JP2003063804A - 改質器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改質器において、改質器の改質反応中におい
て、改質触媒の温度を所定範囲内に維持しかつ均一とす
ることにより、効率よく燃料を改質する。 【解決手段】 改質器は、反応容器１１内に燃焼蒸発部
１１ａと改質反応部１１ｂが設けられている。燃焼蒸発
部１１ａでは、気液混合噴霧器１２から噴霧された燃料
と空気の混合燃料が燃焼され、改質反応部１１ｂでは改
質触媒１４，１５にて燃料が改質されて改質ガスを生成
する。反応容器１１内に混合燃料の燃焼により発生した
高温ガスを取り込んで改質触媒１４，１５のうち温度の
低い部分に送風する高温ガス送風器２０が設けられてい
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、炭化水素を含む燃
料を改質することにより、水素を含む改質ガスを生成す
る改質器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の改質器としては、反
応容器に炭化水素を主成分とする燃料および空気をそれ
ぞれ供給する燃料供給手段および空気供給手段と、反応
容器に設けられてこれら両供給手段により供給された燃
料と空気を混合し、この混合燃料を反応容器の内方に向
けて噴霧する気液混合噴霧器と、この気液混合噴霧器が
噴霧する混合燃料を燃焼させる着火器と、反応容器内で
あって混合燃料の噴霧方向に配置されて同混合燃料中の
燃料を水素を主成分とする改質ガスに改質する改質触媒
と、この改質ガスを反応容器の外部に導出する導出口と
を備えたものが知られている。

【０００３】このように構成した改質器としては、例え
ば特開２０００−１４３２０６号公報、特開２００１−
０１９４０３号公報に示されるように、燃料と空気の混
合燃料が水平方向に噴射され、この噴射先に改質触媒が
配置される形式のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この形式の改
質器において混合燃料を燃焼させる際には、高温の燃焼
ガスが改質触媒を通過するので加熱されて高温となり、
特に高温ガスは上方に流れるので改質触媒の上部が高温
となりやすい。また混合燃料は完全燃焼しないため、未
燃焼の燃料は自重により落下し改質触媒の下部に到達し
て同下部を通過しそのうち改質触媒に付着したものが蒸
発するので、改質触媒の下部が低温となりやすい。した
がって、改質触媒の温度が不均一となるという問題があ
った。また、この低温部が生成されると所定の温度に上
昇するまでに時間がかかり、特に自動車用の改質器では
起動時間がかかるという問題があった。

【０００５】そこで、本発明は上述した各問題に対処す
るためになされたもので、その目的は、改質器の改質反
応中において、改質触媒の温度をいかに早く上昇させ所
定範囲内に維持しかつ均一とすることにより、起動性を
上げ効率よく燃料を改質することである。

【０００６】

【発明の概要（課題を解決するための手段、発明の作用
および効果）】上記目的を達成するために、本発明の第
１の構成上の特徴は、反応容器に炭化水素を主成分とす
る燃料および空気をそれぞれ供給する燃料供給手段およ
び空気供給手段と、反応容器に設けられてこれら両供給
手段により供給された燃料と空気を混合し、この混合燃
料を反応容器の内方に向けて噴霧する気液混合噴霧器
と、この気液混合噴霧器が噴霧する混合燃料を燃焼させ
る着火器と、反応容器内であって混合燃料の噴霧方向に
配置されて同混合燃料中の燃料を水素を主成分とする改
質ガスに改質する改質触媒と、この改質ガスを反応容器
の外部に導出する導出口とを備えた改質器において、気
液混合噴霧器に向けて開口する入口部を気液混合噴霧器
と改質触媒との間に配置するとともに改質触媒のうち温
度の低い部分に向けて開口する出口部を配置した高温ガ
ス送風手段をさらに備え、この高温ガス送風手段は混合
燃料の燃焼により発生した高温ガスを取り込んで改質触
媒のうち温度の低い部分に送風するようにしたことにあ
る。

【０００７】これによれば、燃料から改質ガスを生成す
る際に（混合燃料の燃焼中に）、混合燃料の燃焼により
発生した高温ガスは、高温ガス送風手段を通って改質触
媒のうち温度の低い部分に送風されることとなり、改質
触媒の上部と下部はほぼ同じ高温となる。したがって、
改質触媒の温度を均一とすることにより、効率よく燃料
を改質することができる。

【０００８】また本発明の第２の構成上の特徴は、反応
容器に炭化水素を主成分とする燃料および空気をそれぞ
れ供給する第１燃料供給手段および第１空気供給手段
と、反応容器に設けられてこれら両供給手段により供給
された燃料と空気を混合し、この混合燃料を反応容器の
内方に向けて噴霧する第１気液混合噴霧器と、この第１
気液混合噴霧器が噴霧する混合燃料を燃焼させる着火器
と、反応容器内であって混合燃料の噴霧方向に配置され
て同混合燃料中の燃料を水素を主成分とする改質ガスに
改質する改質触媒と、この改質ガスを反応容器の外部に
導出する導出口とを備えた改質器において、反応容器に
燃料、空気および水をそれぞれ供給する第２燃料供給手
段、第２空気供給手段および水供給手段と、反応容器に
設けられて各供給手段により供給された燃料と空気また
は水と空気を混合し、燃料と空気の混合燃料または水と
空気の混合水を改質触媒に向けて噴霧する第２気液混合
噴霧器と、改質触媒の第１の所定部分の温度を検出する
第１温度センサと、この第１温度センサが検出した温度
が第１所定温度以下となるように第２燃料供給手段と第
２空気供給手段による燃料と空気の供給または水供給手
段と第２空気供給手段による水と空気の供給を調整する
制御手段を設けたことにある。

【０００９】これによれば、燃料から改質ガスを生成す
る際に（混合燃料の燃焼中に）、改質触媒の温度が第１
所定温度より高くなった場合に、第２気液混合噴霧器に
より燃料に空気を混合した混合燃料（または水に空気を
混合した混合水）を改質触媒へ直接噴霧し、付着した燃
料（または水）が蒸発することによりその部分を冷却す
ることとなる。そして、改質触媒の温度が第１所定温度
以下となった場合に、第２気液混合噴霧器による混合燃
料（または混合水）の噴霧を停止する。したがって、部
分的にまたは全体的に高温である改質触媒を冷却するこ
ととなり、改質触媒の温度を所定範囲内に維持しかつ均
一とすることにより、効率よく燃料を改質することがで
きる。

【００１０】また本発明の第２の構成において、第２燃
料供給手段を、反応容器の底部に設けて同反応容器内に
て液化した燃料を収集し貯える燃料貯留槽と、この燃料
貯留槽内に貯えられた燃料を送出する燃料送出ポンプか
ら構成するようにしてもよい。これによれば、前述した
発明の作用および効果に加えて、未燃焼または未反応の
燃料を回収して再利用することとなるので、燃料を節約
することができる。

【００１１】また本発明の第３の構成上の特徴は、反応
容器に炭化水素を主成分とする燃料および空気をそれぞ
れ供給する第１燃料供給手段および第１空気供給手段
と、反応容器に設けられてこれら両供給手段により供給
された燃料と空気を混合し、この第１混合燃料を反応容
器の内方に向けて噴霧する第１気液混合噴霧器と、この
第１気液混合噴霧器が噴霧する第１混合燃料を燃焼させ
る着火器と、反応容器内であって第１混合燃料の噴霧方
向に配置されて同第１混合燃料中の燃料を水素を主成分
とする改質ガスに改質する改質触媒と、この改質ガスを
反応容器の外部に導出する導出口を備えた改質器におい
て、第２燃料供給手段により供給された燃料と第２空気
供給手段により供給された空気とを混合し、この第２混
合燃料を燃焼する燃焼器と、この燃焼器から排出される
燃焼ガスを反応容器内の改質触媒に向けて供給する燃焼
ガス供給手段と、改質触媒の第２の所定部分の温度を検
出する第２温度センサと、第１混合燃料の燃焼を開始す
る第１燃焼開始手段と、この第１燃焼開始手段による燃
焼の開始に応答して、第２混合燃料の燃焼を開始する第
２燃焼開始手段と、第２温度センサが検出した温度が第
２所定温度以上となったときに、第２混合燃料の燃焼を
停止する燃焼停止手段を備えたことにある。

【００１２】これによれば、燃料から改質ガスを生成す
る際に（混合燃料を燃焼させる際に）、改質触媒の第２
の所定部分の温度が第２所定温度となるまでは、反応容
器内の燃焼に加えて、燃焼器内でも第２混合燃料を燃焼
させその燃焼ガスを反応容器内の改質触媒に送風するこ
とにより改質触媒を加熱することとなる。したがって、
部分的にまたは全体的に低温である改質触媒を短時間で
所定温度に加熱することができる。特に起動時におい
て、改質触媒を短時間で所定温度に加熱することによ
り、起動性を向上することができる。

【００１３】また本発明の第３の構成において、反応容
器に、１つの導入口と２つの導出口を有する切換弁をさ
らに設け、この切換弁の導入口を反応容器の導出口に接
続し同切換弁の第１導出口を燃料電池スタックに接続
し、第２温度センサにより検出した温度が第２所定温度
未満のときには、切換弁を反応容器の導出口が第２導出
口と連通する状態に切り換え、第２温度センサにより検
出した温度が第２所定温度以上となったときには、切換
弁を反応容器の導出口が燃料電池スタックと連通する状
態に切り換える切換制御手段を備えることが好ましい。

【００１４】これによれば、燃料から改質ガスを生成す
る際に（混合燃料を燃焼させる際に）、改質触媒の第２
の所定部分の温度が第２所定温度となるまでは、改質触
媒における改質反応は十分に行われないので、未燃焼ま
たは未反応の燃料を多く含む改質ガスが導出口を通って
切換弁の第２導出口から導出される。また改質触媒の第
２の所定部分の温度が第２所定温度以上となると、改質
触媒における改質反応は十分に行われるので、未燃焼ま
たは未反応の燃料をほとんど含まない改質ガスが導出口
を通って切換弁の第１導出口から燃料電池スタックへ導
出される。したがって、水素ガスの純度が高い改質ガス
を燃料電池スタックに供給することができる。

【００１５】また本発明の第３の構成において、反応容
器の導出口に、気化した燃料または一酸化炭素の濃度を
検出する検出センサを設け、かつ、反応容器に１つの導
入口と２つの導出口を有する切換弁を設け、この切換弁
の導入口を反応容器の導出口に接続し同切換弁の第１導
出口を燃料電池スタックに接続し、検出センサにより検
出した気化した燃料または一酸化炭素の濃度が所定範囲
外であるときには、切換弁を反応容器の導出口が第２導
出口と連通する状態に切り換え、検出センサにより検出
した気化した燃料または一酸化炭素の濃度が所定範囲内
であるときには、切換弁を反応容器の導出口が燃料電池
スタックと連通する状態に切り換える切換制御手段を備
えるようにしてもよい。

【００１６】これによれば、燃料から改質ガスを生成す
る際に（混合燃料を燃焼させる際に）、改質触媒におけ
る改質反応は十分に行われないために、検出センサによ
り検出した気化した燃料または一酸化炭素の濃度が所定
範囲外であるときには、未燃焼または未反応の燃料を多
く含む改質ガスが導出口を通って切換弁の第２導出口か
ら導出される。また改質触媒における改質反応は十分に
行われて、検出センサにより検出した気化した燃料また
は一酸化炭素の濃度が所定範囲内であるときには、未燃
焼または未反応の燃料をほとんど含まない改質ガスが導
出口を通って切換弁の第１導出口から燃料電池スタック
へ導出される。したがって、水素ガスの純度が高い改質
ガスを燃料電池スタックに供給することができる。

【００１７】また本発明の第３の構成において、第２燃
料供給手段を、反応容器の底部に設けて同反応容器内に
て液化した燃料を収集し貯える燃料貯留槽と、この燃料
貯留槽内に貯えられた燃料を送出する燃料送出ポンプか
ら構成するようにすることが好ましい。

【００１８】これによれば、前述した発明の作用および
効果に加えて、未燃焼または未反応の燃料を回収して再
利用することとなるので、燃料を節約することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】ａ．第１の実施の形態 以下、本発明の第１の実施の形態を図１乃至図６を参照
して説明すると、図１は本発明の第１の実施の形態によ
る改質器を組み込んだ燃料電池システムを概略的に示し
ている。

【００２０】この燃料電池システムは、炭化水素を含む
改質用燃料を改質することにより水素ガスを生成する本
実施の形態による改質器１０と、この改質器１０から水
素ガスを含む改質ガスが供給され、酸化剤ガスとして空
気が供給されて、改質ガス中の水素ガスと空気中の酸素
とにより発電を行う燃料電池スタック３１とを備える。
改質器１０には、炭化水素を含む改質用燃料（例えばメ
タノール）を貯蔵する燃料タンク４０と、水を貯蔵する
水タンク６０と、空気を供給する空気供給器５０がそれ
ぞれ接続されている。燃料タンク４０、水タンク６０お
よび空気供給器５０からは、適宜（必要に応じて）所定
量の燃料、水および空気が供給されるようになってい
る。なお、炭化水素としては、メタノール、天然ガスま
たはメタン等が使用可能である。また、改質器１０と燃
料電池スタック３１の間には導出ガス切換弁３３が設け
られ、この導出ガス切換弁３３は所定の条件のもとに改
質器１０を排気ガス処理器３２に連通して改質器１０か
らの排気ガスを排気ガス処理器３２に導出するようにな
っている。

【００２１】改質器１０は、図２に示すように、反応容
器１１（例えば円筒状の容器）を備えている。この反応
容器１１は、反応容器１１に供給された燃料の一部を燃
焼させ、発生した熱を利用して残りの燃料を蒸発させる
燃焼蒸発部１１ａと、蒸発した燃料または水（水蒸気）
を改質して主として水素ガスを生成する改質反応部１１
ｂから構成されている。

【００２２】反応容器１１の燃焼蒸発部１１ａには、気
液混合噴霧器１２と着火器１３が設けられている。気液
混合噴霧器１２は反応容器１１の前壁１１ｃに設けられ
ており、気液混合噴霧器１２には燃料タンク４０から燃
料を供給する燃料供給管４１と、空気供給器５０から空
気を供給する空気供給管５１が接続されている。燃料供
給管４１と空気供給管５１にはそれぞれ各供給管４１，
５１を開閉する第１燃料バルブ４２と第１空気バルブ５
２が設けられている。両バルブ４２，５２が開かれたと
きには燃料と空気が気液混合噴霧器１２に供給され、気
液混合噴霧器１２は供給された燃料と空気を混合し、霧
状の混合燃料を反応容器１１の内方（反応容器１１内の
後方：図２において右方向）に向けて噴霧する。

【００２３】気液混合噴霧器１２の先端付近には、混合
燃料の燃焼を開始するための着火器１３が設けられてい
る。気液混合噴霧器１２から噴霧される混合燃料の一部
は着火器１３によって燃焼し始める。すなわち下記化１
に示す反応が生じる。

【００２４】

【化１】ＣＨ₃ＯＨ＋３／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ この反応は発熱反応であり、この熱により混合燃料が加
熱され、霧状の燃料は蒸発して燃料蒸気（高温の蒸発ガ
ス）となる。この蒸発した燃料蒸気も燃焼することとな
る。

【００２５】したがって、燃焼蒸発部１１ａにおいて
は、噴霧された混合燃料が燃焼し、混合燃料に含まれる
霧状の燃料の一部は蒸発して燃料蒸気となり、蒸発した
燃料蒸気の一部は燃焼する。これら未蒸発の霧状燃料、
燃焼ガス（Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂）および燃料蒸気が改質反応部
１１ｂに流入する。

【００２６】反応容器１１の改質反応部１１ｂには、一
対の改質触媒１４，１５が未蒸発の霧状燃料、燃焼ガス
（Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂）および燃料蒸気の流れる方向に沿って
間隔をおいて並設されている。上流に位置する改質触媒
１４は、気液混合噴霧器１２の先端から所定の距離をお
いて配置されている。各改質触媒１４，１５は気体が通
過するような構造に形成されており、反応容器１１の改
質反応部１１ｂに流入した気体は両改質触媒１４，１５
を通過するようになっている。このような構造として
は、ハニカム構造のものが挙げられる。また改質触媒１
４，１５としては、銅、銅・亜鉛系触媒が挙げられる。
このような改質触媒１４，１５においては、未蒸発の霧
状燃料、燃焼ガス（Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂）および燃料蒸気が通
過する際に、下記化２〜化４に示す反応が生じる。

【００２７】

【化２】ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂ この反応は吸熱反応であり、燃焼蒸発部１１ａにて発生
した熱により引き起こされている。

【００２８】

【化３】ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ この反応は発熱反応であり、この熱も上記化２に示した
吸熱反応に利用されている。

【００２９】

【化４】ＣＨ₃ＯＨ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂ この反応は発熱反応であり、この熱も上記化２に示した
吸熱反応に利用されている。

【００３０】すなわち、改質触媒１４，１５において
は、上述した反応式化２〜化４からも理解できるよう
に、水素ガスを主成分とする改質ガスが生成されてい
る。

【００３１】なお、各改質触媒１４，１５内の上部に
は、その内部温度Ｔ1，Ｔ2をそれぞれ検出する第１温度
センサ１４ａと第２温度センサ１５ａが設けられてい
る。また、反応容器１１の後壁１１ｄには導出口１６が
設けられており、改質触媒１４，１５にて生成された改
質ガスはこの導出口１６を通って反応容器１１の外部に
導出するようになっている。

【００３２】なお、反応容器１１の燃焼蒸発部１１ａに
は（反応容器１１内であって気液混合噴霧器１２と改質
触媒１４，１５との間には）、図２および図３に示すよ
うに、混合燃料の燃焼により発生した高温の燃焼ガス、
燃料蒸気を取り込んで改質触媒１４，１５のうち温度の
低い部分に送風する高温ガス送風器２０が設けられてい
る。この高温ガス送風器２０は、気液混合噴霧器１２と
改質触媒１４との間に配置されて気液混合噴霧器１２に
向けて開口する入口部２１ａを有する導入部２１（導入
管）と、気液混合噴霧器１２と改質触媒１４または１５
との間に配置されて改質触媒１４，１５のうち温度の低
い部分（例えば改質触媒１４，１５の下端部前面）に向
けて開口する出口部２２ａ，２３ａをそれぞれ有する一
対の導出部２２，２３（導出管）と、これら導入部２１
と導出部２２，２３を連通する連通部２４（連通管）と
から構成されている。なお、この高温ガス送風器２０
に、気体を入口部２１ａから導入して出口部２２ａ，２
３ａから送風するように送風ファンを設けるようにして
もよい。

【００３３】また、反応容器１１（例えば反応容器１１
の上壁）には、図２に示すように、各ノズル１７ａ，１
８ａを改質触媒１４，１５の各前面上端部にそれぞれ向
けて設けた一対の冷却用噴霧器１７，１８が設けられて
いる。これら冷却用噴霧器１７，１８には、基端部を燃
料供給管４１に接続した冷却用燃料供給管４３の２つに
分岐された各先端がそれぞれ接続されている。冷却用燃
料供給管４３の分岐箇所より上流にはこの供給管４３を
開閉する第２燃料バルブ４４が設けられ、下流には供給
管４３の各先端部をそれぞれ開閉する第１冷却バルブ１
７ｂと第２冷却バルブ１８ｂが設けられている。第２燃
料バルブ４４と第１冷却バルブ１７ｂが開かれたときに
は、冷却用噴霧器１７に燃料が供給され、冷却用噴霧器
１７は燃料を改質触媒１４の前面上端部に向けて噴霧
し、第２燃料バルブ４４と第２冷却バルブ１８ｂが開か
れたときには、冷却用噴霧器１８に燃料が供給され、冷
却用噴霧器１８は燃料を改質触媒１５の前面上端部に向
けて噴霧する。

【００３４】さらに、冷却用燃料供給管４３の第２燃料
バルブ４４とこの供給管４３の分岐箇所の間には、基端
部を空気供給管５１に接続した冷却用空気供給管５３の
先端部が接続されている。この冷却用空気供給管５３に
は、この供給管５３を開閉する第２空気バルブ５４が設
けられている。第２空気バルブ５４と第１冷却バルブ１
７ｂが開かれたときには、冷却用噴霧器１７に空気が供
給され、冷却用噴霧器１７は空気を改質触媒１４の前面
上端部に向けて噴霧し、第２空気バルブ５４と第２冷却
バルブ１８ｂが開かれたときには、冷却用噴霧器１８に
空気が供給され、冷却用噴霧器１８は空気を改質触媒１
５の前面上端部に向けて噴霧する。

【００３５】さらに、冷却用燃料供給管４３の第２燃料
バルブ４４とこの供給管４３の分岐箇所の間には、水タ
ンク６０から水を供給する水供給管６１が接続されてい
る。この水供給管６１には、この供給管６１を開閉する
水バルブ６２が設けられている。水バルブ６２と第１冷
却バルブ１７ｂが開かれたときには、冷却用噴霧器１７
に水が供給され、冷却用噴霧器１７は水を改質触媒１４
の前面上端部に向けて噴霧し、水バルブ６２と第２冷却
バルブ１８ｂが開かれたときには、冷却用噴霧器１８に
水が供給され、冷却用噴霧器１８は水を改質触媒１５の
前面上端部に向けて噴霧する。

【００３６】改質器１０は、図４に示すように、マイク
ロコンピュータ（図示省略）を有した制御装置８０を備
えており、マイクロコンピュータは、入出力インターフ
ェースにバスを介してそれぞれ接続されたＣＰＵ、ＲＡ
ＭおよびＲＯＭを備えている。ＣＰＵは、図５のフロー
チャートに対応したプログラムを実行して、第１および
第２温度センサ１４ａ，１５ａが検出した各改質触媒１
４，１５の温度Ｔ1，Ｔ2を入力し、これら温度Ｔ1，Ｔ2
に基づいて着火器１３、第１および第２燃料バルブ４
２，４４、第１および第２空気バルブ５２，５４、水バ
ルブ６２および第１および第２冷却バルブ１７ｂ，１８
ｂを開閉制御することにより、反応容器１１内に燃料、
空気及び水を導入し同反応容器１１内にて生成した改質
ガスを燃料電池スタック３１へ導出する制御を行う。Ｒ
ＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶
するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するも
のである。

【００３７】次に、上記のように構成した改質器１０に
よる改質ガスの生成について説明する。制御装置８０
は、主電源（図示省略）が投入されると、図５のプログ
ラムを所定の短時間毎に繰り返し実行する。なお、主電
源が投入される前には、着火器１３の電源はオフであ
り、第１および第２燃料バルブ４２，４４、第１および
第２空気バルブ５２，５４、水バルブ６２、および第１
および第２冷却バルブ１７ｂ，１８ｂはすべて閉じられ
ている。

【００３８】このプログラムの実行はステップ１００に
て開始されて、制御装置８０は、改質ガス生成信号が入
力されると、改質ガスの生成を開始し（ステップ１００
〜１０８）、同信号が入力されなくなると、改質ガスの
生成を停止する（ステップ１００，１０２，１１０，１
０８）。

【００３９】まず改質ガスの生成について詳細に説明す
る。制御装置８０は、改質ガス生成信号が入力される
と、第１燃料バルブ４２と第１空気バルブ５２を開い
て、着火器１３の電源をオンにする（ステップ１０２，
１０４）。これにより、燃料と空気がそれぞれ燃料タン
ク４０と空気供給器５０から気液混合噴霧器１２に供給
され、気液混合噴霧器１２にて混合されて、霧状の混合
燃料となって反応容器１１の内方に向けて噴霧される。
噴霧された混合燃料の一部は、着火器１３により着火さ
れて燃焼し始める。すなわち、上記化１と同じ反応であ
る下記化５に示す反応が生じる。

【００４０】

【化５】ＣＨ₃ＯＨ＋３／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ この反応は発熱反応であり、この熱により混合燃料が加
熱され、霧状の燃料は蒸発して燃料蒸気（高温の蒸発ガ
ス）となる。この蒸発した燃料蒸気も燃焼することとな
る。

【００４１】したがって、燃焼蒸発部１１ａ（反応容器
１１内であって気液混合噴霧器１２と改質触媒１４との
間に）においては、噴霧された混合燃料が燃焼し、混合
燃料に含まれる霧状の燃料の一部は蒸発して燃料蒸気と
なり、蒸発した燃料蒸気の一部は燃焼する。これら未蒸
発の霧状燃料、燃焼ガス（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２）および燃料
蒸気が改質反応部１１ｂに流入する。また、高温の燃焼
ガス、燃料蒸気は、反応容器１１内の上部側に流れてい
く傾向にあり、未蒸発の霧状燃料は、自重により反応容
器１１内の下部側に流れていく傾向にある。これによ
り、改質触媒１４，１５の上部は高温となりやすく、一
方、改質触媒１４，１５の下部には未蒸発の霧状燃料が
付着するとともに、付着した未蒸発の霧状燃料が蒸発す
るので、改質触媒１４，１５の下部は低温となりやす
い。

【００４２】しかし、本実施の形態においては、反応容
器１１の燃焼蒸発部１１ａに設けた高温ガス送風器２０
によって、高温の燃焼ガス、燃料蒸気は導入部２１の入
口部２１ａから導入され、連通部２４を通って両導出部
２２，２３の各出口部２２ａ，２３ａから両改質触媒１
４，１５の下端部前面に向けてそれぞれ送風される。こ
れにより、各改質触媒１４，１５の下端部を加熱して改
質触媒１４，１５の上端部と同じ温度とすることにな
り、改質触媒１４，１５は全体としてほぼ同じ温度に維
持されることとなる。

【００４３】このように所定の高温にほぼ均一化された
各改質触媒１４，１５においては、上記化２〜化４と同
様な反応である下記化６〜化８に示す反応が効率よく行
われるので、水素ガスを含む改質ガスを効率よく生成す
ることとなる。

【００４４】

【化６】ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂

【００４５】

【化７】ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂

【００４６】

【化８】ＣＨ₃ＯＨ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂ 改質触媒１４，１５にて生成された改質ガスは、反応容
器１１の後壁１１ｄに設けた導出口１６を通って燃料電
池スタック３１に供給されるようになっている。

【００４７】また、上述した燃料の燃焼中において、制
御装置８０は、各改質触媒１４，１５の第１の所定部分
（例えば各改質触媒１４，１５の上部）の温度をモニタ
ーし、改質触媒１４，１５の上部の温度が所定温度より
高くならないように制御している。すなわち、改質触媒
１４，１５の上部の温度が所定温度より高くなると、改
質触媒１４，１５の上部に燃料と空気の混合燃料を冷却
用噴霧器１７，１８から噴霧して、燃料の蒸発熱を利用
して改質触媒１４，１５の上部を冷却するようにしてい
る。

【００４８】具体的には、制御装置８０は、ステップ１
０６にて図６に示す改質触媒第１冷却制御ルーチンを実
行する。すなわち、制御装置８０は、このルーチンの実
行をステップ２００にて開始して、第１温度センサ１４
ａと第２温度センサ１５ａから各改質触媒１４，１５の
上部の温度Ｔ1とＴ2を入力し（ステップ２０２）、両改
質触媒１４，１５の温度Ｔ1，Ｔ2がともに第１所定温度
ＴH以下であるときには、第２燃料バルブ４４と第２空
気バルブ５４を閉じ、かつ第１冷却バルブ１７ｂと第２
冷却バルブ１８ｂを閉じて、燃料と空気をいずれの改質
触媒１４，１５にも噴霧しないように制御している（ス
テップ２０４〜２０８）。

【００４９】制御装置８０は、両改質触媒１４，１５の
温度Ｔ1，Ｔ2がともに第１所定温度ＴHより高くなった
ときには、第２燃料バルブ４４と第２空気バルブ５４を
開き、かつ第１冷却バルブ１７ｂと第２冷却バルブ１８
ｂを開いて、燃料と空気をいずれの改質触媒１４，１５
にも噴霧するように制御している（ステップ２０４，２
１２，２１４）。

【００５０】制御装置８０は、改質触媒１４の温度Ｔ1
だけが第１所定温度ＴHより高くなったときには、第２
燃料バルブ４４と第２空気バルブ５４を開き、かつ第１
冷却バルブ１７ｂを開くとともに第２冷却バルブ１８ｂ
を閉じて、燃料と空気を改質触媒１４に噴霧するように
制御している（ステップ２０４，２１２，２１６）。

【００５１】制御装置８０は、改質触媒１５の温度Ｔ2
だけが第１所定温度ＴHより高くなったときには、第２
燃料バルブ４４と第２空気バルブ５４を開き、かつ第１
冷却バルブ１７ｂを閉じるとともに第２冷却バルブ１８
ｂを開いて、燃料と空気を改質触媒１５に噴霧するよう
に制御している（ステップ２０４，２０６，２１８）。

【００５２】なお、各改質触媒１４，１５の第１の所定
部分として各改質触媒１４，１５の上部以外の部分（例
えば各改質触媒１４，１５の中央部）の温度をモニター
し、この部分の温度が所定温度より高くならないように
制御するようにしてもよい。また、冷却用噴霧器１７，
１８からの燃料と空気の混合燃料を改質触媒１４，１５
の上部以外の部分に向けて噴射するようにしてもよく、
また改質触媒１４，１５の前面全部に向けて噴射するよ
うにしてもよい。

【００５３】したがって、部分的にまたは全体的に高温
である改質触媒１４，１５を冷却することにより、改質
触媒１４，１５の温度を所定範囲内に維持しかつ均一と
することにより、効率よく燃料を改質することができ
る。

【００５４】なお、改質触媒１４，１５に燃料と空気の
混合燃料を噴霧し、燃料の蒸発熱を利用して改質触媒１
４，１５を冷却するようにしたが、燃料の代わりに水を
使用して改質触媒１４，１５を冷却するようにしてもよ
い。この場合、上述した制御において第２燃料バルブ４
４を開閉制御する代わりに水バルブ６２を開閉制御する
ようにして、各改質触媒１４，１５の温度が第１所定温
度ＴHより高くなると、水バルブ６２、第２空気バルブ
５４、第１および第２冷却バルブ１７ｂ，１８ｂを開閉
制御して各改質触媒１４，１５に燃料と空気の混合燃料
を噴霧するようにすればよい。また、水と空気の混合水
を噴霧することにより、発生した一酸化炭素を低減する
ことができる。

【００５５】次に改質ガスの生成の停止について説明す
る。制御装置８０は、改質ガス生成信号が入力されなく
なると、第１燃料バルブ４２と第１空気バルブ５２、お
よび第２燃料バルブ４４、第２空気バルブ５４、水バル
ブ６２、第１冷却バルブ１７ｂ、第２冷却バルブ１８ｂ
を閉じて、着火器１３の電源をオフにする（ステップ１
０２，１１０）。これにより、改質ガスの生成が停止さ
れることとなる。

【００５６】以上説明したように、本第１の実施の形態
においては、燃料から改質ガスを生成する際に（混合燃
料の燃焼中に）、混合燃料の燃焼により発生した高温ガ
ス（燃焼ガス、燃料蒸気）は、高温ガス送風器２０を通
って各改質触媒１４，１５のうち温度の低い部分に送風
されることとなり、各改質触媒１４，１５の上部と下部
はほぼ同じ高温となる。したがって、各改質触媒１４，
１５の温度を均一とすることにより、効率よく燃料を改
質することができる。

【００５７】また、燃料から改質ガスを生成する際に
（混合燃料の燃焼中に）、改質触媒１４，１５の温度が
第１所定温度ＴHより高くなった場合に、冷却用噴霧器
１７，１８（第２気液混合噴霧器）により燃料に空気を
混合した混合燃料（または水に空気を混合した混合水）
を改質触媒１４，１５へ直接噴霧を開始し、付着した燃
料（または水）が蒸発することによりその部分を冷却す
ることとなる。そして、改質触媒１４，１５の温度が第
１所定温度ＴH以下となった場合に、冷却用噴霧器１
７，１８による混合燃料（または混合水）の噴霧を停止
する。したがって、部分的にまたは全体的に高温である
改質触媒１４，１５を冷却することにより、改質触媒１
４，１５の温度を所定範囲内（第１所定温度ＴH以下の
所定範囲内）に維持しかつ均一とすることにより、効率
よく燃料を改質することができる。

【００５８】なお、上述した第１の実施の形態において
は、改質触媒１４，１５を冷却するために設けた各構成
部品を削除して、高温ガス送風器２０のみを設けるよう
にしてもよい。削除した構成部品は、１対の冷却用噴霧
器１７，１８、１対の冷却バルブ１７ｂ，１８ｂ、冷却
用燃料供給管４３、第２燃料バルブ４４、冷却用空気供
給管５３、第２空気バルブ５４、水供給管６１および水
バルブ６２である。これによっても、燃料から改質ガス
を生成する際に（混合燃料の燃焼中に）、混合燃料の燃
焼により発生した高温ガスは、高温ガス送風器２０を通
って改質触媒１４，１５のうち温度の低い部分に送風さ
れることとなり、改質触媒１４，１５の上部と下部はほ
ぼ同じ高温となる。したがって、改質触媒１４，１５の
温度を均一とすることにより、効率よく燃料を改質する
ことができる。

【００５９】また、上述した第１の実施の形態において
は、高温ガス送風器２０を削除するようにしてもよい。
これによっても、燃料から改質ガスを生成する際に（混
合燃料の燃焼中に）、改質触媒１４，１５の温度が第１
所定温度ＴHより高くなった場合に、冷却用噴霧器１
７，１８（第２気液混合噴霧器）により燃料に空気を混
合した混合燃料（または水に空気を混合した混合水）を
改質触媒１４，１５へ直接噴霧し、付着した燃料（また
は水）が蒸発することによりその部分を冷却することと
なる。そして、改質触媒１４，１５の温度が第１所定温
度ＴH以下となった場合に、冷却用噴霧器１７，１８に
よる混合燃料の噴霧を停止する。したがって、部分的に
または全体的に高温である改質触媒１４，１５を冷却す
ることにより、改質触媒１４，１５の温度を所定範囲内
（第１所定温度ＴH以下の所定範囲内）に維持しかつ均
一とすることにより、効率よく燃料を改質することがで
きる。

【００６０】ｂ．第２の実施の形態 次に、本発明の第２の実施の形態を図７乃至図１１を参
照して説明すると、図７は本発明の第２の実施の形態に
よる改質器１０’を概略的に示している。

【００６１】この改質器１０’は、部分的にまたは全体
的に低温である改質触媒１４，１５を短時間で所定温度
に加熱するためのものであり、これを実現するために燃
焼器９０が設けられている。また改質器１０’は、反応
容器１１内にて生じた液化した燃料を収集し貯え、この
貯えた燃料を改質触媒１４，１５の加熱用または冷却用
として再利用するようにしたものであり、これを実現す
るために反応容器１１内にて液化した燃料を収集し貯え
る燃料貯留槽７１と、この燃料貯留槽７１内に貯えた燃
料を送出する燃料送出ポンプ７３が設けられている。な
お、第１の実施の形態と同じ構成部品には同一符号を付
してその説明を省略する。

【００６２】改質器１０’の構成を図７を参照して詳細
に説明する。改質器１０’には、燃焼器９０が設けられ
ている。燃焼器９０は、本体９１と、本体９１の前壁９
１ａに設けた気液混合噴霧器９２と、本体９１の後壁９
１ｂに設けた導出口９３から構成されている。

【００６３】気液混合噴霧器９２には燃料貯留槽７１
（後述する）から燃料を供給する回収燃料供給管７２
と、空気供給器５０から空気を供給する燃焼器用空気供
給管５５が接続されている。回収燃料供給管７２には、
上流から順番に燃料貯留槽７１の回収燃料を吸い込んで
吐出する燃料送出ポンプ７３と回収燃料切換弁７４が設
けられている。燃焼器用空気供給管５５にはこの供給管
５５を開閉する第３空気バルブ５６が設けられている。

【００６４】回収燃料切換弁７４は、導入口、第１およ
び第２導出口を有しており、導入口は燃料送出ポンプ７
３の吐出口に接続され、第１導出口は気液混合噴霧器９
２に接続され、第２導出口は各冷却用噴霧器１７，１８
に接続されており、燃料送出ポンプ７３と気液混合噴霧
器９２との連通または燃料送出ポンプ７３と各冷却用噴
霧器１７，１８との連通を選択的に切り換えるものであ
る。回収燃料切換弁７４が燃料貯留槽７１と気液混合噴
霧器９２とを連通するように切り換えられ、燃料送出ポ
ンプ７３の電源がオンされるとともに、第３空気バルブ
５６が開かれたときには、回収燃料と空気が気液混合噴
霧器９２に供給され、気液混合噴霧器９２は供給された
燃料と空気を混合し、混合燃料を燃焼器９０の本体９１
の内方（図７において右方向）に向けて噴霧する。

【００６５】気液混合噴霧器９２の先端付近には、混合
燃料の燃焼を開始するための着火器（図示省略）が設け
られている。気液混合噴霧器９２から噴霧された混合燃
料は着火器によって燃焼され、燃焼ガスは本体９１の後
壁９１ｂに設けた導出口９３から燃焼器９０の外部に導
出される。このとき、噴霧された混合燃料はほぼ完全に
燃焼されるようになっている。

【００６６】本体９１の後壁９１ｂに設けた導出口９３
には、２つに分岐した各先端を一対の加熱用噴射器９
４，９５（後述する）に接続した燃焼ガス供給管９６の
基端が接続されている。燃焼ガス供給管９６の分岐箇所
より下流にはこの供給管９６の各先端部をそれぞれ開閉
する第１加熱バルブ９４ａと第２加熱バルブ９５ａが設
けられている。第１加熱バルブ９４ａが開かれたときに
は、加熱用噴射器９４は燃焼ガスを改質触媒１４の前面
下端部に向けて噴射し、第２加熱バルブ９５ａが開かれ
たときには、加熱用噴射器９５は燃焼ガスを改質触媒１
５の前面下端部に向けて噴射する。

【００６７】反応容器１１の底部には、反応容器１１内
にて生じた液化した燃料を貯える燃料貯留槽７１が設け
られており、反応容器１１底部の液化した燃料は、反応
容器１１の底部に設けた導入口１１ｅを通って燃料貯留
槽７１に流れ込むようになっている。また、反応容器１
１の底部は、反応容器１１底部の液化した燃料が反応容
器１１の底部に設けた導入口１１ｅに流れやすくするよ
うな構造になっている。例えば、反応容器１１の底部は
導入口１１ｅに向けて下る傾斜がつけられている。この
ような液化した燃料を収集し貯える構造によれば、反応
容器１１内の底部に液化した燃料が溜まらなくなるの
で、改質触媒１４，１５の下部が濡れにくくなる。

【００６８】さらに、反応容器１１の底部には、ノズル
を改質触媒１４，１５の各前面下部にそれぞれ向けて設
けた一対の加熱用噴射器９４，９５が設けられている。

【００６９】回収燃料切換弁７４には冷却用回収燃料供
給管７５の基端が接続されており、冷却用回収燃料供給
管７５の２つに分岐され各先端は一対の冷却用噴霧器１
７，１８に接続されている。冷却用回収燃料供給管７５
の分岐箇所より上流にはこの供給管７５を開閉する回収
燃料用バルブ７６が設けられ、下流には供給管７５の各
先端部をそれぞれ開閉する第１冷却バルブ１７ｂと第２
冷却バルブ１８ｂが設けられている。

【００７０】回収燃料切換弁７４が燃料貯留槽７１と各
冷却用噴霧器１７，１８とを連通するように切り換えら
れ、回収燃料用バルブ７６が開かれ、燃料送出ポンプ７
３の電源がオンされるとともに、第１冷却バルブ１７ｂ
が開かれ、第２冷却バルブ１８ｂが閉じられたときに
は、回収燃料が冷却用噴霧器１７に供給され、冷却用噴
霧器１７は回収燃料を改質触媒１４の前面上端部に向け
て噴射する。また、回収燃料切換弁７４が燃料貯留槽７
１と各冷却用噴霧器１７，１８とを連通するように切り
換えられ、回収燃料用バルブ７６が開かれ、燃料送出ポ
ンプ７３の電源がオンされるとともに、第１冷却バルブ
１７ｂが閉じられ、第２冷却バルブ１８ｂが開かれたと
きには、回収燃料が冷却用噴霧器１８に供給され、冷却
用噴霧器１８は回収燃料を改質触媒１５の前面上端部に
向けて噴霧する。

【００７１】なお、冷却用回収燃料供給管７５の回収燃
料用バルブ７６とこの供給管７５の分岐箇所の間には、
冷却用空気供給管５３と水供給管６１の先端部がそれぞ
れ接続されている。

【００７２】また、改質触媒１５内の下部には、その内
部温度Ｔ3を検出する第３温度センサ１５ｂが設けられ
ている。

【００７３】また、反応容器１１の導出口１６には導出
ガス切換弁３３が設けられている。この導出ガス切換弁
３３は導入口３３ａ、第１および第２導出口３３ｂ，３
３ｃを有しており、導出ガス切換弁３３の導入口３３ａ
は反応容器１１の導出口１６に接続され、第１導出口３
３ｂは燃料電池スタック３１に接続され、第２導出口３
３ｃは排気ガス処理装置３２に接続されている。

【００７４】次に、上記のように構成した改質器１０’
による改質ガスの生成について説明する。制御装置８０
は、主電源（図示省略）が投入されると、図９のプログ
ラムを所定の短時間毎に繰り返し実行する。なお、主電
源が投入される前には、着火器１３の電源はオフであ
り、第１燃料バルブ４２、回収燃料用バルブ７６、第１
〜第３空気バルブ５２，５４，５６、水バルブ６２、第
１および第２冷却バルブ１７ｂ，１８ｂおよび第１およ
び第２加熱バルブ９４ａ，９５ａはすべて閉じられ、回
収燃料切換弁７４は燃焼器９０に連通するように切り換
えられ、導出ガス切換弁３３は排気ガス処理器３２に連
通するように切り換えられている。

【００７５】このプログラムの実行はステップ１００に
て開始されて、制御装置８０は、改質ガス生成信号が入
力されると、改質ガスの生成を開始し（ステップ１００
〜１０４，１１２，１１４，１０８）、同信号が入力さ
れなくなると、改質ガスの生成を停止する（ステップ１
００，１０２，１１０，１０８）。

【００７６】改質ガスの生成について説明する。制御装
置８０は、改質ガス生成信号が入力されると、第１燃料
バルブ４２と第１空気バルブ５２を開いて、着火器１３
の電源をオンにする（ステップ１０２，１０４）。これ
により、第１の実施の形態と同様に、燃焼蒸発部１１ａ
においては混合燃料の燃焼が開始され、改質反応部１１
ｂにおいては燃料の改質反応が開始される。

【００７７】混合燃料の燃焼および燃料の改質反応を開
始した後、制御装置８０は改質触媒１５の第２の所定部
分（例えば改質触媒１５の下部）の温度をモニターし、
改質触媒１５の下部の温度が所定温度以上となるように
制御している。すなわち、改質触媒１５の下部の温度が
所定温度より低い場合には、両改質触媒１４，１５に燃
焼器９０からの高温の燃焼ガスを送風して、両改質触媒
１４，１５を加熱するようにしている。

【００７８】具体的には、制御装置８０は、ステップ１
１２にて図１０に示す改質触媒加熱制御ルーチンを実行
する。すなわち、制御装置８０は、このルーチンの実行
をステップ３００にて開始して、第３温度センサ１５ｂ
から改質触媒１５の下部の温度Ｔ3を入力し（ステップ
３０２）、改質触媒１５の温度Ｔ3が第２所定温度ＴL未
満であるときには、回収燃料切換弁７４を燃料貯留槽７
１と燃焼器９０を連通するように切り換え、燃料送出ポ
ンプ７３の電源をオンすることにより、燃料貯留槽７１
内の回収燃料を燃焼器９０の気液混合噴霧器９２に供給
するとともに、第３空気バルブ５６を開いて空気供給器
５０からの空気を気液混合噴霧器９２に供給する。気液
混合噴霧器９２に供給された回収燃料と空気が混合され
て、混合燃料となって燃焼器９０の内方に向けて噴霧さ
れ、気液混合噴霧器９２から噴霧された混合燃料は着火
器により着火されて燃焼する。これと同時に、制御装置
８０は第１および第２加熱バルブ９４ａ，９５ａを開い
て、高温の燃焼ガスを改質触媒１４，１５に噴射するよ
うに制御している（ステップ３０４〜３１０）。かかる
燃焼器９０の燃焼は、改質触媒１５の下部の温度Ｔ3が
第２所定温度ＴL以上となるまで行われる。

【００７９】なお、改質触媒１５の第２の所定部分とし
て改質触媒１５の下部以外の部分（例えば改質触媒１５
の中央部、改質触媒１４の下部または中央部）の温度を
モニターし、この部分の温度が所定温度より高くなるよ
うに制御するようにしてもよい。また、加熱用噴射器９
４，９５からの燃焼ガスを改質触媒１４，１５の下部以
外の部分に向けて噴射するようにしてもよく、また改質
触媒１４，１５の前面全部に向けて噴射するようにして
もよい。

【００８０】したがって、燃料から改質ガスを生成する
際に（混合燃料の燃焼中に）、改質触媒１５の下部（第
２の所定部分）の温度Ｔ3が第２所定温度ＴLとなるまで
は、反応容器１１内の燃焼に加えて、燃焼器９０内でも
燃料を燃焼させその燃焼ガスを反応容器１１内の改質触
媒１４，１５に送風することにより改質触媒１４，１５
を加熱することとなる。したがって、部分的にまたは全
体的に低温である改質触媒１４，１５を短時間で所定温
度ＴLに加熱することができる。特に起動時において、
改質触媒１４，１５を短時間で所定温度に加熱すること
により、起動性を向上することができる。

【００８１】なお、燃料から改質ガスを生成する際に
（混合燃料の燃焼中に）、改質触媒１５の温度Ｔ3が第
２所定温度ＴL未満の場合には、改質器１０’にて生成
された改質ガスは、改質反応が不十分に行われるため気
化した燃料（ガス状の燃料）や一酸化炭素を多く含むの
で、制御装置８０は、導出ガス切換弁３３を反応容器１
１の導出口１６が排気ガス処理器３２と連通する状態に
切り換えている（ステップ３１２）。これにより、未燃
焼または未反応の燃料を多く含む改質ガスが導出口１６
および導出ガス切換弁３３の第２導出口３３ｃを通って
排気ガス処理器３２に導出される。

【００８２】制御装置８０は、改質触媒１５の下部の温
度Ｔ3が第２所定温度ＴL以上となると、燃料送出ポンプ
７３の電源をオフし、第３空気バルブ５６、第１および
第２加熱バルブ９４ａ，９５ａを閉じることにより、燃
焼器９０の燃焼を停止して、改質触媒１４，１５の加熱
を停止するとともに（ステップ３１６，３１８）、導出
ガス切換弁３３を反応容器１１の導出口１６が燃料電池
スタック３１と連通する状態に切り換える（ステップ３
２０）。

【００８３】また、本第２の実施の形態の混合燃料の燃
焼中においても、上述した第１の実施の形態と同様に制
御装置８０は各改質触媒１４，１５の上部の温度をモニ
ターし、改質触媒１４，１５の上部の温度が所定温度よ
り高くならないように制御している。すなわち、改質触
媒１４，１５の上部の温度が所定温度より高くなると、
改質触媒１４，１５の上部に回収燃料と空気の混合燃料
を冷却用噴霧器１７，１８から噴霧して、燃料の蒸発熱
を利用して改質触媒１４，１５の上部を冷却するように
している。

【００８４】具体的には、制御装置８０は、図９に示す
ステップ１１４にて図１１に示す改質触媒第２冷却制御
ルーチンを実行する。すなわち、制御装置８０は、この
ルーチンの実行をステップ４００にて開始して、第１温
度センサ１４ａと第２温度センサ１５ａから各改質触媒
１４，１５の上部の温度Ｔ1とＴ2を入力し（ステップ４
０２）、両改質触媒１４，１５の温度Ｔ1，Ｔ2がともに
第１所定温度ＴH以下であるときには、回収燃料用バル
ブ７６と第２空気バルブ５４を閉じ、かつ第１冷却バル
ブ１７ｂと第２冷却バルブ１８ｂを閉じるとともに、燃
料送出ポンプ７３の電源をオフして、回収燃料と空気を
いずれの改質触媒１４，１５にも噴霧しないように制御
している（ステップ４０４〜４１０）。

【００８５】制御装置８０は、両改質触媒１４，１５の
温度Ｔ1，Ｔ2がともに第１所定温度ＴHより高くなった
ときには、回収燃料用バルブ７６と第２空気バルブ５４
を開き、かつ第１冷却バルブ１７ｂと第２冷却バルブ１
８ｂを開き、回収燃料切換弁７４を燃料貯留槽７１と両
冷却用噴霧器１７，１８を連通するように切り換えると
ともに、燃料送出ポンプ７３の電源をオンして、回収燃
料と空気をいずれの改質触媒１４，１５にも噴霧するよ
うに制御している（ステップ４０４，４１４，４１６〜
４２０）。

【００８６】制御装置８０は、改質触媒１４の温度Ｔ1
だけが第１所定温度ＴHより高くなったときには、回収
燃料用バルブ７６と第２空気バルブ５４を開き、かつ第
１冷却バルブ１７ｂを開くとともに第２冷却バルブ１８
ｂを閉じ、回収燃料切換弁７４を燃料貯留槽７１と両冷
却用噴霧器１７，１８を連通するように切り換えるとと
もに、燃料送出ポンプ７３の電源をオンして、回収燃料
と空気を改質触媒１４に噴霧するように制御している
（ステップ４０４，４１４，４２２〜４２６）。

【００８７】制御装置８０は、改質触媒１５の温度Ｔ2
だけが第１所定温度ＴHより高くなったときには、回収
燃料用バルブ７６と第２空気バルブ５４を開き、かつ第
１冷却バルブ１７ｂを閉じるとともに第２冷却バルブ１
８ｂを開き、回収燃料切換弁７４を燃料貯留槽７１と両
冷却用噴霧器１７，１８を連通するように切り換えると
ともに、燃料送出ポンプ７３の電源をオンして、回収燃
料と空気を改質触媒１５に噴霧するように制御している
（ステップ４０４，４０６，４２８〜４３２）。

【００８８】したがって、部分的にまたは全体的に高温
である改質触媒１４，１５を冷却することにより、改質
触媒１４，１５の温度を所定範囲内に維持しかつ均一と
することにより、効率よく燃料を改質することができ
る。また、未燃焼または未反応の燃料を回収して再利用
することとなるので、燃料を節約することができる。

【００８９】以上説明したように、本第２の実施の形態
においては、燃料から改質ガスを生成する際に（混合燃
料を燃焼させる際に）、改質触媒１５の下部（第２の所
定部分）の温度Ｔ3が第２所定温度ＴLとなるまでは、反
応容器１１内の燃焼に加えて、燃焼器９０内でも回収燃
料の混合燃料を燃焼させその燃焼ガスを反応容器１１内
の改質触媒１４，１５に送風することにより改質触媒１
４，１５を加熱することとなる。したがって、部分的に
または全体的に低温である改質触媒１４，１５を短時間
で所定温度ＴLに加熱することができる。特に起動時に
おいて、改質触媒１４，１５を短時間で所定温度に加熱
することにより、起動性を向上することができる。

【００９０】また、改質触媒１５の下部（第２の所定部
分）の温度Ｔ3が第２所定温度ＴLとなるまでは、改質触
媒１４，１５における改質反応は十分に行われないの
で、未燃焼または未反応の燃料を多く含む改質ガスが導
出口１６および導出ガス切換弁３３の第２導出口３３ｃ
を通って排気ガス処理器３２に導出される。また改質触
媒１５の下部（第２の所定部分）の温度Ｔ3が第２所定
温度ＴLとなると、改質触媒１４，１５における改質反
応は十分に行われるので、未燃焼または未反応の燃料を
ほとんど含まない改質ガスが導出口１６および導出ガス
切換弁３３の第１導出口３３ｂを通って燃料電池スタッ
クに導出される。したがって、水素ガスの純度が高い改
質ガスを燃料電池スタックに供給することができる。

【００９１】また、燃料から改質ガスを生成する際に
（混合燃料の燃焼中に）、改質触媒１４，１５の温度が
第１所定温度ＴHより高くなった場合に、冷却用噴霧器
１７，１８（第２気液混合噴霧器）により回収燃料に空
気を混合した混合燃料（または水に空気を混合した混合
水）を改質触媒１４，１５へ直接噴霧を開始し、付着し
た回収燃料（または水）が蒸発することによりその部分
を冷却することとなる。そして、改質触媒１４，１５の
温度が第１所定温度ＴH以下となった場合に、冷却用噴
霧器１７，１８による混合燃料（または混合水）の噴霧
を停止する。したがって、部分的にまたは全体的に高温
である改質触媒１４，１５を冷却することにより、改質
触媒１４，１５の温度を所定範囲内（第１所定温度ＴH
以下の所定範囲内）に維持しかつ均一とすることによ
り、効率よく燃料を改質することができる。また、未燃
焼または未反応の燃料を回収して再利用することとなる
ので、燃料を節約することができる。

【００９２】なお、上述した第２の実施の形態において
は、改質触媒１５に設けた第３温度センサ１５ｂが検出
した温度Ｔ3に基づいて、導出ガス切換弁３３を切り換
え制御することにより、水素ガスの純度が高い改質ガス
を燃料電池スタックに供給するようにしていたが、第３
温度センサ１５ｂの代わりに反応容器１１の導出口１６
に気化した燃料（ガス状の燃料）または一酸化炭素の濃
度を検出する検出センサを設けて、この検出センサが検
出した気化した燃料（ガス状の燃料）または一酸化炭素
の濃度に基づいて、導出ガス切換弁３３を切り換え制御
するようにしてもよい。この場合、検出センサにより検
出した気化した燃料（ガス状の燃料）または一酸化炭素
の濃度が所定範囲外であるときには、導出ガス切換弁３
３を反応容器１１の導出口１６が排気ガス処理器３２と
連通する状態に切り換え、検出センサにより検出した気
化した燃料（ガス状の燃料）または一酸化炭素の濃度が
所定範囲内であるときには、導出ガス切換弁３３を反応
容器１１の導出口１６が燃料電池スタック３２と連通す
る状態に切り換えられる。

【００９３】これによれば、混合燃料を燃焼させる際
に、改質触媒１４，１５における改質反応は十分に行わ
れない場合には、すなわち検出センサにより検出した気
化した燃料（ガス状の燃料）または一酸化炭素の濃度が
所定範囲外であるときには、未燃焼または未反応の燃料
を多く含む改質ガスが排気ガス処理器３２に導出され
る。また改質触媒１４，１５における改質反応は十分に
行われている場合には、すなわち検出センサにより検出
した気化した燃料（ガス状の燃料）または一酸化炭素の
濃度が所定範囲内であるときには、未燃焼または未反応
の燃料をほとんど含まない改質ガスが燃料電池スタック
３１へ導出される。したがって、水素ガスの純度が高い
改質ガスを燃料電池スタックに供給することができる。

【００９４】なお、上述した第２の実施の形態において
は、燃焼器９０に回収燃料を供給するようにしたが、燃
焼器９０に燃料タンク４０からの燃料を供給するように
してもよい。この場合、燃料タンク４０に接続した燃料
供給管４１と気液混合噴霧器９２とを供給管にて接続
し、この供給管に開閉バルブを設けるようにすればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態による改質器を組
み込んだ燃料電池システムを概略的に示している。

【図２】 図１に示す改質器を概略的に示す全体構成図
である。

【図３】 図２に示す高温ガス送風器の正面図である。

【図４】 図１に示す改質器のブロック図である。

【図５】 図４に示した制御装置（マイクロコンピュー
タ）により実行されるフローチャートである。

【図６】 図４に示した制御装置（マイクロコンピュー
タ）により実行されるフローチャートの一部分である。

【図７】 本発明の第２の実施の形態による改質器を概
略的に示す全体構成図である。

【図８】 図７に示す改質器のブロック図である。

【図９】 図８に示した制御装置（マイクロコンピュー
タ）により実行されるフローチャートである。

【図１０】 図８に示した制御装置（マイクロコンピュ
ータ）により実行されるフローチャートの一部分であ
る。

【図１１】 図８に示した制御装置（マイクロコンピュ
ータ）により実行されるフローチャートの一部分であ
る。

【符号の説明】

１０，１０’…改質器、１１…反応容器、１１ａ…燃焼
蒸発部、１１ｂ…改質反応部、１１ｃ…前壁、１１ｄ…
後壁、１１ｅ…導入口、１２…気液混合噴霧器、１３…
着火器、１４，１５…改質触媒、１４ａ…第１温度セン
サ、１５ａ…第２温度センサ、１５ｂ…第３温度セン
サ、１６…導出口、１７，１８…冷却用噴霧器、１７
ａ，１８ａ…ノズル、１７ｂ…第１冷却バルブ、１８ｂ
…第２冷却バルブ、２０…高温ガス送風器、２１…導入
部、２１ａ…入口部、２２，２３…導出部、２２ａ，２
３ａ…出口部、２４…連通部、３１…燃料電池スタッ
ク、３２…排気ガス処理器、３３…導出ガス切換弁、３
３ａ…導入口、３３ｂ，３３ｃ…第１および第２導出
口、４０…燃料タンク、４１…燃料供給管、４２…第１
燃料バルブ、４３…冷却用燃料供給管、４４…第２燃料
バルブ、５０…空気供給器、５１…空気供給管、５２…
第１空気バルブ、５３…冷却用空気供給管、５４…第２
空気バルブ、５５…燃焼器用空気供給管、５６…第３空
気バルブ、６０…水タンク、６１…水供給管、６２…水
バルブ、７１…燃料貯留槽、７２…回収燃料供給管、７
３…燃料送出ポンプ、７４…回収燃料切換弁、７５…冷
却用回収燃料供給管、７６…回収燃料用バルブ、８０…
制御装置、９０…燃焼器、９１…本体、９１ａ…前壁、
９１ｂ…後壁、９２…気液混合噴霧器、９３…導出口、
９４，９５…加熱用噴射器、９４ａ…第１加熱バルブ、
９５ａ…第２加熱バルブ、９６…燃焼ガス供給管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K052 AA01 AA02 AB14 AC01 FA03 FA08 3K065 TA09 TC10 TD04 TN01 TN13 TP00 4G040 EA02 EA03 EA06 EA07 EB03 EB04 EB12 EB42 EB43 EB44 5H027 AA02 BA01 KK31 KK42 MM02 MM12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応容器に炭化水素を主成分とする燃料お
   よび空気をそれぞれ供給する燃料供給手段および空気供
   給手段と、前記反応容器に設けられて前記両供給手段に
   より供給された前記燃料と空気を混合し、この混合燃料
   を前記反応容器の内方に向けて噴霧する気液混合噴霧器
   と、この気液混合噴霧器が噴霧する混合燃料を燃焼させ
   る着火器と、前記反応容器内であって前記混合燃料の噴
   霧方向に配置されて同混合燃料中の燃料を水素を主成分
   とする改質ガスに改質する改質触媒と、この改質ガスを
   前記反応容器の外部に導出する導出口とを備えた改質器
   において、 前記気液混合噴霧器に向けて開口する入口部を前記気液
   混合噴霧器と前記改質触媒との間に配置するとともに前
   記改質触媒のうち温度の低い部分に向けて開口する出口
   部を配置した高温ガス送風手段をさらに備え、この高温
   ガス送風手段は前記混合燃料の燃焼により発生した高温
   ガスを取り込んで前記改質触媒のうち温度の低い部分に
   送風するようにしたことを特徴とする改質器。
2. 【請求項２】反応容器に炭化水素を主成分とする燃料お
   よび空気をそれぞれ供給する第１燃料供給手段および第
   １空気供給手段と、前記反応容器に設けられて前記両供
   給手段により供給された前記燃料と空気を混合し、この
   混合燃料を前記反応容器の内方に向けて噴霧する第１気
   液混合噴霧器と、この第１気液混合噴霧器が噴霧する混
   合燃料を燃焼させる着火器と、前記反応容器内であって
   前記混合燃料の噴霧方向に配置されて同混合燃料中の燃
   料を水素を主成分とする改質ガスに改質する改質触媒
   と、この改質ガスを前記反応容器の外部に導出する導出
   口とを備えた改質器において、 前記反応容器に前記燃料、空気および水をそれぞれ供給
   する第２燃料供給手段、第２空気供給手段および水供給
   手段と、前記反応容器に設けられて前記各供給手段によ
   り供給された前記燃料と空気または前記水と空気を混合
   し、前記燃料と空気の混合燃料または前記水と空気の混
   合水を前記改質触媒に向けて噴霧する第２気液混合噴霧
   器と、前記改質触媒の第１の所定部分の温度を検出する
   第１温度センサと、この第１温度センサが検出した温度
   が第１所定温度以下となるように前記第２燃料供給手段
   と第２空気供給手段による前記燃料と空気の供給または
   前記水供給手段と第２空気供給手段による前記水と空気
   の供給を調整する制御手段を設けたことを特徴とする改
   質器。
3. 【請求項３】前記第２燃料供給手段は、前記反応容器の
   底部に設けて同反応容器内にて液化した前記燃料を収集
   し貯える燃料貯留槽と、この燃料貯留槽内に貯えられた
   前記燃料を送出する燃料送出ポンプから構成されたこと
   を特徴とする請求項２に記載の改質器。
4. 【請求項４】反応容器に炭化水素を主成分とする燃料お
   よび空気をそれぞれ供給する第１燃料供給手段および第
   １空気供給手段と、前記反応容器に設けられて前記両供
   給手段により供給された前記燃料と空気を混合し、この
   第１混合燃料を前記反応容器の内方に向けて噴霧する第
   １気液混合噴霧器と、この第１気液混合噴霧器が噴霧す
   る第１混合燃料を燃焼させる着火器と、前記反応容器内
   であって前記第１混合燃料の噴霧方向に配置されて同第
   １混合燃料中の燃料を水素を主成分とする改質ガスに改
   質する改質触媒と、この改質ガスを前記反応容器の外部
   に導出する導出口を備えた改質器において、 第２燃料供給手段により供給された前記燃料と第２空気
   供給手段により供給された前記空気とを混合し、この第
   ２混合燃料を燃焼する燃焼器と、この燃焼器から排出さ
   れる燃焼ガスを前記反応容器内の前記改質触媒に向けて
   供給する燃焼ガス供給手段と、前記改質触媒の第２の所
   定部分の温度を検出する第２温度センサと、前記第１混
   合燃料の燃焼を開始する第１燃焼開始手段と、この第１
   燃焼開始手段による前記燃焼の開始に応答して、前記第
   ２混合燃料の燃焼を開始する第２燃焼開始手段と、前記
   第２温度センサが検出した温度が第２所定温度以上とな
   ったときに、前記第２混合燃料の燃焼を停止する燃焼停
   止手段を備えたことを特徴とする改質器。
5. 【請求項５】前記反応容器に、１つの導入口と２つの導
   出口を有する切換弁をさらに設け、この切換弁の導入口
   を前記反応容器の導出口に接続し同切換弁の第１導出口
   を燃料電池スタックに接続し、 前記第２温度センサにより検出した温度が前記第２所定
   温度未満のときには、前記切換弁を前記反応容器の導出
   口が第２導出口と連通する状態に切り換え、前記第２温
   度センサにより検出した温度が前記第２所定温度以上と
   なったときには、前記切換弁を前記反応容器の導出口が
   前記燃料電池スタックと連通する状態に切り換える切換
   制御手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の改
   質器。
6. 【請求項６】前記反応容器の導出口に、気化した前記燃
   料または一酸化炭素の濃度を検出する検出センサを設
   け、 かつ、前記反応容器に１つの導入口と２つの導出口を有
   する切換弁を設け、この切換弁の導入口を前記反応容器
   の導出口に接続し同切換弁の第１導出口を燃料電池スタ
   ックに接続し、 前記検出センサにより検出した前記気化した燃料または
   一酸化炭素の濃度が所定範囲外であるときには、前記切
   換弁を前記反応容器の導出口が第２導出口と連通する状
   態に切り換え、前記検出センサにより検出した前記気化
   した燃料または一酸化炭素の濃度が所定範囲内であると
   きには、前記切換弁を前記反応容器の導出口が前記燃料
   電池スタックと連通する状態に切り換える切換制御手段
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の改質器。
7. 【請求項７】前記第２燃料供給手段は、前記反応容器の
   底部に設けて同反応容器内にて液化した前記燃料を収集
   し貯える燃料貯留槽と、この燃料貯留槽内に貯えられた
   前記燃料を送出する燃料送出ポンプから構成されたこと
   を特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記
   載の改質器。