JP2003327403A - 水素供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転蓄熱式熱交換器を備えた水素供給装置に
おいて、燃料ガスの漏れを抑制する。 【解決手段】 水素供給装置は、改質原料が通過する低
温流体通路Ａと、燃焼ガスを発生させる燃焼ガス供給部
６０が設けられた高温流体通路Ｂと、低温流体通路Ａと
高温流体通路Ｂとを交互に移動する回転蓄熱体２１を有
するとともに、燃焼ガスの燃焼熱を改質原料に伝える熱
交換部２０とを備えている。回転蓄熱体２１の改質原料
が供給される端面には、第１改質原料（燃料ガス）が供
給される第１改質原料供給領域Ｘと、第２改質原料が供
給される第２改質原料供給領域Ｙとが設定されており、
第１改質原料供給領域Ｘは、回転蓄熱体２１の回転方向
Ｌ上流側の部位に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改質反応により水
素を生成し、水素消費装置に水素を供給する水素供給装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃料電池に水素を供給する装
置として、炭化水素化合物を改質して水素リッチガスを
生成する改質器が知られている。改質器では、高温での
触媒反応（水蒸気改質反応）により炭化水素化合物を含
む改質原料を改質して水素を発生させる。この水蒸気改
質反応のためには、改質原料を効率よく気化・昇温させ
る必要がある。

【０００３】改質原料を効率よく気化・昇温させて改質
させるために、本出願人は特願２０００−３４３６６６
において、回転蓄熱式熱交換器を有する水素供給装置を
提案している。この回転蓄熱式熱交換器は、回転蓄熱体
と回転蓄熱体の両側に配置された一対のシール部材とか
ら構成されている。回転蓄熱体は、改質原料が通過する
低温流体通路と燃焼ガスが通過する高温流体通路の双方
を横切るように配置され、回転することで高温流体通路
の熱を低温流体通路に移送するように構成されている。

【０００４】このような回転蓄熱式熱交換器を用いるこ
とで、単位面積当たりの伝熱量を大きくすることがで
き、熱交換効率を高めることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の回転蓄熱式
熱交換器は熱交換効率の点で優れている一方、回転蓄熱
体が熱移送する２つの流路の間での流体漏れが発生す
る。

【０００６】この回転式熱交換器に発生する流体漏れを
図１２に基づいて説明する。図１２は回転式熱交換器Ｊ
２０の構成を示しており、図１２（ｂ）は熱交換器Ｊ２
０の拡大断面図であり、図１２（ａ）（ｃ）は流体の流
れ方向からみたガスシールＪ２２、Ｊ２３を示してい
る。図１２（ｂ）に示すように、回転蓄熱体Ｊ２１は多
数の貫通孔Ｊ２１ａが形成され、改質原料が通過する低
温流体通路Ａと燃焼ガスが通過する高温流体通路Ｂの双
方を横切るように配置されている。また、回転蓄熱体Ｊ
２１の貫通孔Ｊ２１ａが開口する両側の端面にはケーシ
ングＪ１に固定されたガスシールＪ２２、Ｊ２３が配置
されており、回転蓄熱体Ｊ２１は図１２（ａ）（ｃ）の
矢印Ｌ方向にガスシールＪ２２、Ｊ２３の間を回転する
ように構成されている。

【０００７】回転式熱交換器Ｊ２０で発生するガス漏れ
には、回転蓄熱体Ｊ２１とガスシールＪ２２、Ｊ２３と
の間からの直接的なシール漏れＭと、回転蓄熱体Ｊ２１
にトラップされ移送されることに起因する移送漏れＮと
がある。すなわち、熱交換部Ｊ２０におけるガス漏れ
は、低温流体通路Ａと高温流体通路Ｂとの圧力差と回転
蓄熱体Ｊ２１とガスシールＪ２２、Ｊ２３との当接面に
おける隙間に比例する隙間漏れ量と、ガスシールＪ２
２、Ｊ２３のクロスアームＪ２２ｂ、Ｊ２３ｂと回転蓄
熱体Ｊ２１の貫通孔Ｊ２１ａによって形成される空間移
動容積（回転蓄熱体の回転に伴う移動）による移送漏れ
量（キャリーオーバーロス）との合計になる。

【０００８】低温流体通路Ａと高温流体通路Ｂは燃料電
池を介して連通しており、圧力損失により、通常、上流
側の低温流体通路Ａに比較して下流側の高温流体通路Ｂ
の方が低圧になっている。このため、熱交換部Ｊ２０に
おけるシール漏れは低温流体通路Ａ→高温流体通路Ｂの
方向で発生する。

【０００９】以上のようなガス漏れにより、低温流体通
路Ａより未反応の燃料ガスや反応過程にあるガス（以
下、燃料ガスという）が、シール部を介して高温流体通
路Ｂに漏洩し、燃焼ガスと混合され外部に放出される。
このため、燃料ガスが外部に排出されてしまうとともに
改質原料の損失が発生するという問題がある。

【００１０】本発明は、上記点に鑑み、回転蓄熱式熱交
換器を備えた水素供給装置において、有害ガスの漏れを
抑制することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、少なくとも水素化合物
を含む第１改質原料と少なくとも水を含む第２改質原料
とからなる改質原料を用いた改質反応により水素を生成
し、この水素を水素消費装置（５０）に供給する水素供
給装置であって、改質原料が通過する低温流体通路
（Ａ）と、燃焼ガスを発生させる燃焼ガス供給部（６
０）が設けられた高温流体通路（Ｂ）と、回転軸（２
６）を中心に回転駆動されることにより低温流体通路
（Ａ）と高温流体通路（Ｂ）とを交互に移動する回転蓄
熱体（２１）を有するとともに、燃焼ガスの燃焼熱を改
質原料に伝える熱交換部（２０）とを備え、回転蓄熱体
（２１）は、軸方向に多数の貫通孔（２１ａ）が形成さ
れるともに、その貫通孔（２１ａ）の開放側の端面が２
つの領域に区画されており、第１の領域は低温流体通路
（Ａ）に位置し、第２の領域は高温流体通路（Ｂ）に位
置しており、第１の領域に形成されている貫通孔（２１
ａ）には改質原料が通過し、第２の領域に形成されてい
る貫通孔（２１ａ）には燃焼ガスが通過するように構成
され、第１の領域のうち回転蓄熱体（２１）の改質原料
が供給される端面には、第１改質原料が供給される第１
改質原料供給領域（Ｘ）と、第２改質原料が供給される
第２改質原料供給領域（Ｙ）とが設定されており、第１
改質原料供給領域（Ｘ）は、第１の領域の回転方向
（Ｌ）上流側に設定されていることを特徴としている。

【００１２】このような構成により、第１改質原料が回
転蓄熱体（２１）の回転によって低温流体通路（Ａ）か
ら高温流体通路（Ｂ）に移送される前に、第１改質原料
供給領域（Ｘ）を通過する第１改質原料を回転蓄熱体
（２１）から流出させることができる。これにより、回
転蓄熱体（２１）の移送漏れにより有害ガスである第１
改質原料が高温流体通路（Ｂ）に漏れることを防止でき
る。

【００１３】また、第１改質原料供給領域（Ｘ）は、請
求項２に記載の発明のように、第１改質原料供給領域
（Ｘ）に供給された第１改質原料が回転蓄熱体（２１）
を通過するのに要する通過時間が、第１改質原料供給領
域（Ｘ）に供給された第１改質原料が回転蓄熱体（２
１）の回転により高温流体通路（Ｂ）に移送されるのに
要する移送時間より短くなるように設定すればよい。

【００１４】また、請求項３に記載の発明では、第１改
質原料供給領域（Ｘ）は、第１の領域における外周部か
ら所定間隔を設けて設定されることを特徴としている。

【００１５】これにより、回転蓄熱体（２１）の第１の
領域における外周部位でシール漏れが発生したとして
も、有害ガスである第１改質原料がシール漏れによって
低温流体通路（Ａ）から高温流体通路（Ｂ）に漏れるこ
とを防止できる。

【００１６】また、請求項４に記載の発明では、第２改
質原料は、第１の領域における第１改質原料供給領域
（Ｘ）を除いた領域に設定されることを特徴としてい
る。これにより、回転蓄熱体（２１）にトラップされた
第１改質原料を、第２改質原料によって回転蓄熱体（２
１）から排出し浄化することができる。

【００１７】また、改質燃料が回転蓄熱体（２１）を通
過し終える時間は、改質燃料の流速（供給量）から定ま
る。そこで、請求項５に記載の発明のように、第１改質
原料が回転蓄熱体（２１）を通過する速度を検出する改
質原料通過速度検出手段（１１）を備え、第１改質原料
供給領域（Ｘ）は、改質原料通過速度検出手段（１１）
により検出した第１改質原料が回転蓄熱体（２１）を通
過する速度に基づいて設定することができる。

【００１８】また、第１改質原料供給領域（Ｘ）に供給
された第１改質原料が高温流体通路（Ｂ）に移送される
までに要する時間は、回転蓄熱体（２１）の回転速度か
ら定まる。そこで、請求項６に記載の発明の発明のよう
に、回転蓄熱体（２１）の回転速度を検出する回転速度
検出手段（２４）を備え、第１改質原料供給領域（Ｘ）
は、回転速度検出手段（２４）により検出した回転蓄熱
体（２１）の回転速度に基づいて設定することができ
る。

【００１９】また、請求項７に記載の発明では、少なく
とも水素化合物を含む第１改質原料と少なくとも水を含
む第２改質原料とからなる改質原料を用いた改質反応に
より水素を生成し、この水素を水素消費装置（５０）に
供給する水素供給装置であって、改質原料が通過する低
温流体通路（Ａ）と、燃焼ガスを発生させる燃焼ガス供
給部（６０）が設けられた高温流体通路（Ｂ）と、回転
軸（２６）を中心に回転駆動されることにより低温流体
通路（Ａ）と高温流体通路（Ｂ）とを交互に移動する回
転蓄熱体（２１）を有するとともに、燃焼ガスの燃焼熱
を改質原料に伝える熱交換部（２０）とを備え、回転蓄
熱体（２１）の回転が停止している場合に、低温流体通
路（Ａ）における回転蓄熱体（２１）の上流側に第１改
質原料を所定時間供給し、第１改質原料が回転蓄熱体
（２１）を通過した後に、回転蓄熱体（２１）を半周だ
け回転させることを繰り返すことを特徴としている。

【００２０】これにより、第１改質原料が回転蓄熱体
（２１）を通過し終えた後に回転蓄熱体（２１）の回転
が始動するので、回転蓄熱体（２１）の回転に伴う移送
漏れＮの発生を防止できる。

【００２１】また、請求項８に記載の発明では、第１改
質原料の供給停止後、回転蓄熱体（２１）を半周回転さ
せる前に、低温流体通路（Ａ）における回転蓄熱体（２
１）の上流側に第２改質原料を供給すること特徴として
いる。

【００２２】このように第１改質原料の供給停止後に第
２改質原料を供給することで、回転蓄熱体（２１）にト
ラップされた第１改質原料を、第２改質原料によって回
転蓄熱体（２１）から効果的に排出し浄化することがで
きる。

【００２３】また、回転蓄熱体（２１）に供給された第
１改質原料が回転蓄熱体（２１）を通過し終えるまでに
要する時間は、第１改質原料の流速により定まる。そこ
で、請求項９に記載の発明では、第１改質原料が回転蓄
熱体（２１）を通過する速度を検出する改質原料通過速
度検出手段（１１）を備え、回転蓄熱体（２１）の停止
時間は、改質原料通過速度検出手段（１１）により検出
した第１改質原料が回転蓄熱体（２１）を通過する速度
に基づいて設定されることを特徴としている。

【００２４】また、請求項１０に記載の発明では、回転
蓄熱体（２１）は、軸方向に多数の貫通孔（２１ａ）が
形成されるともに、その貫通孔（２１ａ）の開放側の端
面が２つの領域に区画されており、第１の領域は低温流
体通路（Ａ）に位置し、第２の領域は高温流体通路
（Ｂ）に位置しており、第１の領域に形成されている貫
通孔（２１ａ）には改質原料が通過し、第２の領域に形
成されている貫通孔（２１ａ）には燃焼ガスが通過する
ように構成され、回転蓄熱体（２１）の改質原料が供給
される端面における第１の領域には、第１改質原料が供
給される第１改質原料供給領域（Ｘ）と、第２改質原料
が供給される第２改質原料供給領域（Ｙ）とが設定され
ており、第１改質原料供給領域（Ｘ）は、第１の領域に
おける外周部から所定間隔を設けて設定されることを特
徴としている。

【００２５】これにより、回転蓄熱体（２１）の第１の
領域における外周部位でシール漏れが発生したとして
も、有害ガスである第１改質原料がシール漏れによって
低温流体通路（Ａ）から高温流体通路（Ｂ）に漏れるこ
とを防止できる。

【００２６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
適用した第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明す
る。図１は本第１実施形態の水素供給装置の概略構成を
示すブロック図であり、図２は水素供給装置の各構成要
素の配置関係を示す概念図である。本第１実施形態の水
素供給装置は、水素消費装置としての燃料電池５０に水
素を供給するように構成されている。

【００２８】図１、図２に示すように、本第１実施形態
の水素供給装置は、改質原料供給部１０、熱交換部（蒸
発部）２０、改質部３０、ＣＯ除去部４２、４４、燃焼
ガス供給部（オフガス供給部）６０等を備えている。ま
た、水素供給装置には、ハウジング１によって、改質原
料が通過する低温流体通路（改質原料通路）Ａと、燃焼
ガスが通過する高温流体通路（燃焼ガス通路）Ｂとが並
行して形成されている。低温流体通路Ａと高温流体通路
Ｂはそれぞれ独立しており、熱交換部２０を介して熱の
授受が行われる。

【００２９】低温流体通路Ａでは、改質原料供給部１０
で供給された改質原料（水、空気、改質燃料）が熱交換
部２０で加熱・気化（蒸発）される。気化された改質原
料は、改質部３０にてＨ₂およびＣＯを含む改質ガスに
改質され、ＣＯ除去部４２、４４にてＣＯが除去された
後、水素リッチガスとして燃料電池５０に供給される。

【００３０】燃料電池５０には、水素とともに空気（酸
素）が図示しない空気供給用ポンプにより供給されるよ
うに構成されており、水素と酸素との電気化学反応によ
り発電する。燃料電池５０では、発電に用いられなかっ
た未反応水素を含んだオフガスが排出される。

【００３１】高温流体通路Ｂでは、オフガスがオフガス
供給路５１を介して燃焼ガス供給部６０に供給され、燃
焼して燃焼ガスとなる。この燃焼ガスの燃焼熱は、熱交
換部２０を介して高温流体通路Ｂから低温流体通路Ａを
流れる改質原料に伝えられる。なお、本実施形態では、
改質原料に含まれる改質燃料としてガソリンや灯油とい
った液体石油系燃料を用いている。

【００３２】図２に示すように低温流体通路Ａの最上流
部には、改質原料（水、空気、改質燃料）を供給する改
質原料供給部１０が配置されている。改質原料供給部１
０には、燃料流量制御弁１１、水流量制御弁１２、空気
流量制御弁１３、噴霧ノズル１４、１５、混合室１６が
設けられている。

【００３３】第１改質燃料としての改質燃料は燃料流量
制御弁１１で流量制御され、第１の噴霧ノズル１４にて
熱交換部２０の上流側に噴霧される。第２改質燃料とし
ての水と空気は水流量制御弁１２および空気流量制御弁
１３で流量制御され、第２の噴霧ノズル１５にて熱交換
部２０の上流側に噴霧される。この結果、改質燃料は第
１の噴霧ノズル１４から、水と空気は第２の噴霧ノズル
１５から、それぞれ独立して熱交換部２０に供給され
る。これらの改質燃料と水および空気とは、熱交換部２
０を通過した後に、熱交換部２０と改質部３０との間で
混合される。

【００３４】なお、熱交換部２０における改質燃料の供
給領域と、改質燃料以外の改質原料（水、空気）の供給
領域については後述する。また、燃料流量制御弁１１
は、第１改質原料が後述の回転蓄熱体２１を通過する速
度を検出する改質原料通過速度検出手段を構成してい
る。すなわち、燃料流量制御弁１１の開度から改質燃料
の供給量を推定することができるので、改質燃料供給量
から改質燃料の流速を算出し、改質燃料が回転蓄熱体２
１を通過する速度を算出することができる。

【００３５】低温流体通路Ａにおける改質原料供給部１
０の下流側には、熱交換部（蒸発部）２０が配置されて
いる。本第１実施形態の熱交換部２０は回転式熱交換器
である。

【００３６】図３は熱交換部（蒸発部）２０の分解斜視
図である。図３に示すように、熱交換部２０には、熱エ
ネルギを蓄える回転蓄熱体（マトリクス）２１と、マト
リクス２１と密着摺動してガス漏れを防止する一対の静
止ガスシール２２、２３と、マトリクス２１を回転駆動
する駆動用モータ２４が設けられている。なお、駆動用
モータ２４は、回転蓄熱体２１の回転速度を検出する回
転速度検出手段を構成している。すなわち、駆動用モー
タ２４の回転数から回転蓄熱体２１の回転速度を算出す
ることができる。

【００３７】マトリクス２１は、コージェライト等の耐
熱性セラミックからなる円盤形状に形成されている。マ
トリクス２１は、軸方向に多数の貫通孔（セル）２１ａ
が形成されたハニカム構造となっている。マトリクス２
１におけるガスシール２２、２３と接触する外周側面部
２１ｂは、セメントコーティングされるか、あるいはソ
リッド状のセラミックリングが固着されることによっ
て、シール面が形成されている。

【００３８】図４は、回転蓄熱体２１を構成するセル形
状の例を示している。図４（ａ）は矩形形状セル、図４
（ｂ）は三角形状セルであり、それぞれの表面には酸化
触媒（白金、パラジウム等の単体あるいは混合物）２４
が添着（坦持）されている。これにより、高温流体通路
Ｂに供給される燃料電池５０のオフガスを触媒燃焼させ
ることができる。

【００３９】マトリクス２１は、回転軸２６とハウジン
グ１側に設けられた軸受け２７によって支持されてい
る。回転軸２６は、マトリクス２１の中心部に設けられ
たソリッド状のハブ２１ｄに固着されている。マトリク
ス２１は電動モータ２４により回転駆動される。マトリ
クス２１の外周面にはリングギア２１ｃが設けられてい
る。電動モータ２４からの回転力は、電動モータ２４の
回転軸に固定されたピニオン２４ａを介して、リングギ
ア２１ｃに伝えられる。摺動部位である軸受け２７は高
温雰囲気で用いられるため、高温無潤滑材料（硬質カー
ボン材等）によって形成されている。

【００４０】ガスシール２２、２３は、例えばステンレ
スのような耐熱性金属やセラミックから形成されてい
る。低温流体通路Ａの上流側であって高温流体通路Ｂの
下流側に位置する第１のガスシール２２は、半円筒状フ
ランジ２２ａとその中心を径方向に通るクロスアーム２
２ｂとが一体化してＤ型に構成されている。一方、低温
流体通路Ａの下流側であって高温流体通路Ｂにおける上
流側に位置する第２のガスシール２３は、円筒状フラン
ジ２３ａとその中心を径方向に通るクロスアーム２３ｂ
とが一体化してΘ型に構成されている。

【００４１】クロスアーム２２ｂ、２３ｂの摺動面と、
マトリクス２１の外周側面部２１ｂと接触するガスシー
ルのシール面２２ｃ、２３ｃには、マトリクス２１およ
びガスシール２２、２３の摩耗を少なくするため、摩擦
係数の低い高温無潤滑材料層（図示せず）がコーティン
グ等によって形成されている。

【００４２】低温流体通路Ａを流れる高圧の改質原料が
高温流体通路Ｂに漏れないように、マトリクス２１とハ
ウジング１との間にガスシール２２、２３を介在させる
ことでシールしている。ガスシール２２、２３は、シー
ル面２２ｃ、２３ｃでマトリクス２１を軸方向の両側か
ら挟んだ状態でハウジング１に固定されている。マトリ
クス２１は、ガスシール２２、２３のクロスアーム２２
ｂ、２３ｂにて２つの領域に区画される。

【００４３】図２に示すようにマトリクス２１は、並行
する低温流体通路Ａと高温流体通路Ｂの双方を横断する
ように配置される。このとき、ガスシール２２、２３の
クロスアーム２２ｂ、２３ｂで区画された第１の領域は
低温流体通路Ａに位置し、第２の領域は高温流体通路Ｂ
に位置する。マトリクス２１はガスシール２２、２３の
間を摺動回転し、改質原料が通過する低温流体通路Ａと
オフガス（燃焼ガス）が通過する高温流体通路Ｂとを交
互に移動する。マトリクス２１は、高温流体通路Ｂにお
いて貫通孔２１ａを通過する燃焼ガスから熱を受け取っ
た後、低温流体通路Ａに移動して貫通孔２１ａを通過す
る改質原料に熱を伝えて加熱・気化させる。

【００４４】このとき、マトリクス２１の回転速度を制
御することで、高温流体通路Ｂから低温流体通路Ａへの
伝熱速度を調整することができる。すなわち、マトリク
ス２１の回転速度を上げることで伝熱速度を上げること
ができ、回転速度を下げることで伝熱速度を下げること
ができる。

【００４５】また、第１ガスシール２２はＤ型に構成さ
れているため、回転蓄熱体２１の低温流体通路Ａにおけ
る上流側はシールされていない。このため、低温流体通
路Ａにおいて、加熱される前の低温の改質原料が、ケー
シング１と回転蓄熱体２１との間に形成された空間２８
に入り込むこととなる。これにより、高温となる回転蓄
熱体２１のリングギア２１ａや電動モータ２４のピニオ
ン２４ａを冷却することができる。

【００４６】第２ガスシール２３はΘ型に構成されてい
るため、回転蓄熱体２１の低温流体通路Ａにおける下流
側はシールされている。これにより、低温流体通路Ａに
てケーシング１と回転蓄熱体２１との間の空間２８に入
り込んだ改質ガスが回転蓄熱体２１をショートパスする
ことを防止して、改質ガスを確実に回転蓄熱体２１を通
過させることができる。

【００４７】ここで、図５に基づいて熱交換部２０にお
ける改質原料の供給領域と、熱交換部２０で発生するガ
ス漏れについて説明する。図５（ａ）は熱交換部２０を
低温流体通路Ａの上流側からみた状態を示し、図５
（ｂ）は熱交換部２０の断面構成を示している。回転蓄
熱体２１は矢印Ｌ方向に回転するものとする。

【００４８】図５（ａ）に示すように、回転蓄熱体２１
における改質原料が流入する端面には、改質原料が供給
される第１改質原料供給領域Ｘと、水と空気が供給され
る第２改質原料供給領域Ｙとが設定されている。本第１
実施形態の第１改質原料供給領域Ｘは、回転蓄熱体２１
における低温流体通路Ａの回転始動側（回転方向の上流
側）に偏った領域に設定されている。また、本第１実施
形態の第２改質原料供給領域Ｙは、回転蓄熱体２１にお
ける低温流体通路Ａの全体領域に設定されており、従っ
て領域Ｘと領域Ｙは一部重畳している。

【００４９】ここで、回転蓄熱体２１の第１改質原料供
給領域Ｘに供給された改質燃料は、回転蓄熱体２１内部
の貫流孔２１ａを流れ、改質燃料は回転蓄熱体２１の回
転により矢印Ｌ方向に移送される。従って、第１改質原
料供給領域Ｘは、第１改質原料供給領域Ｘに供給された
改質原料が、高温流体通路Ｂに移送される前に回転蓄熱
体２１から流出し終えるように設定すればよい。

【００５０】すなわち、改質燃料が回転蓄熱体２１を通
過するのに要する通過時間が、第１改質原料供給領域Ｘ
に供給された改質燃料が回転蓄熱体２１の回転により高
温流体通路Ｂに移送されるまでに要する移送時間より短
くなるように、第１改質原料供給領域Ｘを設定すればよ
い。

【００５１】改質燃料が回転蓄熱体２１を通過し終える
時間は、改質燃料の流速（供給量）から定まり、第１改
質原料供給領域Ｘに供給された改質燃料が高温流体通路
Ｂに移送されるまでに要する時間は、回転蓄熱体２１の
回転速度から定まる。従って、第１改質原料供給領域Ｘ
は、改質燃料の流速と回転蓄熱体２１の回転速度との関
係で定まる。

【００５２】具体的には、改質燃料の流速が遅い場合に
は、改質原料が回転蓄熱体２１を通過する前に高温流体
通路Ｂに移送されやすいので、第１改質原料供給領域Ｘ
を回転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの回転方向上
流側により偏った領域に設定する必要がある。同様に、
回転蓄熱体２１の回転速度が速い場合にも、改質原料が
回転蓄熱体２１を通過する前に高温流体通路Ｂに移送さ
れやすいので、第１改質原料供給領域Ｘを回転蓄熱体２
１における低温流体通路Ａの回転方向上流側により偏っ
た領域に設定する必要がある。

【００５３】これに対し、改質燃料の流速が早い場合に
は、改質原料が高温流体通路Ｂに移送される前に回転蓄
熱体２１を通過しやすいので、第１改質原料供給領域Ｘ
を回転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの回転方向上
流側から回転方向下流側により広がった領域に設定する
ことができる。同様に、回転蓄熱体２１の回転速度が遅
い場合にも、改質原料が高温流体通路Ｂに移送される前
に回転蓄熱体２１を通過しやすいので、第１改質原料供
給領域Ｘを回転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの回
転方向上流側から回転方向下流側により広がった領域に
設定することができる。

【００５４】熱交換部２０の下流側には改質部３０が設
けられている。本第１実施形態の改質部３０では、部分
酸化改質（発熱反応）と水蒸気改質（吸熱反応）とが併
用される。改質部３０には、改質触媒（酸化ニッケル、
酸化銅、白金、パラジウム等の単体あるいは混合物）が
添着されている。改質部３０では、熱交換部２０による
加熱で気化した改質原料を改質し、Ｈ₂とＣＯを含んだ
改質ガスを生成する。また、改質部３０には、改質触媒
の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）４０が設
けられている。

【００５５】改質部３０の下流側には、改質ガスからＣ
Ｏを除去するＣＯ除去部４２、４４が設けられている。
ＣＯ除去部４２、４４は、ＣＯシフト部４２およびＣＯ
浄化部４４とから構成される。ＣＯシフト部４２にはＣ
Ｏシフト反応（Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ₂＋Ｈ₂＋ＣＯ）のた
めのシフト触媒が設けられ、ＣＯ浄化部４４にはＣＯ浄
化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂）のための浄化触媒が
設けられている。

【００５６】ＣＯシフト部４２の上流側には改質ガス温
度をＣＯシフト反応に必要な温度に冷却するための第１
冷却部４１が設けられ、ＣＯ除去部４４の上流側には改
質ガス温度をＣＯ除去反応に必要な温度の冷却するため
の第２冷却部４３が設けられている。

【００５７】ＣＯ除去部４４の下流側は、水素消費装置
としての燃料電池５０に接続されており、水素を含んだ
改質ガスが供給される。燃料電池５０には、水素ととも
に空気（酸素）が供給され、水素と酸素との電気化学反
応により発電する。燃料電池５０では、発電に用いられ
なかった未反応水素を含んだオフガスが排出される。

【００５８】高温流体通路Ｂにおける熱交換部２０の上
流側には、熱交換部２０を加熱するための燃焼ガス供給
部（オフガス供給部）６０が設けられている。燃焼ガス
供給部６０には、オフエア流量制御弁６１、燃料流量制
御弁（燃焼用燃料供給部）６２、噴霧ノズル６３、点火
プラグ（着火手段）６４、混合・燃焼室６５が設けられ
ている。

【００５９】燃焼ガス供給部６０には、燃料電池５０か
ら排出される未反応の水素を含むオフガスがオフガス供
給路５１を介して供給される。さらに燃焼ガス供給部６
０には、燃料電池５０から排出される未反応の酸素を含
むオフエアが、オフエア供給路５２を介して供給され
る。

【００６０】オフガスおよびオフエアは噴霧ノズル６３
から混合・燃焼室６５に噴霧され、オフガス混合気とな
る。オフガス混合気は、熱交換部２０に供給され、熱交
換部２０に設けられた酸化触媒にて触媒燃焼して燃焼ガ
スを生ずる。この燃焼ガスの燃焼熱で回転蓄熱体２１が
加熱される。回転蓄熱体２１は高温流体通路Ｂで熱を受
け取り、回転して低温流体通路Ａにて改質原料を加熱す
る。

【００６１】水素供給装置の始動時には、オフガスに代
えて、燃料流量制御弁にて流量制御された始動用燃料
（燃焼用燃料）を燃焼室６５に噴霧し、点火プラグ６４
にて着火して、火炎燃焼により燃焼ガスを生じさせるよ
うに構成されている。なお、本第１実施形態では、始動
用燃料として改質燃料と同様の液体石油系燃料を用いて
いる。

【００６２】図６は、本実施形態の水素供給装置の制御
系を示している。図６に示すように、本第１実施形態の
水素供給装置には、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）７
０が設けられている。制御部７０には、燃料流量制御弁
１１の開度信号、駆動用モータ２４の回転数信号、温度
センサ４０にて検出した温度信号が入力され、各流量制
御弁１１、１２、１３、６１、６２、回転蓄熱体駆動用
モータ２４、点火プラグ６４に制御信号を出力するよう
に構成されている。

【００６３】以下、上記構成の水素供給装置の作動につ
いて説明する。まず、水素供給装置の始動時について説
明する。改質部３０において改質反応が開始するために
は、改質部３０に供給される改質原料が蒸発・気化して
おり、かつ改質部３０の改質触媒が改質反応を開始可能
な所定温度まで昇温している必要がある。

【００６４】そこで、まず燃焼ガス供給部６０の燃焼室
６５にて始動用燃料と空気との混合気を生成し、点火プ
ラグ６４にて着火して火炎燃焼させる。この火炎燃焼に
より生成した燃焼ガスは、高温流体通路Ｂを流れて熱交
換部２０を貫流する。これにより、回転蓄熱体２１のう
ち高温流体通路Ｂに位置する部位は燃焼ガスにより加熱
される。

【００６５】回転蓄熱体２１が回転することで、燃焼ガ
スにて加熱された部位が低温流体通路Ａに移動し、低温
流体通路Ａを流れる空気が加熱される。この加熱空気が
低温流体通路Ａを流れることにより、熱交換部２０の下
流側の各構成要素が急速に暖気される。

【００６６】このとき、燃焼ガス供給部６０で発生した
燃焼ガスには不完全燃焼等により有害ガスが含まれる
が、燃焼ガスは回転蓄熱体２１を通過する際に、貫通孔
２１ａの表面に添着された酸化触媒２５により触媒燃焼
（触媒酸化反応）する。従って、始動用燃料と空気との
混合割合を適切に調整して火炎燃焼させ、さらに熱交換
部２０にて燃焼ガス中の有害成分を触媒燃焼させること
によって、燃焼ガスを完全酸化反応（完全燃焼）させる
ことができる。これにより、燃焼ガス中の有害ガスを十
分に清浄化させた上で、外部に排出することができる。

【００６７】燃焼ガスの燃焼熱により、熱交換部２０、
改質部３０、ＣＯ除去部（シフト部、浄化部）４２、４
４といった改質システムの各構成要素が急速に暖気（予
熱）される。そして、温度センサ４０にて検出した改質
部３０の温度が所定改質反応開始温度に到達した場合
に、改質触媒を含めた改質システムの構成要素が改質反
応を開始することができる温度に到達したと判断して、
燃焼ガス供給部６０での始動用燃料の供給を中断して火
炎燃焼を停止する。

【００６８】なお、所定改質反応開始温度は改質燃料の
種類等に応じて任意に設定できるが、本第１実施形態の
ように改質燃料として石油系燃料を用いる場合には３０
０℃〜４００℃と設定することができる。

【００６９】各構成要素の暖気が完了すると、改質原料
供給部１０にて改質原料（水、空気、改質燃料）の供給
が開始される。このとき、改質燃料は第１改質原料供給
領域Ｘに供給され、水と空気は第２改質原料供給領域Ｙ
に供給される。第１改質原料供給領域Ｘは、燃料流量制
御弁１１により間接的に検出した改質燃料の流速と、回
転蓄熱体駆動用モータ２４により間接的に検出した回転
蓄熱体２１の回転速度に基づいて設定される。

【００７０】ところで、上記「発明が解決しようとする
課題」の欄で述べたように、熱交換部２０では、回転蓄
熱体２１とガスシール２２、２３との間からの直接的な
シール漏れＭと、回転蓄熱体２１にトラップされ移送さ
れることに起因する移送漏れＮが発生する。

【００７１】これに対し、本第１実施形態では、上記図
５（ａ）で示したように第１改質原料としての改質燃料
を第１改質原料供給領域Ｘに供給することで、改質燃料
は高温流体通路Ｂに移送される前に回転蓄熱体２１から
流出する。これにより、移送漏れＮにより燃料ガスであ
る改質燃料が高温流体通路Ｂに漏れることを防止でき
る。また、第２改質原料としての水と空気を第２改質原
料供給領域Ｙに供給することで、回転蓄熱体２１にトラ
ップされた改質燃料を、水と空気によって回転蓄熱体２
１から排出し浄化することができる。

【００７２】第１改質原料および第２改質原料は、熱交
換部２０にて加熱・気化された後で混合され、改質燃料
と水と空気を含む改質原料が生成される。気化された改
質原料は、改質部３０にてＨ₂とＣＯを含む改質ガスに
改質される。改質ガスは、ＣＯ除去部４２、４４にてＣ
Ｏが除去され、燃料電池５０に供給される。

【００７３】燃料電池５０では、水素と酸素との化学反
応により発電するとともに、未反応水素を含むオフガス
と未反応の酸素を含むオフエアが排出される。オフガス
はオフガス導入経路５１を介して、オフエアはオフエア
供給路５２を介して高温流体通路Ｂの燃焼ガス供給部６
０に導入され、オフガス混合気となる。オフガス混合気
は、熱交換部２０に供給され、回転蓄熱体２１を通過す
る際に触媒燃焼を開始する。このオフガスの触媒燃焼に
よって発生した熱は回転蓄熱体２１に蓄えられ、回転蓄
熱体２１が回転移動することにより、低温流体通路Ａを
通過する改質原料を加熱・気化する。

【００７４】このように、オフガスの触媒燃焼による熱
により、改質原料を加熱して気化するとともに、加熱さ
れた改質原料を介して下流側の改質部３０をも加熱する
ことができる。これにより、熱交換部２０、改質部３０
の加熱は、始動用燃料の火炎燃焼による加熱からオフガ
ス燃焼による加熱に切り替わり、水素供給装置は自立運
転を開始することができる。

【００７５】次に、燃料電池５０における負荷が変動し
た場合には、燃料電池５０での負荷変動に応じて改質原
料の供給量を調整して、燃料電池５０への水素供給量を
調整する。

【００７６】水素供給装置において水素供給量を増加さ
せた場合には、改質部３０の改質反応に伴う吸熱量増加
により改質部３０の温度が低下するため、改質部３０の
加熱量を増加させる必要がある。ところが、水素供給装
置の水素供給量増加に伴う燃料電池５０のオフガス排出
量増加には、タイムラグがある。このため、水素供給装
置での水素供給量を急速に増加させた場合には、オフガ
ス燃焼による燃焼熱が不足する場合がある。このような
場合には、一時的に燃焼ガス供給部６０にて始動用燃料
を噴霧して点火プラグ６４で着火することで、火炎燃焼
による燃焼熱を利用して熱補給することができる。これ
により、常に適温下で改質反応を促進することができ
る。

【００７７】また、改質原料中の空気の混合割合を増加
させることで、改質部３０における部分酸化反応（発熱
反応）の割合を増加させ、改質部３０での発熱量を増加
させることができる。これによっても、オフガス燃焼の
燃焼熱の不足を補うことができる。さらに、回転蓄熱体
２１の回転を速めることによっても、高温流体通路Ｂか
ら低温流体通路Ａへの伝熱速度を速くすることができ
る。これによっても、オフガス燃焼の燃焼熱の不足を補
うことができる。

【００７８】なお、燃料電池５０における負荷増加の伴
う改質部３０の温度低下は、温度センサ４０にて直接的
に検出することができる。あるいは燃料電池５０が例え
ば車両走行用モータの駆動電源として用いられている場
合には、アクセル開度に基づいて燃料電池５０の負荷変
動を予測し、改質部３０の温度変化を予測するように構
成してもよい。

【００７９】水素供給装置から燃料電池５０への水素の
供給を停止する場合には、改質燃料と水の供給を停止
し、次に空気の供給を停止する。この間、低温流体通路
Ａ内に残存する可燃混合気は、高温流体通路Ｂにおいて
熱交換部２０内またはその表面部での触媒燃焼により燃
焼完結するので、エミッションの排出を抑制することが
できる。

【００８０】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について図７に基づいて説明する。本第２実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、改質燃料以外の改質
原料である水と空気の供給位置が異なるものである。

【００８１】図７は（ａ）は熱交換部２０を低温流体通
路Ａの上流側からみた状態を示し、図７（ｂ）は熱交換
部２０の断面構成を示している。回転蓄熱体２１は矢印
Ｌ方向に回転するものとする。

【００８２】図７（ａ）に示すように、本第２実施形態
の第１改質原料供給領域Ｘは、上記第１実施形態と同様
に回転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの回転始動側
（回転方向の上流側）に偏った領域に設定されている。
また、本第２実施形態の第２改質原料供給領域Ｙは、回
転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの第１改質原料供
給領域Ｘ以外の領域に設定されている。具体的には、第
１改質原料供領域Ｘは回転蓄熱体２１における低温流体
通路Ａの回転方向上流側に位置し、第２改質原料供領域
Ｘは回転方向下流側に位置している。

【００８３】以上の構成によっても、上記第１実施形態
と同様の効果を得ることができる。また、本第２実施形
態のように、水と空気（第２改質原料）を回転蓄熱体２
１における低温流体通路Ａの第１改質原料供給領域Ｘを
除いた領域Ｙに集中的に供給することにより、回転蓄熱
体２１にトラップされた改質燃料（第１改質原料）を、
水と空気（第２改質原料）によって回転蓄熱体２１から
より効果的に排出し浄化することができる。

【００８４】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態について図８に基づいて説明する。本第３実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、改質燃料の供給位置
が異なるものである。

【００８５】図８は（ａ）は熱交換部２０を低温流体通
路Ａの上流側からみた状態を示し、図８（ｂ）は熱交換
部２０の断面構成を示している。回転蓄熱体２１は矢印
Ｌ方向に回転するものとする。

【００８６】図８（ａ）に示すように、本第３実施形態
の第１改質原料供給領域Ｘは、回転蓄熱体２１の低温流
体通路Ａの中心部に偏っており、回転蓄熱体２１におけ
る低温流体通路Ａの外周部から所定間隔を設けて設定さ
れている。第１改質原料供給領域Ｘは、回転蓄熱体２１
における低温流体通路Ａの外周部を構成する回転蓄熱体
２１の外周部およびクロスアーム部２２ｂの双方から所
定間隔を設けて設定されている。また、本第３実施形態
の第２改質原料供給領域Ｙは、回転蓄熱体２１における
低温流体通路Ａの全体領域に設定されている。

【００８７】以上の構成によっても、上記第１実施形態
と同様の効果を得ることができる。また、本第３実施形
態のように、第１改質原料供給領域Ｘを回転蓄熱体２１
における低温流体通路Ａの外周部から所定間隔を設けて
設定することで、改質燃料（第１改質原料）は、ガスシ
ール２２、２３から離れた位置で回転蓄熱体２１を通過
する。このため、回転蓄熱体２１とガスシール２２、２
３との間からのシール漏れＭが発生したとしても、第１
改質原料がシール漏れＭにより低温流体通路Ａから高温
流体通路Ｂに漏れることを防止できる。

【００８８】さらに、回転蓄熱体２１における低温流体
通路Ａの全体に設定された第２改質原料供給領域Ｙに水
と空気（第２改質原料）を供給することで、回転蓄熱体
２１にトラップされた改質燃料（第１改質原料）を、水
と空気（第２改質原料）によって回転蓄熱体２１からよ
り効果的に排出し浄化することができる。

【００８９】（第４実施形態）次に、本発明の第４実施
形態について図９に基づいて説明する。本第４実施形態
は、上記第３実施形態に比較して、改質燃料の供給位置
が異なるものである。

【００９０】図９は（ａ）は熱交換部２０を低温流体通
路Ａの上流側からみた状態を示し、図９（ｂ）は熱交換
部２０の断面構成を示している。回転蓄熱体２１は矢印
Ｌ方向に回転するものとする。

【００９１】図９（ａ）に示すように、本第４実施形態
の第１改質原料供給領域Ｘは、上記第３実施形態と同様
に、回転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの外周部か
ら所定間隔を設けて設定されている。また、本第４実施
形態の第２改質原料供給領域Ｙは、回転蓄熱体２１にお
ける低温流体通路Ａの第１改質原料供給領域Ｘ以外の領
域に設定されている。具体的には、第２改質原料供給領
域Ｙは、第１改質原料供給領域Ｘを囲むように設定され
ている。

【００９２】以上の構成によっても、上記第３実施形態
と同様の効果を得ることができる。また、本第４実施形
態のように、水と空気（第２改質原料）を回転蓄熱体２
１における低温流体通路Ａの第１改質原料供給領域Ｘを
除いた領域Ｙに集中的に供給することにより、回転蓄熱
体２１にトラップされた改質燃料（第１改質原料）を、
水と空気（第２改質原料）によって回転蓄熱体２１から
より効果的に排出し浄化することができる。

【００９３】（第５実施形態）次に、本発明の第５実施
形態について図１０に基づいて説明する。本第４実施形
態は、上記第１実施形態に比較して、回転蓄熱体２１の
作動および改質燃料の供給するタイミングが異なるもの
であり、また第１実施形態のごとき領域Ｘ、Ｙを有さな
い。

【００９４】図１０は、本第５実施形態の水素供給装置
における改質原料の供給タイミングと回転蓄熱体２１の
回転タイミングとの関係を示すタイミングチャートであ
る。図１０に示すように、本第５実施形態の回転蓄熱体
２１は、回転（ＯＮ）と停止（ＯＦＦ）を繰り返し、回
転時に半周回転する。改質原料の供給は、回転蓄熱体２
１の停止時に行われる。本第５実施形態では、第１改質
原料としての改質燃料と第２改質原料としての水と空気
の供給は同時に行われる。

【００９５】まず、回転蓄熱体２１が停止すると改質燃
料と水・空気の供給を開始する（ｔ１）。改質燃料と水
・空気を所定時間供給した後、改質燃料と水・空気の供
給を停止する（ｔ２）。

【００９６】次に、改質燃料と水・空気の供給停止から
所定時間経過後、回転蓄熱体２１を半周回転させる（ｔ
３、ｔ４）。この改質原料供給停止から回転蓄熱体２１
を半周回転させるまでの所定時間は、供給された改質燃
料が回転蓄熱体２１を通過し終えるのに充分な時間であ
ればよい。

【００９７】回転蓄熱体２１に供給された改質燃料が回
転蓄熱体２１を通過し終えるまでに要する時間は、改質
燃料の流速により定まる。そこで、回転蓄熱体２１の停
止時間（ｔ１からｔ３）は、燃料制御弁１１により間接
的に検出した改質燃料の流速に基づいて設定する。

【００９８】具体的には、改質燃料の流速が遅い場合に
は、改質燃料が回転蓄熱体２１を通過する速度が遅くな
るので、回転蓄熱体２１の停止時間を長く設定する必要
がある。逆に、改質燃料の流速が速い場合には、改質燃
料が回転蓄熱体２１を通過する速度が速くなるので、回
転蓄熱体２１の停止時間を短く設定することができる。

【００９９】以上、本第５実施形態によれば、改質燃料
（第１改質原料）が回転蓄熱体２１を通過し終えた後に
回転蓄熱体２１の回転が始動するので、回転蓄熱体２１
の回転に伴う移送漏れＮの発生を防止できる。

【０１００】（第６実施形態）次に、本発明の第６実施
形態について図１１に基づいて説明する。本第４実施形
態は、上記第５実施形態に比較して、第２改質原料とし
ての水と空気を供給するタイミングが異なるものであ
る。

【０１０１】図１１は、本第６実施形態の水素供給装置
における改質原料の供給タイミングと回転蓄熱体２１の
回転タイミングとの関係を示すタイミングチャートであ
る。図１１に示すように、本第６実施形態では、第１改
質原料としての改質燃料と第２改質原料としての水と空
気の供給は時間をずらして行われる。

【０１０２】まず、回転蓄熱体２１が停止すると改質燃
料の供給を開始する（ｔ１）。第１改質原料を所定量供
給後、改質燃料の供給を停止し、水と空気の供給を開始
する（ｔ２）。そして、水と空気を所定量供給後、水と
空気の供給を停止し、回転蓄熱体２１を半周回転させる
（ｔ３、ｔ４）。

【０１０３】以上の本第６実施形態によっても、上記第
５実施形態と同様に回転蓄熱体２１の回転に伴う移送漏
れＮの発生を防止できる。また、本第６実施形態では、
第１改質原料の供給停止後に第２改質原料を供給するの
で、回転蓄熱体２１にトラップされた改質燃料（第１改
質原料）を、水と空気（第２改質原料）によって回転蓄
熱体２１から効果的に排出し浄化することができる。

【０１０４】（他の実施形態）なお、上記第５、第６実
施形態の構成においても、上記第３、第４実施形態のよ
うに、第１改質原料を供給する第１改質原料供給領域Ｘ
を、回転蓄熱体２１における低温流体通路Ａの外周部か
ら所定間隔を設けて設定することができる。これによ
り、回転蓄熱体２１とガスシール２２、２３との間から
のシール漏れＭが発生したとしても、第１改質原料がシ
ール漏れＭにより低温流体通路Ａから高温流体通路Ｂに
漏れることを防止できる。

【０１０５】また、上記第６実施形態では、第２改質原
料を回転蓄熱体２１の停止中における第１改質原料供給
停止後に供給するように構成したが、第２改質原料は少
なくとも第１改質原料供給停止後から回転蓄熱体２１の
回転開始まで供給されていればよく、例えば第１改質原
料供給中あるいは回転蓄熱体２１の回転中に供給されて
いてもよい。

【０１０６】また、上記各実施形態では、改質燃料とし
てガソリン、軽油等の液状石油系燃料を用いたが、これ
に限らず、改質燃料としてメタノール、天然ガス等の各
種炭化水素化合物を用いることができ、さらに例えばア
ンモニアのような炭素を含まない水素化合物を用いるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の水素供給装置の全体構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１の水素供給装置の概念図である。

【図３】図１の水素供給装置の熱交換部の分解斜視図で
ある。

【図４】図３の熱交換部の拡大断面図である。

【図５】第１実施形態の改質原料の供給領域を説明する
ための図であり、（ａ）は熱交換部を低温流体通路上流
側からみた平面図であり、（ｂ）は熱交換部の断面図で
ある。

【図６】図１の水素供給装置の制御系の入出力を説明す
る図である。

【図７】第２実施形態の改質原料の供給領域を説明する
ための図であり、（ａ）は熱交換部を低温流体通路上流
側からみた平面図であり、（ｂ）は熱交換部の断面図で
ある。

【図８】第３実施形態の改質原料の供給領域を説明する
ための図であり、（ａ）は熱交換部を低温流体通路上流
側からみた平面図であり、（ｂ）は熱交換部の断面図で
ある。

【図９】第４実施形態の改質原料の供給領域を説明する
ための図であり、（ａ）は熱交換部を低温流体通路上流
側からみた平面図であり、（ｂ）は熱交換部の断面図で
ある。

【図１０】第５実施形態の改質原料の供給タイミングを
示すタイミングチャートである。

【図１１】第６実施形態の改質原料の供給タイミングを
示すタイミングチャートである。

【図１２】従来技術における、ガスシールによる回転蓄
熱体のシール状態を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１０…改質原料供給部、２０…熱交換部（蒸発部）、２
１…回転蓄熱体、２２、２３…ガスシール、３０…改質
部、５０…燃料電池（水素消費装置）、６０…燃焼ガス
供給部、Ｘ…第１改質原料供給領域、Ｙ…第２改質原料
供給領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上原 昌徳 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 鈴木 昌彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4G140 EA02 EA03 EA06 EA07 EB03 EB04 EB32 EB35 EB43 EB44 5H027 AA02 BA01 BA09 BA16 KK21 MM12

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも水素化合物を含む第１改質原
   料と少なくとも水を含む第２改質原料とからなる改質原
   料を用いた改質反応により水素を生成し、この水素を水
   素消費装置（５０）に供給する水素供給装置であって、 前記改質原料が通過する低温流体通路（Ａ）と、燃焼ガ
   スを発生させる燃焼ガス供給部（６０）が設けられた高
   温流体通路（Ｂ）と、回転軸（２６）を中心に回転駆動
   されることにより前記低温流体通路（Ａ）と前記高温流
   体通路（Ｂ）とを交互に移動する回転蓄熱体（２１）を
   有するとともに、前記燃焼ガスの燃焼熱を前記改質原料
   に伝える熱交換部（２０）とを備え、 前記回転蓄熱体（２１）は、軸方向に多数の貫通孔（２
   １ａ）が形成されるとともに、その貫通孔（２１ａ）の
   開放側の端面が２つの領域に区画されており、第１の領
   域は前記低温流体通路（Ａ）に位置し、第２の領域は前
   記高温流体通路（Ｂ）に位置しており、前記第１の領域
   に形成されている前記貫通孔（２１ａ）には前記改質原
   料が通過し、前記第２の領域に形成されている前記貫通
   孔（２１ａ）には前記燃焼ガスが通過するように構成さ
   れ、 前記回転蓄熱体（２１）の前記改質原料が供給される端
   面における前記第１の領域には、前記第１改質原料が供
   給される第１改質原料供給領域（Ｘ）と、前記第２改質
   原料が供給される第２改質原料供給領域（Ｙ）とが設定
   されており、前記第１改質原料供給領域（Ｘ）は、前記
   第１の領域における回転蓄熱体回転方向（Ｌ）上流側に
   設定されていることを特徴とする水素供給装置。
2. 【請求項２】 前記第１改質原料供給領域（Ｘ）に供給
   された前記第１改質原料が前記回転蓄熱体（２１）を通
   過するのに要する通過時間が、前記第１改質原料供給領
   域（Ｘ）に供給された前記第１改質原料が前記回転蓄熱
   体（２１）の回転により前記高温流体通路（Ｂ）に移送
   されるのに要する移送時間より短くなるように、前記第
   １改質原料供給領域（Ｘ）が設定されることを特徴とす
   る請求項１に記載の水素供給装置。
3. 【請求項３】 前記第１改質原料供給領域（Ｘ）は、前
   記第１の領域における外周部から所定間隔を設けて設定
   されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の水素供給装置。
4. 【請求項４】 前記第２改質原料は、前記第１の領域に
   おける前記第１改質原料供給領域（Ｘ）を除いた領域に
   設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   か１つに記載の水素供給装置。
5. 【請求項５】 前記第１改質原料が前記回転蓄熱体（２
   １）を通過する速度を検出する改質原料通過速度検出手
   段（１１）を備え、 前記第１改質原料供給領域（Ｘ）は、改質原料通過速度
   検出手段（１１）により検出した前記第１改質原料が前
   記回転蓄熱体（２１）を通過する速度に基づいて設定さ
   れることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ
   に記載の水素供給装置。
6. 【請求項６】 前記回転蓄熱体（２１）の回転速度を検
   出する回転速度検出手段（２４）を備え、 前記第１改質原料供給領域（Ｘ）は、回転速度検出手段
   （２４）により検出した前記回転蓄熱体（２１）の回転
   速度に基づいて設定されることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれか１つに記載の水素供給装置。
7. 【請求項７】 少なくとも水素化合物を含む第１改質原
   料と少なくとも水を含む第２改質原料とからなる改質原
   料を用いた改質反応により水素を生成し、この水素を水
   素消費装置（５０）に供給する水素供給装置であって、 前記改質原料が通過する低温流体通路（Ａ）と、燃焼ガ
   スを発生させる燃焼ガス供給部（６０）が設けられた高
   温流体通路（Ｂ）と、回転軸（２６）を中心に回転駆動
   されることにより前記低温流体通路（Ａ）と前記高温流
   体通路（Ｂ）とを交互に移動する回転蓄熱体（２１）を
   有するとともに、前記燃焼ガスの燃焼熱を前記改質原料
   に伝える熱交換部（２０）とを備え、 前記回転蓄熱体（２１）の回転が停止している場合に、
   前記低温流体通路（Ａ）における前記回転蓄熱体（２
   １）の上流側に前記第１改質原料を所定時間供給し、前
   記第１改質原料が前記回転蓄熱体（２１）を通過した後
   に、前記回転蓄熱体（２１）を半周だけ回転させること
   を繰り返すことを特徴とする水素供給装置。
8. 【請求項８】 前記第１改質原料の供給停止後、前記回
   転蓄熱体（２１）を半周回転させる前に、前記低温流体
   通路（Ａ）における前記回転蓄熱体（２１）の上流側に
   前記第２改質原料を供給すること特徴とする請求項７に
   記載の水素供給装置。
9. 【請求項９】 前記第１改質原料が前記回転蓄熱体（２
   １）を通過する速度を検出する改質原料通過速度検出手
   段（１１）を備え、 前記回転蓄熱体（２１）の停止時間は、改質原料通過速
   度検出手段（１１）により検出した前記第１改質原料が
   前記回転蓄熱体（２１）を通過する速度に基づいて設定
   されることを特徴とする請求項７または請求項８に記載
   の水素供給装置。
10. 【請求項１０】 前記回転蓄熱体（２１）は、軸方向に
    多数の貫通孔（２１ａ）が形成されるともに、その貫通
    孔（２１ａ）の開放側の端面が２つの領域に区画されて
    おり、第１の領域は前記低温流体通路（Ａ）に位置し、
    第２の領域は前記高温流体通路（Ｂ）に位置しており、
    前記第１の領域に形成されている前記貫通孔（２１ａ）
    には前記改質原料が通過し、前記第２の領域に形成され
    ている前記貫通孔（２１ａ）には前記燃焼ガスが通過す
    るように構成され、 前記回転蓄熱体（２１）の前記改質原料が供給される端
    面における前記第１の領域には、前記第１改質原料が供
    給される第１改質原料供給領域（Ｘ）と、前記第２改質
    原料が供給される第２改質原料供給領域（Ｙ）とが設定
    されており、前記第１改質原料供給領域（Ｘ）は、前記
    第１の領域における外周部から所定間隔を設けて設定さ
    れることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つ
    に記載の水素供給装置。