改質触媒層１３とを備えた燃料電池用改質器において、
前記第１改質触媒層と前記第２改質触媒層との間に、前
記エアと前記燃料を供給する気液二流体噴霧器２００を
配設したことを特徴とする燃料電池用改質装置１００で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用の改質
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭化水素系燃料を主成分とする改
質ガスに触媒で改質して、水素燃料として利用する方法
がさかんに研究されている。前記改質ガスを利用する有
力な方法として燃料電池の開発が活発化している。前記
燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分解の逆反応で
発電する電池で、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。

【０００３】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。水素ボンベを積載
した燃料電池も試作されているが、水素の高圧ボンベを
積載しなければならず、走行距離も十分でない課題も残
されている。

【０００４】炭化水素系燃料を改質燃料にした燃料電池
を使用した自動車が、現状では、インフラ、積載性等を
考慮すると最も実現性が早いクリーンな自動車であると
見られている。炭化水素系燃料としてはメタノールやガ
ソリンが適しているとされている。前記燃料電池は、二
酸化炭素以外の排出物が少なく、二酸化炭素の排出量
も、発電所で電気を製造するときに排出される二酸化炭
素を考慮に入れると電気自動車と同程度であり、地球温
暖化対策にもなっている。

【０００５】前記燃料電池は、炭化水素系燃料であるメ
タノールを蒸発させて、触媒（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ触媒
等）により水素を主成分とする改質ガスに改質する。前
記改質ガスは一酸化炭素を０．３〜１％含んでおり、そ
のまま燃料電池に送ると該燃料電池の電極触媒を被毒
し、燃料電池の発電性能を著しく低下させる。

【０００６】前記燃料電池の電極触媒の被毒を避けるた
めには、一酸化炭素濃度を２００ｐｐｍ以下にする必要
がある。そのため触媒（例えば、Ｐｔ触媒等）により前
記一酸化炭素を酸化して前記電極触媒を被毒しない二酸
化炭素に変えて低減する一酸化炭素低減装置が使用され
る。特に自動車等車載用の用途では前記一酸化炭素低減
装置は、できる限り小型・軽量にし且つ大量のガスを燃
料電池に送る必要がある。

【０００７】従来技術として、特開平２０００−１８５
９０２号公報がある。この技術は、水蒸気を含む原料ガ
スを部分燃焼させ、その発熱で原料ガスを水素を含む改
質ガスに改質する部分酸化改質器１２と、改質ガス又は
原料ガスを部分燃焼させて高温ガスを発生させる部分酸
化予熱器１４と、改質ガス中の一酸化炭素ガスを選択的
に酸化させる選択酸化反応器１６とを備え、予混合した
水蒸気を含む原料ガスと空気を部分酸化改質器に供給す
る。また部分酸化改質器１２と部分酸化予熱器１４の間
にガス温度を一酸化炭素ガスの選択的酸化に適した温度
まで冷却する間接熱交換器１３を備える。（数字は特開
平２０００−１８５９０２号公報の数字） また他の従来技術として、特開平１０−１０１３０３号
公報がある。この技術は、燃料改質装置３０の一酸化炭
素選択酸化反応器３４に水導入管４０から水を供給する
構成とする。この構成によれば、供給された水の気化熱
によって一酸化炭素選択酸化反応器３４を冷却すること
ができる。この冷却は、一酸化炭素選択酸化反応器３４
内に収納される一酸化炭素選択酸化触媒を直接冷却する
ものであることから、冷却の効率が高く、酸化反応部内
に充填されている全ての触媒を活性温度に維持すること
ができる。したがって、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を
十分に低減することができる。（数字は特開平１０−１
０１３０３号号公報の数字）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開２０００−１８５９０２号公報は、外部冷却により、
冷媒入口は触媒層温度が低く、冷媒出口では触媒層温度
が高くなる傾向にあるため、冷媒の入口と出口において
触媒層に温度分布が生じやすく、一酸化炭素濃度低減に
不十分な場合が多いという課題がある。

【０００９】また、特開平１０−１０１３０３号公報の
ように、触媒を直接冷却する方法も考えられるが、この
場合は、低流量域と高流量域で液の噴霧状態に差が発生
することと、また触媒容積は不変であること等の理由か
ら、酸化触媒層での反応に差が発生し（高温層と極端な
低温層に分かれる）、結果として、一酸化炭素濃度が十
分に低下しないという課題がある。一酸化炭素濃度は一
般に触媒層の反応温度に依存しており、極端に触媒層の
温度が高い箇所があると、そこが原因で一酸化炭素濃度
が上昇してしまう。

【００１０】本発明は、本発明は上記課題を解決したも
ので、触媒層の反応温度を均一化するために、冷却作用
を行なうエア及び燃料を改質触媒層に噴霧して、改質触
媒層での改質エアと改質ガス反応の均一化による一酸化
炭素濃度低減が効率的に低減できる小型・軽量で信頼性
が高い燃料電池用改質装置を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた請求項１の発明は、エアと燃料とが投
入可能な燃料噴霧器と、燃焼蒸発部と、第１改質触媒層
と、第２改質触媒層とを備えた燃料電池用改質器におい
て、前記第１改質触媒層と前記第２改質触媒層との間
に、前記エアと前記燃料を供給する気液二流体噴霧器を
配設したことを特徴とする燃料電池用改質装置である。

【００１２】請求項１の発明により、触媒層の反応温度
を均一化するために、冷却作用を行なうエア及び燃料を
改質触媒層に噴霧して、改質触媒層での改質エアと改質
ガス反応の均一化による一酸化炭素濃度低減が効率的に
低減できる小型・軽量で信頼性が高い燃料電池用改質装
置を提供することが可能となる。

【００１３】上記技術的課題を解決するためになされた
請求項２の発明は、前記気液二流体噴霧器は、第１フリ
ーピストンと第２フリーピストンを嵌挿した筒体であっ
て、一酸化炭素濃度が基準値より高くなったとき、前記
エアと前記燃料が前記第１フリーピストンと第２フリー
ピストンに投入され、前記筒体に形成された液噴霧口を
介して前記第１改質触媒層及び第２改質触媒層に噴霧さ
れることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用改質装
置である。

【００１４】請求項２の発明により、請求項１の効果に
加えて、低流量時でも、エアにより良好な噴霧状態が実
現できるといった効果が得られる。(低流量時のような
圧力の低い場合でも液体タレが生じない。) 上記技術的課題を解決するためになされた請求項３の発
明は、前記気液二流体噴霧器は、前記第１フリーピスト
ンと第２フリーピストンの間に付勢された第１スプリン
グと、前記第１フリーピストンと前記筒体の上端部との
間に付勢された第２スプリングと、前記第２フリーピス
トンと前記筒体の下端部との間に付勢された第３スプリ
ングと、前記第１フリーピストンと前記第２フリーピス
トンに嵌挿され、前記エアが投入可能な燃料投入パイプ
と、前記フリーピストンを押圧するエア投入パイプとを
備え、前記燃料投入パイプには、前記燃料を前記改質触
媒層に噴霧する複数の液噴霧口が形成され、一酸化炭素
濃度が基準値より高くなったとき、前記エアの流量を増
加させるに従い、前記第１フリーピストンと第２フリー
ピストンに負荷が加わり、前記複数の液噴霧口から噴霧
する前記エアと前記燃料を前記第１改質触媒層及び前記
第２改質触媒層に噴霧させるようにしたことを特徴とす
る請求項２記載の燃料電池用改質器である。

【００１５】請求項３の発明により、請求項２の効果に
加えて、燃料流量を増加させた場合においてそれに応じ
た（リニアな応答）燃料噴霧が可能となるといった効果
が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
１〜図６を参照して説明する。

【００１７】図１は本発明の改質装置１００全体の側面
図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線からみた図であ
る。なおＢ−Ｂ線からみた図は、基本的にＡ−Ａ線と同
じ構成図であるので図面や説明は省略する。

【００１８】改質器１００は、燃焼蒸発部１１とメタノ
ールを改質反応する第１改質触媒層１２、第２改質触媒
層１３とからなる。改質器１００の端面（図１の改質器
１００の左端面）には燃料噴霧器１０を保持する第１保
持板１４と第２保持板１５とが固定されている。

【００１９】燃焼蒸発部１１と第１保持板１４との間に
はエア５０と燃料６０が噴霧可能な噴霧空間部１６１が
形成されている。この燃焼蒸発部１１において、メタノ
ールを蒸発させて、触媒により水素を主成分とする改質
ガスに改質する。また、燃焼蒸発部１１と第１改質触媒
層１２との間には反応の均一化ための空間部１６２が形
成されている。

【００２０】第１改質触媒層１２と第２改質触媒層１３
との間の空隙部１４には、円筒形状の３つの筒体３０が
並列に配設されている（図２参照）。これら筒体３０内
には上下に可動する第１フリーピストン１７と第２フリ
ーピストン１８が上下に配設されている。この第１フリ
ーピストン１７と第２フリーピストン１８の間には第１
スプリング２０が付勢されている。

【００２１】また、筒体３０の上蓋部に相当する上端部
１０１と前記の第１フリーピストン１７との間には第２
スプリング２１が付勢されている。また筒体３０の下蓋
部に相当する下端部１０２と前記の第２フリーピストン
１８との間には第３スプリング２２が付勢されている。

【００２２】空隙部１４の中心部には燃料投入パイプ４
０が配設されている。この燃料投入パイプ４０の上端に
第１フリーピストン１７が第１フリーピストン１７の中
心軸に摺動自在に嵌挿されている。下端近傍に第２フリ
ーピストン１８が第２フリーピストン１８の中心軸に摺
動自在に嵌挿されている。燃料投入パイプ４０の最下端
は筒体３０下端部１０２に固定されている。

【００２３】また第１フリーピストン１７、第２フリー
ピストン１８の内径、外径には燃料パイプ４０と筒体３
０との間にシールＳが夫々配設され、エアや燃料の筒体
３０からの漏れ及び燃料パイプ４０からの漏れをなくす
ようにしている。

【００２４】第１フリーピストン１７上面と筒体３０の
上端部１０１との間には第２投入エア５２と第２投入燃
料６２及び投入水７０が投入される気液混合室１４１が
形成されている。

【００２５】また燃料投入パイプ４０の上端部は気液混
合室１４１と連通している。また第２フリーピストン１
８下面と筒体３０の下端部１０２との間には第２投入燃
料６２と第３投入エア５３が流れ込む気液混合室１４２
が形成されている。なお燃料投入パイプ４０の下端近傍
には、前記の気液混合室１４２と連通する燃料投入口４
１が形成されている。

【００２６】筒体３０の上端部１０１には第１エア投入
パイプ１５１が配設されている。他方、筒体３０の下端
部１０２には第２エア投入パイプ１５２が配設されてい
る。

【００２７】エア５０は、第１エアライン５０１、第２
エアライン５０２、及び第３エアライン５０３に分岐さ
れている。第１エアライン５０１は第１バルブＶ１を介
して第１エア投入パイプ１５１に接続されている。第２
エアライン５０２は第２バルブＶ２を介して第２エア投
入パイプ１５２に接続されている。第３エアライン５０
３は燃料噴霧器１０に接続されている。

【００２８】燃料６０は、第１燃料ライン６０１、第２
燃料ライン６０２に分岐される。燃料投入パイプ４０に
は燃料投入口４１が形成されている。第２燃料ライン６
０２は第３バルブＶ３、燃料投入孔４１を介して気液混
合室１４２に連通している。

【００２９】筒体３０には、筒体の上部（Ｌ１の長さ）
３０１の上端付近に直径０．２〜０．４ｍｍの第１液噴
霧口３１が形成されている。この数値範囲内では噴霧状
態がよい。直径が０．２ｍｍより小さいと加工上困難な
課題がある。直径が０．４ｍｍより大きいと液が垂れる
傾向にある。

【００３０】またこの第１液噴霧口３１は内径から外径
に向けて第１改質層１２の第１触媒面１２１、第２改質
層１３の第２触媒面１３１中央近傍に向かって傾斜され
るよう（Ｌ３線に向かって図１の下向きに傾斜されるよ
うに）形成されている。なお傾斜角度とはＬ３線と液噴
霧口の傾斜との角度である。

【００３１】このときの傾斜角度は、４５°である。角
度は１５°〜４５°が望ましい。この角度範囲内では燃
料とエアが改質触媒層１２、１３の第１触媒面１２１、
第２触媒面１３１に効率よく噴霧される。

【００３２】また、筒体３０の上部３０１の略中央部付
近には、第１液噴霧口３１と同じ径の第２液噴霧口３
２、第３液噴霧口３３が内径から外径に向けて第１改質
層１２の第１触媒面１２１、第２改質層１３の第２触媒
面１３１中央近傍に向かって傾斜されるように形成され
ている。

【００３３】この傾斜角度は第１液噴霧口３１の角度＜
第２液噴霧口３２の角度＜第３液噴霧角度３３の順に傾
斜角度が変えてもよい。例えば、第１液噴霧口３１の角
度１５°＜第２液噴霧口３２の角度３０°＜第３液噴霧
口の角度４５°とする。

【００３４】一方、筒体３０の下部（Ｌ２の長さ）３０
２の下端付近は、筒体３０の上部３０１とＬ３線に対し
て対象な位置に、第４液噴霧口３４、第５液噴霧口３
５、第６液噴霧口３６が形成されている。これら液噴霧
口３４、３５、３６も内径から外径に向けて第１改質層
１２の第１触媒面１２１、第２改質層１３の第２触媒面
１３１中央近傍に向かって傾斜されるように形成されて
いる。なおこれらの噴霧口は、第１触媒層と第２触媒層
への噴霧状態の均一化を図るためを目的としたものであ
る。

【００３５】上記第１液噴霧口３１、第２液噴霧口３
２、第３液噴霧口３３、第４液噴霧口３４、第５液噴霧
口３５、第６液噴霧口３６は図２に示すように、各筒体
３０上下にそれぞれ一直線上に形成されている。なおこ
れら液噴霧口は上下だけでなく適宜、筒体３０の横や斜
めに複数個形成されてもよい。なお本発明では、筒体３
０が円筒状としたが、四角形状でもよいし、三角形等で
もよい。さらに上記各噴霧口はエアの流量とエア圧力の
関係に見合うよう不等ピッチで開口することが望まし
い。

【００３６】上下に可動する第１フリーピストン１７及
び第２フリーピストン１８が第２スプリング２１及び第
３スプリング２２により位置決めされている。この２個
の第１フリーピストン１７と第２フリーピストン１８
が、第１スプリング２０を両端から挟む構造となってい
る。第２改質触媒層１３には温度センサＳＴ１、ＳＴ
２、ＳＴ３が第２改質触媒層表面１３近傍（本実施例で
は第２触媒層１３の第２触媒面１３１より約１０ｍｍ奥
に埋設されている。また第２改質触媒層１３の出口近傍
には一酸化炭素濃度センサＣが配設されている。

【００３７】発明が解決しようとする課題にでも説明し
たように、改質時に問題となるのが、燃料が分解すると
きに発生する一酸化炭素（ＣＯ）である。本発明では、
この一酸化炭素を低減することが主な目的であるが、本
発明では一酸化炭素濃度低減の為、第１改質触媒層１
２、第２改質触媒層１３の間に上記構造の気液二流体噴
霧器を設けたことが特徴である。

【００３８】通常時は、第バルブＶ１、第２バルブＶ
２、第３バルブＶ３は閉状態であり、燃料噴霧器１０に
はエア５０と燃料６０から供給される第１投入エア５１
と第１投入燃料６１が投入可能となっている。なお、燃
料６０には水が含まれていてもよい。この燃料噴霧器１
０によりエア５０と燃料６０の噴霧が燃焼蒸発部１１に
噴霧され、炭化水素系のメタノールの酸化及び分解が行
なわれ、水素と一酸化炭素が生成される。

【００３９】通常時の改質の工程は、第１バルブＶ１と
第２バルブＶ２およびバルブ第３バルブＶ３は閉じてい
る。燃料噴霧器１０にはエア５０と燃料６０から供給さ
れる第１投入エア５１と第１投入燃料６１が投入可能と
なっている。第１投入燃料６１を第１投入エア５１とと
もに、燃料噴霧器１０から燃焼蒸発部１１に噴霧し、第
１投入燃料の酸化が行なわれ、ここで生成される水素と
一酸化炭素と水の蒸気を第１改質触媒層１２、第２改質
触媒層１３に流し、燃料の改質をおこなう。なお、燃料
の蒸発は熱交換器等を使用してもよい。

【００４０】ここで、一酸化炭素濃度センサＣにより、
一酸化炭素濃度が高いと判断した時、第１バルブＶ１、
第２バルブＶ２、第３バルブＶ３が開く。このとき、第
２投入エア５２がエア投入パイプ１５１から投入され、
第３投入エア５３がエア投入パイプ１５２から投入され
る。また同時に第２投入燃料６２が第３バルブＶ３を介
して燃料投入パイプ４０より投入される。燃料パイプ４
０には大２投入燃料６２が第３バルブＶ３を介して気液
混合室１４１、気液混合室１４２に投入される。

【００４１】なおこの時、第２投入燃料ライン６０２に
接続されている投入水ライン６０３に配設されている第
４バルブＶ４を開き、投入水７０を単独で投入してもよ
い。

【００４２】起動時（アイドリング時含む）や低流量時
（負荷が小：時速３０〜４０ｋｍ／ｈの定速時等）は、
第２投入エア５２と第３投入エア５３の流量（圧力）が
低いため、第１液噴霧口３１、第６液噴霧口３６のみが
開孔しており、ここからエアと燃料が第１改質触媒層１
２と第２改質触媒層１３に向かって噴霧する。

【００４３】さらに、中・高流量時（負荷が大：時速４
０ｋｍ／ｈ以上の高速時や登坂時等）のように流量が増
加するに従い、２個の第１フリーピストン１７と第２フ
リーピストン１８が第２投入エア５２と第３投入エア５
３の圧力を受け、第１スプリング２０を縮める方向に移
動する。これにより、第２液噴霧口３２及び第５液噴霧
口３５が開孔し、噴霧流量が増加する。さらに流量（負
荷）が増加すると、第３液噴霧口３３及び第６液噴霧口
３６も開口し、噴霧流量が増加していく。

【００４４】なお図３は、中・高流量起動における燃料
電池用改質器側面からみた概略図であり、一酸化炭素濃
度が高くなり、第１スプリング２０を縮める方向に作動
され、エアと燃料が投入されて第１改質触媒層１２、第
２改質触媒層１３を冷却している作動状態を表した概略
図である。

【００４５】以上の作動により、負荷の増加に比例し
て、改質触媒層への冷却作用を行なう噴霧流量を増加さ
せることが可能となり、改質触媒層の温度の均一化、改
質エアと改質燃料の反応の均一化がはかれ、結果として
一酸化炭素濃度低減に効果がある。

【００４６】以下本発明の構成による作動について具体
的に図４を使ってフローチャートを使って説明する。

【００４７】図４は起動時、低流量（負荷）時のフロー
チャートを表した図である。Ｐ１にて運転開始を行い、
Ｐ２にて第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素濃度セン
サＣで一酸化炭素濃度を常時計測しているが、Ｐ３にお
いて第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素濃度が１％以
上になるとＰ４にて第１バルブＶ１、第２バルブＶ２が
開状態になり、第２投入エア５２、第３投入エア５３を
微小量一定導入する。また第３バルブＶ３も開状態とな
る。このとき、投入燃料６２の流量を制御している。そ
のときの流量は一定流量でもよいし各バルブの開閉量に
よって流量が適宜決定される。

【００４８】Ｐ３において第２改質触媒層１３出口の一
酸化炭素濃度が１％より少ないと、Ｐ１０に進み、再度
Ｐ２にて第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素濃度を計
測する。

【００４９】Ｐ４からＰ５に進むとき、Ｐ５にて第１液
噴霧口３１（第４液噴霧口３４）より、第２投入エア５
２、第３投入エア５３、第２投入燃料６２、及び投入水
７０が第１改質触媒層１２の第１触媒面１２１、第２改
質触媒層１３の第２触媒面１３１へ噴射される。

【００５０】Ｐ６において、第２改質触媒層１３の温度
センサＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３のそれぞれの温度Ｔ１、
Ｔ２、Ｔ３及び第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素濃
度センサＣによるＣＯ濃度を計測する。

【００５１】Ｐ７において第２改質触媒層１３出口の一
酸化炭素濃度が１％より少なくかつＴ１、Ｔ２、Ｔ３が
４５０°より低く、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のそれぞれお互い
の温度差が５０°Ｃ以下の場合、ＯＫと判断し、Ｐ８に
進み第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、第３バルブＶ
３、第４バルブＶ４が閉じる。

【００５２】その後、Ｐ９にて運転停止あるいは流量ア
ップ（中・高流量）となり、次のフローチャート進む。

【００５３】また、Ｐ７において第２改質触媒層１３出
口の一酸化炭素濃度が１％以上で、かつＴ１、Ｔ２、Ｔ
３が４５０°以上で、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のそれぞれお互
いの温度差が５０°Ｃ以上の場合、ＮＧと判断しＰ１１
に進む。

【００５４】Ｐ１１において、Ｔ１＜Ｔ２、Ｔ３時に
は、第３バルブＶ３により投入燃料６２の流量を減に
し、第３バルブＶ４により、投入水７０の流量を減とす
る。

【００５５】Ｔ１＞Ｔ２、Ｔ３時には、第３バルブＶ３
による制御により投入燃料６２の流量を増とし、第３バ
ルブＶ４により、投入水７０の流量を増とし、再びＰ５
に戻る。

【００５６】一方、図５は、中・高流量（中・高負荷）
時のフローチャートを表した図である。Ｐ１０にて運転
開始あるいは低流量運転を行っている状態から進み、Ｐ
１１において流量（負荷）アップを行い、Ｐ１２におい
て第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素センサＣで一酸
化炭素濃度ＣＯを常時計測している。

【００５７】Ｐ１３において第２改質触媒層１３出口の
一酸化炭素濃度が１％以上になるとＰ１４にて第１バル
ブＶ１、第２バルブＶ２が開状態になり、第２投入エア
５２、第３投入エア５３を中量（あるいは大量）に一定
導入する。またバルブＶ３が開き、投入燃料６２の流量
を制御する。さらに第４バルブＶ４も開き投入水７０の
流量を制御する。

【００５８】Ｐ１５において、第１液噴霧口３１に加
え、第２液噴霧口３２、第３液噴霧口３３からも第２投
入エア５２、第３投入エア５３、第２投入燃料６２、投
入水７０が第１改質触媒層１２の第１触媒面１２１、第
２改質触媒層１３の第２触媒面１３１へ噴射される。

【００５９】Ｐ１３において第２改質触媒層１３出口の
一酸化炭素濃度が１％より少ないと、Ｐ１２に戻り、再
度Ｐ１２にて第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素濃度
ＣＯを計測する。

【００６０】Ｐ１４からＰ１５に進むとき、Ｐ１５に
て、第１液噴霧口３１（第４液噴霧口３４）に加え、第
２液噴霧口３２（第５液噴霧口３５）からも、エア、燃
料、投入水が第１改質触媒層１２の第１触媒面１２１、
第２改質触媒層１３の第２触媒面１３１へ噴射される。

【００６１】Ｐ１６において、第２触媒層１３の温度セ
ンサＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３のそれぞれの温度Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３、及び第２改質触媒層１３出口の一酸化炭素濃
度センサＣの一酸化炭素濃度ＣＯを計測する。

【００６２】Ｐ１７において第２改質触媒層１３出口の
一酸化炭素濃度ＣＯが１％より少なく、かつＴ１、Ｔ
２、Ｔ３が４５０°より低く、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のそれ
ぞれの温度差が５０°Ｃ以下の場合、ＯＫと判断し、Ｐ
１８に進む。そのとき、第１バルブＶ１、第２バルブＶ
２、第３バルブＶ３、第４バルブは閉じる。その後、Ｐ
１９に進む運転停止となる。

【００６３】なお、Ｐ１７において第２改質触媒層１３
出口の一酸化炭素濃度ＣＯが１％以上で、かつＴ１、Ｔ
２、Ｔ３が４５０°以上で、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のそれぞ
れの温度差が５０°Ｃ以上の場合、ＮＧと判断しＰ２１
に進む。

【００６４】Ｐ２１において、Ｔ１＜Ｔ２、Ｔ３時に
は、第３バルブＶ３により投入燃料６２の流量を減に
し、第３バルブＶ４により、投入水７０の流量を減とす
る。

【００６５】Ｔ１＞Ｔ２、Ｔ３時には、第３バルブＶ３
による制御により投入燃料６２の流量を増とし、第３バ
ルブＶ４により、投入水７０の流量を増とし、再びＰ１
５に戻る。

【００６６】なおＰ１８からＰ１９へ進む際、高流量の
場合はＰ１２へ戻るか、Ｐ１９にて運転停止となる。中
流量の場合はＰ２２にて運転停止あるいは流量アップ
（中流量から高流量へ）となり、Ｐ１１へ戻る。

【００６７】なお図６は第１バルブＶ１、第２バルブＶ
２、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、一酸化炭素濃度
センサＣにより一酸化炭素濃度を測定するＣＯ濃度計、
第１温度センサＳＴ１、第２温度センサＳＴ２、第３温
度センＳＳＴ３の夫々の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を測定す
る温度計測装置とＣＰＵとの関係を表したブロック図で
ある。

【００６８】なお、本発明では第１改質触媒層１２と第
２触媒改質層１３の間に気液二流体噴霧器２００を配設
したが、第１改質触媒層１２と第２改質触媒層１３が一
体となった改質触媒層をくり貫き、その中に気液二流体
噴霧器を配設してもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の発
明は、エアと燃料とが投入可能な燃料噴霧器と、燃焼蒸
発部と、第１改質触媒層と、第２改質触媒層とを備えた
燃料電池用改質器において、前記第１改質触媒層と前記
第２改質触媒層との間に、前記エアと前記燃料を供給す
る気液二流体噴霧器を配設したことを特徴とする燃料電
池用改質装置であるので、触媒層の反応温度を均一化す
るために、冷却作用を行なうエア及び燃料を改質触媒層
に噴霧して、改質触媒層での改質エアと改質ガス反応の
均一化による一酸化炭素濃度低減が効率的に低減できる
小型・軽量で信頼性が高い燃料電池用改質装置を提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の燃料電池用改質器側面からみた
概略図。

【図２】図１においてＡ−Ａ線から見た概略図。

【図３】図１において、一酸化炭素濃度が高くなり、エ
アと燃料を投入した作動状態を表した燃料電池用改質器
側面からみた概略図。

【図４】本発明実施例において、起動時、低流量時にお
けるフローチャート。

【図５】本発明実施例において、中、高流量時における
フローチャート。

【図６】本発明実施例のブロック図。

【符号の説明】

１０・・・燃料噴霧器 １１・・・燃焼蒸発部 １２・・・第１改質触媒層 １３・・・第２改質触媒層 ２００・・・気液二流体噴霧器 １００・・・燃料電池用改質装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアと燃料とが投入可能な燃料噴霧器
   と、燃焼蒸発部と、第１改質触媒層と、第２改質触媒層
   とを備えた燃料電池用改質器において、前記第１改質触
   媒層と前記第２改質触媒層との間に、前記エアと前記燃
   料を供給する気液二流体噴霧器を配設したことを特徴と
   する燃料電池用改質装置。
2. 【請求項２】 前記気液二流体噴霧器は、第１フリーピ
   ストンと第２フリーピストンを嵌挿した筒体であって、
   一酸化炭素濃度が基準値より高くなったとき、前記エア
   と前記燃料が前記第１フリーピストンと第２フリーピス
   トンに投入され、前記筒体に形成された液噴霧口を介し
   て前記第１改質触媒層及び第２改質触媒層に噴霧される
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用改質装置。
3. 【請求項３】 前記気液二流体噴霧器は、前記第１フリ
   ーピストンと第２フリーピストンの間に付勢された第１
   スプリングと、前記第１フリーピストンと前記筒体の上
   端部との間に付勢された第２スプリングと、前記第２フ
   リーピストンと前記筒体の下端部との間に付勢された第
   ３スプリングと、前記第１フリーピストンと前記第２フ
   リーピストンに嵌挿され、前記エアが投入可能な燃料投
   入パイプと、前記フリーピストンを押圧するエア投入パ
   イプとを備え、 前記燃料投入パイプには、前記燃料を前記改質触媒層に
   噴霧する複数の液噴霧口が形成され、一酸化炭素濃度が
   基準値より高くなったとき、前記エアの流量を増加させ
   るに従い、前記第１フリーピストンと第２フリーピスト
   ンに負荷が加わり、前記複数の液噴霧口から噴霧する前
   記エアと前記燃料を前記第１改質触媒層及び前記第２改
   質触媒層に噴霧させるようにしたことを特徴とする請求
   項２記載の燃料電池用改質器。