JP2021131169A - 燃焼器、改質装置及び改質システム - Google Patents

Abstract

【課題】加熱対象を適切な温度で加熱することができる燃焼器、改質装置及び改質システムを提供する。【解決手段】燃焼器６は、管状の筐体９と、筐体９に設けられ、燃焼ガスを生成するためのアンモニアガス及び空気を含む起動用ガスを筐体９の内部に導入する起動用ガス導入部１０と、筐体９に取り付けられ、起動用ガス導入部１０より筐体９の内部に導入されたアンモニアガスを着火させる点火部１３と、筐体９における起動用ガス導入部１０とＡＴＲ改質触媒８との間に設けられ、燃焼ガスを冷却するためのアンモニアガス及び空気を筐体９の内部に導入するアンモニアガス導入部１１及び空気導入部１２と、筐体９の内部における空気導入部１２とＡＴＲ改質触媒８との間に配置され、燃焼ガスとアンモニアガス及び空気とを混合させる混合部材１４とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼器、改質装置及び改質システムに関する。

従来の改質装置としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の改質装置は、燃料、空気及び水蒸気を供給して改質反応により水素を生成する装置である。改質装置には、上流側から下流側に向かって、通電により発熱すると共に触媒燃焼によって発熱を促進するハニカム型の触媒ヒータと、主に部分酸化反応を促進するハニカム触媒と、主に自己熱改質（ＡＴＲ）反応を促進するハニカム触媒とが配設されている。

また、特許文献２には、管状火炎バーナが記載されている。特許文献２に記載の管状火炎バーナは、先端が開放された管状の燃焼室と、この燃焼室内に燃料ガス及び空気をそれぞれ吹き込む燃料含有ガス用ノズル及び酸素含有ガス用ノズルと、燃焼室の後端から燃焼室内に挿入された棒状体と、この棒状体を加熱する電気ヒータとを備えている。燃料含有ガス用ノズル及び酸素含有ガス用ノズルの噴射方向は、燃焼室の内周面の接線方向と一致している。これにより、燃焼室内に高速旋回流で管状火炎が形成される。

特開２００２−１５４８０５号公報 特開２００８−１０７０３１号公報

上記の特許文献１においては、触媒ヒータによりハニカム触媒を活性温度まで昇温させているが、燃料の着火までに時間がかかり、改質装置の起動が遅くなる。そこで、上記の特許文献２に記載の管状火炎バーナを使って、ハニカム触媒を加熱することも考えられる。しかし、この場合には、管状火炎の温度が高すぎるため、加熱対象であるハニカム触媒が劣化してしまう。

本発明の目的は、加熱対象を適切な温度で加熱することができる燃焼器、改質装置及び改質システムを提供することである。

本発明の一態様は、加熱対象を加熱するための燃焼ガスを発生させる燃焼器において、管状の筐体と、筐体に設けられ、燃焼ガスを生成するための燃料ガス及び酸化性ガスを含む第１ガスを筐体の内部に導入する第１ガス導入部と、筐体に取り付けられ、第１ガス導入部より筐体の内部に導入された燃料ガスを着火させる点火部と、筐体における第１ガス導入部と加熱対象との間に設けられ、燃焼ガスを冷却するための第２ガスを筐体の内部に導入する第２ガス導入部と、筐体の内部における第２ガス導入部と加熱対象との間に配置され、燃焼ガスと第２ガスとを混合させる混合部材とを備える。

このような燃焼器においては、燃料ガス及び酸化性ガスを含む第１ガスが第１ガス導入部より筐体の内部に導入されると共に、点火部が点火することで、燃料ガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。そして、第２ガスが第２ガス導入部より筐体の内部に導入されると、燃焼ガスと第２ガスとが熱交換され、高温の燃焼ガスが第２ガスにより冷却される。このとき、混合部材によって燃焼ガス及び第２ガスが混合されるため、燃焼ガスと第２ガスとの熱交換が促進される。また、混合部材は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。従って、高温の燃焼ガスが効果的に冷却される。これにより、燃焼ガスによって加熱対象が適切な温度で加熱される。

筐体は、円管状を呈し、第１ガス導入部は、第１ガスを筐体の内部に筐体の接線方向に導入してもよい。このような構成では、燃料ガス及び酸化性ガスを含む第１ガスは、第１ガス導入部より筐体の内部に筐体の接線方向に導入される。従って、第１ガスが管状流となり、その状態で燃料ガスが着火して管状火炎が形成される。このため、高温の燃焼ガスが筐体の内部を加熱対象に向かって旋回して流れる。そして、第２ガスが筐体の内部に導入されると、旋回流の燃焼ガスが冷却される。このとき、燃焼ガス及び第２ガスが混合部材により混合されるため、燃焼ガスの旋回流にかかわらず、燃焼ガスの温度分布及び流量分布の均一性が確保される。従って、加熱対象が局所的に加熱されることが防止される。

第２ガス導入部は、第２ガスを筐体の内部に筐体の接線方向に導入してもよい。このような構成では、第２ガス導入部より筐体の内部に導入された第２ガスは、管状流となるため、加熱対象に向かって旋回して流れる。このため、第２ガスは、旋回流の燃焼ガスに対して同様の流れで混合することになる。従って、燃焼ガスと第２ガスとの混合経路が長くなるため、燃焼ガスの温度分布及び流量分布の更なる均一性が確保される。

本発明の他の態様は、酸化性ガスにより燃料ガスを燃焼させて燃料ガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質装置において、管状の筐体と、筐体の内部に配置され、燃料ガスを燃焼させることで生成される燃焼ガスにより加熱される触媒と、筐体に設けられ、燃料ガス及び酸化性ガスを含む起動用ガスを筐体の内部に導入する起動用ガス導入部と、筐体に取り付けられ、起動用ガス導入部より筐体の内部に導入された燃料ガスを着火させる点火部と、筐体における起動用ガス導入部と触媒との間に設けられ、燃料ガスを筐体の内部に導入する燃料ガス導入部と、筐体における起動用ガス導入部と触媒との間に設けられ、酸化性ガスを筐体の内部に導入する酸化性ガス導入部と、筐体の内部における燃料ガス導入部及び酸化性ガス導入部の少なくとも一方と触媒との間に配置され、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとを混合させる混合部材とを備える。

このような改質装置の起動時には、燃料ガス及び酸化性ガスを含む起動用ガスが起動用ガス導入部より筐体の内部に導入されると共に、点火部が点火することで、燃料ガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。また、燃料ガスが燃料ガス導入部より筐体の内部に導入されると共に、酸化性ガスが酸化性ガス導入部より筐体の内部に導入されることで、燃焼ガス、燃料ガス及び酸化性ガスが触媒に供給される。すると、燃焼ガスによって触媒が加熱されて昇温するため、触媒により燃料ガスの燃焼及び改質が行われ、水素を含有した改質ガスが生成される。ここで、改質に寄与する燃料ガス及び酸化性ガスが筐体の内部に導入されると、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとが熱交換され、高温の燃焼ガスが燃料ガス及び酸化性ガスにより冷却される。このとき、混合部材によって燃焼ガス、燃料ガス及び酸化性ガスが混合されるため、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとの熱交換が促進される。また、混合部材は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。従って、高温の燃焼ガスが効果的に冷却される。これにより、燃焼ガスによって加熱対象である触媒が適切な温度で加熱される。

酸化性ガス導入部は、筐体における燃料ガス導入部と触媒との間に設けられていてもよい。このような構成では、燃料ガス導入部より筐体の内部に導入された燃料ガスは、燃焼ガスからの熱を受けることで、燃焼ガスの温度を下げる。そして、酸化性ガス導入部より筐体の内部に導入された酸化性ガスは、燃料ガスを含んだ燃焼ガスからの熱を受けることで、燃料ガスを含んだ燃焼ガスの温度を下げる。従って、高温の燃焼ガスがより効果的に冷却される。

混合部材は、筐体の内部における燃料ガス導入部と酸化性ガス導入部との間に配置された第１混合部材と、筐体の内部における酸化性ガス導入部と触媒との間に配置された第２混合部材とを有してもよい。このような構成では、第１混合部材によって燃焼ガス及び燃料ガスが混合される。このため、燃焼ガスと燃料ガスとの熱交換が促進される。また、第１混合部材は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。さらに、第２混合部材によって燃料ガスを含んだ燃焼ガス及び酸化性ガスが混合される。このため、燃料ガスを含んだ燃焼ガスと酸化性ガスとの熱交換が促進される。従って、高温の燃焼ガスが一層効果的に冷却される。

筐体は、円管状を呈し、起動用ガス導入部は、起動用ガスを筐体の内部に筐体の接線方向に導入してもよい。このような構成では、燃料ガス及び酸化性ガスを含む起動用ガスは、起動用ガス導入部より筐体の内部に筐体の接線方向に導入される。従って、起動用ガスが管状流となり、その状態で燃料ガスが着火して管状火炎が形成される。このため、高温の燃焼ガスが筐体の内部を触媒に向かって旋回して流れる。そして、改質に寄与する燃料ガス及び酸化性ガスが筐体の内部に導入されると、旋回流の燃焼ガスが冷却される。このとき、燃焼ガス、燃料ガス及び酸化性ガスが混合部材により混合されるため、燃焼ガスの旋回流にかかわらず、燃焼ガスの温度分布及び流量分布の均一性が確保される。従って、加熱対象が局所的に加熱されることが防止される。

燃料ガス導入部は、燃料ガスを筐体の内部に筐体の接線方向に導入し、酸化性ガス導入部は、酸化性ガスを筐体の内部に筐体の接線方向に導入してもよい。このような構成では、燃料ガス導入部より筐体の内部に導入された燃料ガス及び酸化性ガス導入部より筐体の内部に導入された酸化性ガスは、管状流となるため、触媒に向かって旋回して流れる。このため、改質に寄与する燃料ガス及び酸化性ガスは、旋回流の燃焼ガスに対して同様の流れで混合することになる。従って、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとの混合経路が長くなるため、燃焼ガスの温度分布及び流量分布の均一性が十分に確保される。

混合部材の一部が多孔質体であってもよい。このような構成では、混合部材を通過した燃焼ガスは、触媒にスポット的に供給されることになる。従って、触媒がスポット的に加熱される。

本発明の更に他の態様に係る改質システムは、酸化性ガスにより燃料ガスを燃焼させて燃料ガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質装置と、改質装置に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、改質装置に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、改質装置、燃料ガス供給部及び酸化性ガス供給部を制御する制御ユニットとを具備し、改質装置は、管状の筐体と、筐体の内部に配置され、燃料ガスを燃焼させることで生成される燃焼ガスにより加熱される触媒と、筐体に設けられ、燃料ガス及び酸化性ガスを含む起動用ガスを筐体の内部に導入する起動用ガス導入部と、筐体に取り付けられ、起動用ガス導入部より筐体の内部に導入された燃料ガスを着火させる点火部と、筐体における起動用ガス導入部と触媒との間に設けられ、燃料ガスを筐体の内部に導入する燃料ガス導入部と、筐体における起動用ガス導入部と触媒との間に設けられ、酸化性ガスを筐体の内部に導入する酸化性ガス導入部と、筐体の内部における燃料ガス導入部及び酸化性ガス導入部の少なくとも一方と触媒との間に配置され、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとを混合させる混合部材とを備える。

このような改質システムにおいて、改質装置の起動時には、燃料ガス及び酸化性ガスを含む起動用ガスが起動用ガス導入部より筐体の内部に導入されると共に、点火部が点火することで、燃料ガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。また、燃料ガスが燃料ガス導入部より筐体の内部に導入されると共に、酸化性ガスが酸化性ガス導入部より筐体の内部に導入されることで、燃焼ガス、燃料ガス及び酸化性ガスが触媒に供給される。すると、燃焼ガスによって触媒が加熱されて昇温するため、触媒により燃料ガスの燃焼及び改質が行われ、水素を含有した改質ガスが生成される。ここで、改質に寄与する燃料ガス及び酸化性ガスが筐体の内部に導入されると、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとが熱交換され、高温の燃焼ガスが燃料ガス及び酸化性ガスにより冷却される。このとき、混合部材によって燃焼ガス、燃料ガス及び酸化性ガスが混合されるため、燃焼ガスと燃料ガス及び酸化性ガスとの熱交換が促進される。また、混合部材は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。従って、高温の燃焼ガスが効果的に冷却される。これにより、燃焼ガスによって加熱対象である触媒が適切な温度で加熱される。

燃料ガス供給部は、起動用ガス導入部に供給される燃料ガスの流量を制御する第１燃料ガスバルブと、燃料ガス導入部に供給される燃料ガスの流量を制御する第２燃料ガスバルブとを有し、酸化性ガス供給部は、起動用ガス導入部に供給される酸化性ガスの流量を制御する第１酸化性ガスバルブと、酸化性ガス導入部に供給される酸化性ガスの流量を制御する第２酸化性ガスバルブとを有し、制御ユニットは、改質装置の起動時に、第１燃料ガスバルブ、第１酸化性ガスバルブ、第２燃料ガスバルブ及び第２酸化性ガスバルブを開くように制御すると共に、点火部を点火させるように制御する第１制御部と、第１制御部により第１燃料ガスバルブ及び第１酸化性ガスバルブを開くように制御した後、第１燃料ガスバルブ及び第１酸化性ガスバルブを閉じるように制御する第２制御部とを有してもよい。このような構成では、改質装置の起動が開始された後、筐体の内部への起動用ガスの導入が停止する。従って、起動用ガスとしての燃料ガスが無駄に燃焼することが防止される。

改質システムは、触媒の温度を検出する温度検出部を更に備え、第２制御部は、温度検出部により検出された触媒の温度が予め決められた規定温度以上になると、第１燃料ガスバルブ及び第１酸化性ガスバルブを閉じるように制御してもよい。このような構成では、触媒の温度が規定温度以上になると、第１燃料ガスバルブ及び第１酸化性ガスバルブが閉じる。このため、燃料ガスの燃焼及び改質が行われる適切な時期に、筐体の内部への起動用ガスの導入が停止する。従って、起動用ガスとしての燃料ガスが無駄に燃焼することが一層防止される。

第１制御部は、改質装置の起動時に、まず第１燃料ガスバルブ及び第１酸化性ガスバルブを開くように制御し、その後第１燃料ガスバルブ及び第１酸化性ガスバルブの開度を小さくするように制御してもよい。このような構成では、改質装置の起動開始直後は、筐体の内部に導入される起動用ガスとしての燃料ガス及び酸化性ガスの流量を多くすることにより、混合部材によって筐体の内部の熱容量が増えても、改質装置の起動時間が短縮される。

本発明によれば、加熱対象を適切な温度で加熱することができる。

本発明の一実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る改質装置を示す構成図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIVa−IVa線断面図及びIVb−IVb線断面図である。 図１に示された制御ユニットにより実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。 図１に示された改質システムの動作を示すタイミング図である。 本発明の第２実施形態に係る改質装置を示す構成図である。 図７に示された混合部材の正面図である。 本発明の第３実施形態に係る改質装置を示す構成図である。 図１に示された制御ユニットにより実行される制御処理の手順の変形例を示すフローチャートである。 図１０に示された制御処理を実行する制御ユニットを備えた改質システムの動作を示すタイミング図である。 本発明の一実施形態に係る燃焼器を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図１において、本実施形態の改質システム１は、アンモニアガス供給源２と、空気供給源３と、改質装置４とを具備している。

アンモニアガス供給源２は、燃料ガスであるアンモニアガス（ＮＨ_３ガス）を発生させる。アンモニアガス供給源２は、特に図示はしないが、アンモニアを液体状態で貯蔵するアンモニアタンクと、液体のアンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する気化器とを有している。

空気供給源３は、酸化性ガスである空気を発生させる。空気供給源３としては、例えば送風機等が用いられる。

改質装置４は、空気によりアンモニアガスを燃焼させてアンモニアガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する。なお、アンモニアガス及び空気は、改質を行うためのガスであると共に、燃焼ガス（後述）を生成するためのガスである。

図２は、本発明の第１実施形態に係る改質装置を示す構成図である。図２において、本実施形態の改質装置４は、改質器５と、この改質器５と連結された燃焼器６とを備えている。

改質器５は、管状の筐体７と、この筐体７の内部に配置されたＡＴＲ改質触媒８（自己熱式改質触媒）とを備えている。筐体７は、円管状を呈している。筐体７は、アンモニアガスに対して耐腐食性を有するステンレス鋼等の材料で形成されている。

ＡＴＲ改質触媒８は、アンモニアガスを燃焼させると共に、アンモニアガスの燃焼熱によりアンモニアガスを水素に分解することで、アンモニアガスを改質する触媒である。ＡＴＲ改質触媒８は、例えばハニカム構造を呈し、筐体７に固定されている。

ＡＴＲ改質触媒８は、例えば２００℃〜４００℃程度の温度領域においてアンモニアガスを燃焼させると共に、アンモニアガスの燃焼温度よりも高い温度領域（例えば２５０℃〜５００℃程度）においてアンモニアガスを改質する。ＡＴＲ改質触媒８としては、例えばコバルト系触媒、ロジウム系触媒、ルテニウム系触媒またはパラジウム系触媒等が使用される。

燃焼器６は、加熱対象であるＡＴＲ改質触媒８を加熱するための燃焼ガスを発生させる管状火炎バーナである。燃焼器６は、管状の筐体９と、この筐体９に設けられた起動用ガス導入部１０、アンモニアガス導入部１１（燃料ガス導入部）及び空気導入部１２（酸化性ガス導入部）と、筐体９に取り付けられた点火部１３と、筐体９の内部に配置された混合部材１４とを備えている。

筐体９は、円管状を呈している。筐体９の径は、改質器５の筐体７の径よりも小さい。筐体９は、テーパ状の連結管１５を介して筐体７と連結されている。筐体９は、筐体７と同じ材料で形成されている。

起動用ガス導入部１０は、図３にも示されるように、筐体９の先端側に４つ設けられている。筐体９の先端は、筐体９における改質器５とは反対側の端である。筐体９の先端の開口は、フタ１６で塞がれている。起動用ガス導入部１０は、アンモニアガス及び空気を含む起動用ガスを筐体９の内部に導入する。なお、起動用ガスは、アンモニアガス及び空気以外のガスが僅かに含まれていてもよい。

各起動用ガス導入部１０は、筐体９の接線方向に延びるように等間隔で配置されている。従って、起動用ガスは、筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入されることとなる。このとき、起動用ガスは、アンモニアガス及び空気が混合した状態で筐体９の内部に導入される。ここでは、起動用ガス導入部１０より筐体９の内部に導入されるアンモニアガス及び空気を、それぞれ起動用アンモニアガス及び起動用空気とする。

起動用ガス導入部１０は、上記の燃焼ガスを生成するための起動用アンモニアガス及び起動用空気を含む起動用ガスである第１ガスを筐体９の内部に導入する第１ガス導入部を構成している。

アンモニアガス導入部１１は、図４（ａ）にも示されるように、筐体９における起動用ガス導入部１０よりも下流側（改質器５側）に２つ設けられている。つまり、アンモニアガス導入部１１は、筐体９における起動用ガス導入部１０とＡＴＲ改質触媒８との間に設けられている。アンモニアガス導入部１１は、アンモニアガスを筐体９の内部に導入する。

各アンモニアガス導入部１１は、筐体９の接線方向に延びるように等間隔で配置されている。従って、アンモニアガスは、筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入されることとなる。ここでは、アンモニアガス導入部１１より筐体９の内部に導入されるアンモニアガスを、改質用の主アンモニアガスとする。

空気導入部１２は、図４（ｂ）にも示されるように、筐体９におけるアンモニアガス導入部１１よりも下流側に２つ設けられている。つまり、空気導入部１２は、筐体９におけるアンモニアガス導入部１１とＡＴＲ改質触媒８との間に設けられている。空気導入部１２は、空気を筐体９の内部に導入する。

各空気導入部１２は、筐体９の接線方向に延びるように等間隔で配置されている。従って、空気は、筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入されることとなる。空気導入部１２は、例えばアンモニアガス導入部１１に対応する位置に配置されている。ここでは、空気導入部１２より筐体９の内部に導入される空気を、ＡＴＲ反応用の主空気とする。

アンモニアガス導入部１１及び空気導入部１２は、筐体９における起動用ガス導入部１０とＡＴＲ改質触媒８との間に設けられ、燃焼ガスを冷却するための主アンモニアガス及び主空気である第２ガスを筐体９の内部に導入する第２ガス導入部を構成している。

なお、起動用ガス導入部１０、アンモニアガス導入部１１及び空気導入部１２は、筐体９とは別体であってもよいし、筐体９と一体化されていてもよい。また、起動用ガス導入部１０の数としては、特に４つには限られず、例えば２つでもよいし、或いは１つでもよい。アンモニアガス導入部１１及び空気導入部１２の数としては、特に２つには限られず、例えば１つでもよい。

点火部１３は、各起動用ガス導入部１０より筐体９の内部に導入された起動用アンモニアガスを着火させる。点火部１３は、フタ１６に固定されている。点火部１３は、例えばグロープラグまたはスパークプラグ等である。

混合部材１４は、筐体９の内部における空気導入部１２よりも下流側に配置されている。つまり、混合部材１４は、筐体９の内部における空気導入部１２とＡＴＲ改質触媒８との間に配置されている。混合部材１４は、燃焼ガスと主アンモニアガス及び主空気とを混合させる部材である。混合部材１４は、正面視で円形状を呈している。

混合部材１４は、混合部材１４の圧力損失によって混合部材１４の上流側で燃焼ガスと主アンモニアガス及び主空気とを混合させる。そのような混合部材１４としては、例えば燃焼ガスと主アンモニアガス及び主空気とを撹拌させて混合させることが可能な多孔質体等が用いられる。多孔質体は、多くの細孔（空隙）が空いている個体である。なお、混合部材１４は、複数の羽根形状を有していてもよい。

図１に戻り、アンモニアガス供給源２と改質装置４とは、アンモニアガス流路１７，１８を介して接続されている。空気供給源３と改質装置４とは、空気流路１９，２０を介して接続されている。

アンモニアガス流路１７の一端は、アンモニアガス供給源２に接続されている。アンモニアガス流路１７の他端は、改質装置４の各起動用ガス導入部１０に接続されている。アンモニアガス流路１７は、アンモニアガス供給源２から起動用ガス導入部１０に起動用アンモニアガスが流れる流路である。

アンモニアガス流路１８の一端は、アンモニアガス流路１７に接続されている。アンモニアガス流路１８の他端は、改質装置４の各アンモニアガス導入部１１に接続されている。アンモニアガス流路１８は、アンモニアガス供給源２からアンモニアガス導入部１１に主アンモニアガスが流れる流路である。

空気流路１９の一端は、空気供給源３に接続されている。空気流路１９の他端は、アンモニアガス流路１７に接続されている。空気流路１９は、空気供給源３から起動用ガス導入部１０に起動用空気が流れる流路である。

空気流路２０の一端は、空気流路１９に接続されている。空気流路２０の他端は、改質装置４の各空気導入部１２に接続されている。空気流路２０は、空気供給源３から空気導入部１２に主空気が流れる流路である。

アンモニアガス流路１７には、起動用アンモニアガスバルブ２１が配設されている。起動用アンモニアガスバルブ２１は、起動用ガス導入部１０に供給される起動用アンモニアガスの流量を制御する第１燃料ガスバルブである。空気流路１９には、起動用空気バルブ２２が配設されている。起動用空気バルブ２２は、起動用ガス導入部１０に供給される起動用空気の流量を制御する第１酸化性ガスバルブである。起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２としては、電磁式の流量制御弁が使用される。

アンモニアガス流路１８には、主アンモニアガスバルブ２３が配設されている。主アンモニアガスバルブ２３は、アンモニアガス導入部１１に供給される主アンモニアガスの流量を制御する第２燃料ガスバルブである。空気流路２０には、主空気バルブ２４が配設されている。主空気バルブ２４は、空気導入部１２に供給される主空気の流量を制御する第２酸化性ガスバルブである。主アンモニアガスバルブ２３及び主空気バルブ２４としては、電磁式の流量制御弁が使用される。

アンモニアガス供給源２、アンモニアガス流路１７，１８、起動用アンモニアガスバルブ２１及び主アンモニアガスバルブ２３は、改質装置４にアンモニアガスを供給するアンモニアガス供給部２５（燃料ガス供給部）を構成している。空気供給源３、空気流路１９，２０、起動用空気バルブ２２及び主空気バルブ２４は、改質装置４に空気を供給する空気供給部２６（酸化性ガス供給部）を構成している。

改質装置４の改質器５には、改質ガス流路２７を介して水素利用装置２８が接続されている。改質ガス流路２７は、改質器５から水素利用装置２８に改質ガスが流れる流路である。

水素利用装置２８は、改質ガスに含まれる水素を利用する装置である。水素利用装置２８としては、例えばアンモニアを燃料としたアンモニアエンジンまたはアンモニアガスタービン等の燃焼装置、或いは水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池等が挙げられる。

また、改質システム１は、温度センサ２９と、制御ユニット３０とを具備している。温度センサ２９は、ＡＴＲ改質触媒８の温度を検出する温度検出部である。温度センサ２９は、例えばＡＴＲ改質触媒８自体の温度を検出してもよいし、ＡＴＲ改質触媒８に流入するガスの温度を検出してもよい。

制御ユニット３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。制御ユニット３０は、温度センサ２９の検出値に基づいて、アンモニアガス供給部２５の起動用アンモニアガスバルブ２１及び主アンモニアガスバルブ２３と、空気供給部２６の起動用空気バルブ２２及び主空気バルブ２４と、点火部１３とを制御する。制御ユニット３０は、第１制御部３１と、第２制御部３２とを有している。

第１制御部３１は、改質装置４の起動時に、起動用アンモニアガスバルブ２１、起動用空気バルブ２２、主アンモニアガスバルブ２３及び主空気バルブ２４を開くように制御すると共に、点火部１３を点火させるように制御する。

第２制御部３２は、第１制御部３１により起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２を開くように制御した後、温度センサ２９により検出されたＡＴＲ改質触媒８の温度が予め決められた規定温度以上になると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２を閉じるように制御する。

図５は、制御ユニット３０により実行される制御処理の手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、手動スイッチ等により改質装置４の起動が指示されると実行される。なお、本処理の実行前は、起動用アンモニアガスバルブ２１、起動用空気バルブ２２、主アンモニアガスバルブ２３及び主空気バルブ２４は、何れも全閉状態となっている。

図５において、制御ユニット３０は、まず改質装置４の起動が指示されると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２を開くように制御する（手順Ｓ１０１）。これにより、燃焼器６の起動用ガス導入部１０に起動用アンモニアガス及び起動用空気が供給される（図６（ａ），（ｂ）参照）。このとき、起動用アンモニアガス及び起動用空気の供給流量が規定値（例えば当量比）となるように、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が制御される。

続いて、制御ユニット３０は、点火部１３を点火させるように制御する（手順Ｓ１０２）。これにより、点火部１３が点火するため、起動用アンモニアガスが着火して燃焼し、燃焼ガスが生成される。

続いて、制御ユニット３０は、主アンモニアガスバルブ２３を開くように制御する（手順Ｓ１０３）。これにより、燃焼器６のアンモニアガス導入部１１に主アンモニアガスが供給される（図６（ｃ）参照）。

続いて、制御ユニット３０は、主空気バルブ２４を開くように制御する（手順Ｓ１０４）。これにより、燃焼器６の空気導入部１２に主空気が供給される（図６（ｄ）参照）。このとき、主アンモニアガス及び主空気の供給流量が規定値（例えば当量比）となるように、主空気バルブ２４が主アンモニアガスバルブ２３と共に制御される。

続いて、制御ユニット３０は、温度センサ２９の検出値を取得する（手順Ｓ１０５）。そして、制御ユニット３０は、温度センサ２９の検出値に基づいて、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ１（図６（ｅ）参照）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。規定温度Ｔ１は、ＡＴＲ改質触媒８により主アンモニアガスの燃焼が可能となる温度（燃焼可能温度）である。制御ユニット３０は、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ１以上でないと判断したときは、手順Ｓ１０５を再度実行する。

制御ユニット３０は、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ１以上であると判断したときは、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２を閉じるように制御する（手順Ｓ１０７）。これにより、燃焼器６の起動用ガス導入部１０への起動用アンモニアガス及び起動用空気の供給が停止する（図６（ａ），（ｂ）参照）。

続いて、制御ユニット３０は、温度センサ２９の検出値を取得する（手順Ｓ１０８）。そして、制御ユニット３０は、温度センサ２９の検出値に基づいて、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ２（図６（ｅ）参照）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０９）。規定温度Ｔ２は、ＡＴＲ改質触媒８により主アンモニアガスの改質が可能となる温度（改質可能温度）であり、規定温度Ｔ１よりも高い温度である。制御ユニット３０は、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ２以上でないと判断したときは、手順Ｓ１０８を再度実行する。

制御ユニット３０は、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ２以上であると判断したときは、主アンモニアガスバルブ２３及び主空気バルブ２４の開度を制御する（手順Ｓ１１０）。このとき、ＡＴＲ改質触媒８により適切な改質動作を行うための主アンモニアガス及び主空気の供給流量が設定されるように、主アンモニアガスバルブ及び主空気バルブの開度が制御される（図６（ｃ），（ｄ）参照）。

ここで、第１制御部３１は、上記の手順Ｓ１０１〜Ｓ１０４を実行する。第２制御部３２は、上記の手順Ｓ１０５〜Ｓ１１０を実行する。なお、制御ユニット３０は、上記の手順Ｓ１０１または手順Ｓ１１０を実行した後に、点火部１３の点火を停止させる。

以上のような改質システム１において、改質装置４の起動が指示されると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が開弁することで、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、起動用アンモニアガス及び起動用空気が燃焼器６の起動用ガス導入部１０に供給される。そして、起動用ガス導入部１０より燃焼器６の筐体９の内部に起動用アンモニアガス及び起動用空気が導入される。このとき、起動用アンモニアガス及び起動用空気は、筐体９の接線方向に導入されるため、筐体９の内部において管状流となる。

その状態で点火部１３が点火すると、起動用アンモニアガスが着火して管状火炎が形成され、起動用アンモニアガスが燃焼する。具体的には、下記式のように、アンモニアと空気中の酸素とが化学反応し、燃焼ガスが生成される（発熱反応）。
ＮＨ_３＋３／４Ｏ_２→１／２Ｎ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ …（Ａ）

このとき、管状火炎の温度は、例えば１０００℃〜１７００℃程度まで上昇する。このため、上記のアンモニアの酸化反応により高温の燃焼ガスが発生する。高温の燃焼ガスは、筐体９の内部を改質器５に向かって旋回して流れる。

また、主アンモニアガスバルブ２３が開弁することで、図６（ｃ）に示されるように、主アンモニアガスが燃焼器６のアンモニアガス導入部１１に供給される。そして、アンモニアガス導入部１１より筐体９の内部に主アンモニアガスが導入される。主アンモニアガスの温度は、室温程度であり、燃焼ガスの温度に比べて十分に低い。このため、主アンモニアガスと燃焼ガスとが熱交換される。具体的には、主アンモニアガスは、燃焼ガスから熱をもらって加熱されると共に、燃焼ガスを冷却する。このとき、主アンモニアガスを含んだ燃焼ガスの温度は、アンモニアガスの発火温度（例えば大気中で６５０℃程度）よりも下がる。このため、筐体９の内部で主アンモニアガスが燃焼状態に移行することはない。

また、主空気バルブ２４が開弁することで、図６（ｄ）に示されるように、主空気が燃焼器６の空気導入部１２に供給される。そして、空気導入部１２より筐体９の内部に主空気が導入される。主空気の温度も、室温程度である。このため、主空気と主アンモニアガスを含んだ燃焼ガスとが熱交換される。具体的には、主空気は、主アンモニアガスを含んだ燃焼ガスから熱をもらって加熱されると共に、主アンモニアガスを含んだ燃焼ガスを冷却する。このとき、主アンモニアガス及び主空気を含んだ燃焼ガスの温度は、例えば２００℃〜４００℃程度まで下がる。

このとき、混合部材１４によって、燃焼ガス、主アンモニアガス及び主空気の撹拌が起こり、燃焼ガス、主アンモニアガス及び主空気が混合される。このため、燃焼ガス、主アンモニアガス及び主空気が混合された混合ガスの温度分布及び流量分布が略均一化される。混合部材１４を通過した混合ガスは、温度分布及び流量分布が略均一化された状態で改質器５に供給される。

燃焼ガス、主アンモニアガス及び主空気を含んだ混合ガスが改質器５の筐体７の内部に導入されると、ＡＴＲ改質触媒８が加熱（暖機）され、ＡＴＲ改質触媒８の温度が上昇する。

そして、図６（ｅ）に示されるように、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ１（燃焼可能温度）に達すると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が閉弁することで、図６（ａ），（ｂ）に示されるように、起動用ガス導入部１０への起動用アンモニアガス及び起動用空気の供給が停止する。従って、起動用アンモニアガスの燃焼が停止する。

また、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ１に達すると、ＡＴＲ改質触媒８により主アンモニアガスが燃焼する。すると、上記（Ａ）式の発熱反応が起こり、燃焼ガスが生成される。そして、その燃焼ガスの熱（燃焼熱）によってＡＴＲ改質触媒８の温度が更に上昇する。

そして、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ２（改質可能温度）に達すると、主アンモニアガスバルブ２３及び主空気バルブ２４の開度が調整されることで、図６（ｃ），（ｄ）に示されるように、アンモニアガス導入部１１及び空気導入部１２にそれぞれ供給される主アンモニアガスバルブ及び主空気の流量が調整される。ここでは、主空気の流量が減少するだけで、主アンモニアガスの流量は変化していないが、主アンモニアガス及び主空気の流量を何れも変えてもよい。

また、ＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ２に達すると、ＡＴＲ改質触媒８により主アンモニアガスが改質される。具体的には、下記式のように、アンモニアの分解反応が起こり（吸熱反応）、水素を含む改質ガスが生成される。改質ガスは、水素利用装置２８に供給される。
ＮＨ_３→３／２Ｈ_２＋１／２Ｎ_２ …（Ｂ）

以上のように本実施形態にあっては、改質装置４の起動時には、アンモニアガス及び空気を含む起動用ガスが起動用ガス導入部１０より筐体９の内部に導入されると共に、点火部１３が点火することで、アンモニアガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。また、アンモニアガスがアンモニアガス導入部１１より筐体９の内部に導入されると共に、空気が空気導入部１２より筐体９の内部に導入されることで、燃焼ガス、アンモニアガス及び空気がＡＴＲ改質触媒８に供給される。すると、燃焼ガスによってＡＴＲ改質触媒８が加熱されて昇温するため、ＡＴＲ改質触媒８によりアンモニアガスの燃焼及び改質が行われ、水素を含有した改質ガスが生成される。ここで、改質に寄与するアンモニアガス及び空気が筐体９の内部に導入されると、燃焼ガスとアンモニアガス及び空気とが熱交換され、高温の燃焼ガスがアンモニアガス及び空気により冷却される。このとき、混合部材１４によって燃焼ガス、アンモニアガス及び空気が混合されるため、燃焼ガスとアンモニアガス及び空気との熱交換が促進される。また、混合部材１４は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。従って、高温の燃焼ガスが効果的に冷却される。これにより、燃焼ガスによってＡＴＲ改質触媒８が適切な温度で加熱される。その結果、ＡＴＲ改質触媒８が熱くなり過ぎて劣化することが防止される。

また、点火部１３によって起動用ガスとしてのアンモニアガスを着火・燃焼させて発生した高温の燃焼ガスの熱を利用してＡＴＲ改質触媒８を加熱するので、改質に寄与するアンモニアガスが着火するまでの時間が短くなる。これにより、改質装置４の起動時間が短縮される。また、アンモニアガス、空気またはＡＴＲ改質触媒８を加熱するためのヒータ等が不要となる。

また、本実施形態では、空気導入部１２は、筐体９におけるアンモニアガス導入部１１とＡＴＲ改質触媒８との間に設けられている。このため、アンモニアガス導入部１１より筐体９の内部に導入されたアンモニアガスは、燃焼ガスからの熱を受けることで、燃焼ガスの温度を下げる。そして、空気導入部１２より筐体９の内部に導入された空気は、アンモニアガスを含んだ燃焼ガスからの熱を受けることで、アンモニアガスを含んだ燃焼ガスの温度を下げる。ここで、アンモニアガスの比熱は空気の比熱よりも高いため、アンモニアガスは空気よりも少ない流量で吸熱可能である。このため、アンモニアガスの吸熱による燃焼ガスの温度低下が大きくなる。従って、高温の燃焼ガスがより効果的に冷却される。

また、本実施形態では、アンモニアガス及び空気を含む起動用ガスは、筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入される。従って、起動用ガスが管状流となり、その状態でアンモニアガスが着火して管状火炎が形成される。このため、高温の燃焼ガスが筐体９の内部をＡＴＲ改質触媒８に向かって旋回して流れる。そして、改質に寄与するアンモニアガス及び空気が筐体９の内部に導入されると、旋回流の燃焼ガスが冷却される。このとき、燃焼ガス、アンモニアガス及び空気が混合部材１４により混合されるため、燃焼ガスの旋回流にかかわらず、燃焼ガスの温度分布及び流量分布の均一性が確保される。従って、ＡＴＲ改質触媒８が局所的に加熱されることが防止される。

また、本実施形態では、アンモニアガスは、アンモニアガス導入部１１より筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入され、空気は、空気導入部１２より筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入される。よって、筐体９の内部に導入されたアンモニアガス及び空気は、管状流となるため、ＡＴＲ改質触媒８に向かって旋回して流れる。このため、改質に寄与するアンモニアガス及び空気は、旋回流の燃焼ガスに対して同様の流れで混合することになる。従って、燃焼ガスとアンモニアガス及び空気との混合経路が長くなるため、燃焼ガスの温度分布及び流量分布の均一性が十分に確保される。また、アンモニアガス及び空気の混合比が均等化されるため、ＡＴＲ改質触媒８においてアンモニアガスが着火・燃焼しやすくなる。

また、本実施形態では、改質装置４の起動時に、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が開くように制御された後、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が閉じるように制御される。従って、改質装置４の起動が開始された後に、筐体９の内部への起動用ガスの導入が停止する。従って、起動用ガスとしてのアンモニアガスが無駄に燃焼することが防止される。

また、本実施形態では、温度センサ２９により検出されたＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度以上になると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が閉じるように制御される。このため、アンモニアガスの燃焼及び改質が行われる適切な時期に、筐体９の内部への起動用ガスの導入が停止する。従って、起動用ガスとしてのアンモニアガスが無駄に燃焼することが一層防止される。

図７は、本発明の第２実施形態に係る改質装置を示す構成図である。図７において、本実施形態の改質装置４は、上記の第１実施形態における混合部材１４に代えて、正面視で円形状の混合部材４０を備えている。

混合部材４０は、改質器５の筐体７の内部におけるＡＴＲ改質触媒８よりも上流側に配置されている。つまり、混合部材４０は、筐体７の内部における空気導入部１２とＡＴＲ改質触媒８との間に配置されている。

混合部材４０は、図８に示されるように、バルク部４１と、多孔質部４２とを有している。つまり、混合部材４０の一部は、多孔質体となっている。バルク部４１は、細孔が空いていない緻密体である。従って、燃焼器６の筐体９の内部を流れる燃焼ガス、主アンモニアガス及び主空気を含んだ混合ガスが混合部材４０を通過する際には、混合ガスはバルク部４１を通過せずに多孔質部４２を通過する。

例えば、図８（ａ）に示される混合部材４０では、混合部材４０の径方向中心部に円形状の多孔質部４２が配置され、この多孔質部４２の周囲に円環状のバルク部４１が配置されている。この場合には、混合部材４０を通過した燃焼ガスは、ＡＴＲ改質触媒８の径方向中心部に入りやすい。このため、ＡＴＲ改質触媒８の径方向中心部が加熱されやすくなる。

また、図８（ｂ）に示される混合部材４０では、複数（ここでは４つ）の円形状の多孔質部４２が混合部材４０の周方向に沿って配置され、各多孔質部４２の周囲にバルク部４１が配置されている。この場合には、混合部材４０を通過した燃焼ガスは、ＡＴＲ改質触媒８における径方向中心部と外周部との間の領域に入りやすい。このため、ＡＴＲ改質触媒８における径方向中心部と外周部との間の領域が加熱されやすくなる。

このように本実施形態においては、混合部材４０の一部が多孔質体である。このため、混合部材４０を通過した燃焼ガスは、ＡＴＲ改質触媒８にスポット的に供給されることになる。従って、ＡＴＲ改質触媒８がスポット的に加熱される。

図９は、本発明の第３実施形態に係る改質装置を示す構成図である。図８において、本実施形態の改質装置４は、上記の第１実施形態における混合部材１４に代えて、混合部材４５，４６を備えている。混合部材４５，４６の構造は、上記の混合部材１４と同様である。

混合部材４５は、燃焼器６の筐体９の内部におけるアンモニアガス導入部１１と空気導入部１２との間に配置されている。混合部材４５は、燃焼ガスと主アンモニアガスとを混合させる第１混合部材である。

混合部材４６は、筐体９の内部における空気導入部１２よりも下流側に配置されている。つまり、混合部材４６は、筐体９の内部における空気導入部１２とＡＴＲ改質触媒８との間に配置されている。混合部材４６は、混合部材４５を通過した主アンモニアガスを含んだ燃焼ガスと主空気とを混合させる第２混合部材である。

このように本実施形態においては、混合部材４５によって燃焼ガス及びアンモニアガスが混合される。このため、燃焼ガスとアンモニアガスとの熱交換が促進される。また、混合部材４５は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。さらに、混合部材４６によってアンモニアガスを含んだ燃焼ガス及び空気が混合される。このため、アンモニアガスを含んだ燃焼ガスと空気との熱交換が促進される。従って、高温の燃焼ガスが一層効果的に冷却される。

図１０は、制御ユニット３０により実行される制御処理の手順の変形例を示すフローチャートであり、図５に対応している。本変形例では、制御ユニット３０は、上記の第１実施形態と同様に、第１制御部３１と、第２制御部３２とを有している。第１制御部３１及び第２制御部３２の基本的な機能は、上記の第１実施形態と同様である。

このとき、第１制御部３１は、改質装置４の起動時に、まず起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２を開くように制御し、その後起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２の開度を小さくするように制御する。

図１０において、制御ユニット３０は、改質装置４の起動が指示されると、上記の第１実施形態と同様に、手順Ｓ１０１〜Ｓ１０４を順次実行する。これにより、起動用ガス導入部１０に起動用アンモニアガス及び起動用空気が供給され（図１１（ａ），（ｂ）参照）、アンモニアガス導入部１１に主アンモニアガスが供給され（図１１（ｃ）参照）、空気導入部１２に主空気が供給される（図１１（ｄ）参照）。このとき、起動用アンモニアガス及び起動用空気の供給流量は、図５の手順１０１における規定値よりも多くなるように設定される。

続いて、制御ユニット３０は、手順Ｓ１０１の実行を開始してから規定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１１１）。規定時間は、例えば混合部材１４による筐体９の内部の熱容量分を加味して決定される。

制御ユニット３０は、規定時間が経過したと判断したときは、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２の開度を小さくするように制御する（手順Ｓ１１２）。これにより、起動用ガス導入部１０に供給される起動用アンモニアガス及び起動用空気の流量が減少する（図１１（ａ），（ｂ）参照）。このとき、起動用アンモニアガス及び起動用空気の供給流量は、図５の手順１０１における規定値に設定される。

続いて、制御ユニット３０は、上記の第１実施形態と同様に、手順Ｓ１０５〜Ｓ１１０を順次実行する。

ここで、第１制御部３１は、上記の手順Ｓ１０１〜Ｓ１０４，Ｓ１１１，Ｓ１１２を実行する。第２制御部３２は、上記の手順Ｓ１０５〜Ｓ１１０を実行する。

本変形例においては、改質装置４の起動開始直後は、筐体９の内部に供給される起動用ガスとしてのアンモニアガス及び空気の流量を多くすることにより、混合部材１４によって筐体９の内部の熱容量が増えても、改質装置４の起動時間が短縮される。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、燃焼器６において全ての起動用ガス導入部１０より起動用アンモニアガス及び起動用空気の混合ガスが筐体９の内部に導入されているが、特にその形態には限られず、何れかの起動用ガス導入部１０より起動用アンモニアガスのみを筐体９の内部に導入し、残りの起動用ガス導入部１０より起動用空気のみを筐体９の内部に導入してもよい。

また、上記実施形態では、起動用ガス導入部１０は、起動用アンモニアガス及び起動用空気を筐体９の接線方向に導入し、アンモニアガス導入部１１は、主アンモニアガスを筐体９の接線方向に導入し、空気導入部１２は、主空気を筐体９の接線方向に導入しているが、特にそのような形態には限られない。例えば、起動用ガス導入部１０は、起動用アンモニアガス及び起動用空気を筐体９の径方向に導入し、アンモニアガス導入部１１は、主アンモニアガスを筐体９の径方向に導入し、空気導入部１２は、主空気を筐体９の径方向に導入してもよい。

また、上記実施形態では、筐体９におけるアンモニアガス導入部１１よりも改質器５側に空気導入部１２が設けられているが、特にその形態には限られず、筐体９における空気導入部１２よりも改質器５側にアンモニアガス導入部１１を設けてもよいし、或いはアンモニアガス導入部１１及び空気導入部１２を筐体９の同じ位置に設けてもよい。

また、本実施形態では、温度センサ２９により検出されたＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ１（燃焼可能温度）以上になると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２が閉じるように制御されているが、特にその形態には限られず、例えばＡＴＲ改質触媒８の温度が規定温度Ｔ２（改質可能温度）以上になると、起動用アンモニアガスバルブ２１及び起動用空気バルブ２２を閉じるように制御してもよい。

また、本実施形態では、主アンモニアガスバルブ２３が開くように制御された直後に、主空気バルブ２４が開くように制御されているが、特にそのような形態には限られない。例えばＡＴＲ改質触媒８の触媒材料によっては、燃焼ガスの温度がアンモニアガスの発火温度（前述）よりも低下した後に、主空気バルブ２４を開くように制御してもよい。

また、上記実施形態では、温度センサ２９によりＡＴＲ改質触媒８の温度が検出されているが、特に温度センサ２９を使用しなくてもよく、例えばアンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等からＡＴＲ改質触媒８の温度を推定してもよい。

また、上記実施形態では、改質器５の筐体７及び燃焼器６の筐体９は、円管状を呈しているが、特にそれには限られず、筐体７，９は、例えば角管状を呈していてもよい。

また、上記実施形態では、改質装置４は、アンモニアガスを燃焼させると共にアンモニアガスを水素に分解するＡＴＲ改質触媒８を備えているが、特にそのような形態には限られない。改質装置４は、アンモニアガスを燃焼させる燃焼触媒と、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒とを別々に備えていてもよい。

また、上記実施形態では、燃料ガスとしてアンモニアガスが使用されているが、本発明は、燃料ガスとして炭化水素ガス等を使用した改質装置及び改質システムにも適用可能である。

また、上記実施形態では、酸化性ガスとして空気が使用されているが、本発明は、酸化性ガスとして酸素を使用した改質装置及び改質システムにも適用可能である。

さらに、上記実施形態は、改質装置４を具備した改質システム１であるが、本発明は、加熱対象を加熱するための燃焼ガスを発生させる燃焼器であれば、適用可能である。

図１２は、本発明の一実施形態に係る燃焼器を示す構成図である。図１２において、本実施形態の燃焼器５０は、管状火炎バーナである。燃焼器５０は、加熱対象５１に連結された上記の筐体９を備えている。筐体９の先端部には、上記の点火部１３が取り付けられている。筐体９の内部には、上記の混合部材１４が配置されている。また、筐体９には、第１ガス導入部５２及び第２ガス導入部５３が設けられている。

第１ガス導入部５２は、上記の起動用ガス導入部１０と同様である。従って、第１ガス導入部５２は、アンモニアガス及び空気を含む第１ガスを筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入する。

第２ガス導入部５３は、上記のアンモニアガス導入部１１と同様である。従って、第２ガス導入部５３は、燃焼ガスを冷却するための第２ガスを筐体９の内部に筐体９の接線方向に導入する。ここでは、第２ガスとして、アンモニアガスが用いられている。なお、第２ガスとしては、他の燃料ガスまたは酸化性ガスを用いてもよい。

このような燃焼器５０においては、アンモニアガス及び空気を含む第１ガスが第１ガス導入部５２より筐体９の内部に導入されると共に、点火部１３が点火することで、アンモニアガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが生成される。そして、第２ガスが第２ガス導入部５３より筐体９の内部に導入されると、燃焼ガスと第２ガスとが熱交換され、高温の燃焼ガスが第２ガスにより冷却される。このとき、混合部材１４によって燃焼ガス及び第２ガスが混合されるため、燃焼ガスと第２ガスとの熱交換が促進される。また、混合部材１４は熱容量として機能するため、燃焼ガスのピーク温度が低下する。従って、高温の燃焼ガスが効果的に冷却される。これにより、燃焼ガスによって加熱対象５１が適切な温度で加熱される。

なお、燃焼器５０においても、上記の改質装置４及び改質システム１と同様に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形可能である。

１…改質システム、４…改質装置、６…燃焼器、７…筐体、８…ＡＴＲ改質触媒（触媒、加熱対象）、９…筐体、１０…起動用ガス導入部（第１ガス導入部）、１１…アンモニアガス導入部（燃料ガス導入部、第２ガス導入部）、１２…空気導入部（酸化性ガス導入部、第２ガス導入部）、１３…点火部、１４…混合部材、２１…起動用アンモニアガスバルブ（第１燃料ガスバルブ）、２２…起動用空気バルブ（第１酸化性ガスバルブ）、２３…主アンモニアガスバルブ（第２燃料ガスバルブ）、２４…主空気バルブ（第２酸化性ガスバルブ）、２５…アンモニアガス供給部（燃料ガス供給部）、２６…空気供給部（酸化性ガス供給部）、２９…温度センサ（温度検出部）、３０…制御ユニット、３１…第１制御部、３２…第２制御部、４０…混合部材、４２…多孔質部、４５…混合部材（第１混合部材）、４６…混合部材（第２混合部材）、５０…燃焼器、５１…加熱対象、５２…第１ガス導入部、５３…第２ガス導入部、Ｔ１…規定温度。

Claims (13)

1. 加熱対象を加熱するための燃焼ガスを発生させる燃焼器において、
   管状の筐体と、
   前記筐体に設けられ、前記燃焼ガスを生成するための燃料ガス及び酸化性ガスを含む第１ガスを前記筐体の内部に導入する第１ガス導入部と、
   前記筐体に取り付けられ、前記第１ガス導入部より前記筐体の内部に導入された前記燃料ガスを着火させる点火部と、
   前記筐体における前記第１ガス導入部と前記加熱対象との間に設けられ、前記燃焼ガスを冷却するための第２ガスを前記筐体の内部に導入する第２ガス導入部と、
   前記筐体の内部における前記第２ガス導入部と前記加熱対象との間に配置され、前記燃焼ガスと前記第２ガスとを混合させる混合部材とを備える燃焼器。
2. 前記筐体は、円管状を呈し、
   前記第１ガス導入部は、前記第１ガスを前記筐体の内部に前記筐体の接線方向に導入する請求項１記載の燃焼器。
3. 前記第２ガス導入部は、前記第２ガスを前記筐体の内部に前記筐体の接線方向に導入する請求項２記載の燃焼器。
4. 酸化性ガスにより燃料ガスを燃焼させて前記燃料ガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質装置において、
   管状の筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、前記燃料ガスを燃焼させることで生成される燃焼ガスにより加熱される触媒と、
   前記筐体に設けられ、前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを含む起動用ガスを前記筐体の内部に導入する起動用ガス導入部と、
   前記筐体に取り付けられ、前記起動用ガス導入部より前記筐体の内部に導入された前記燃料ガスを着火させる点火部と、
   前記筐体における前記起動用ガス導入部と前記触媒との間に設けられ、前記燃料ガスを前記筐体の内部に導入する燃料ガス導入部と、
   前記筐体における前記起動用ガス導入部と前記触媒との間に設けられ、前記酸化性ガスを前記筐体の内部に導入する酸化性ガス導入部と、
   前記筐体の内部における前記燃料ガス導入部及び前記酸化性ガス導入部の少なくとも一方と前記触媒との間に配置され、前記燃焼ガスと前記燃料ガス及び前記酸化性ガスとを混合させる混合部材とを備える改質装置。
5. 前記酸化性ガス導入部は、前記筐体における前記燃料ガス導入部と前記触媒との間に設けられている請求項４記載の改質装置。
6. 前記混合部材は、前記筐体の内部における前記燃料ガス導入部と前記酸化性ガス導入部との間に配置された第１混合部材と、前記筐体の内部における前記酸化性ガス導入部と前記触媒との間に配置された第２混合部材とを有する請求項５記載の改質装置。
7. 前記筐体は、円管状を呈し、
   前記起動用ガス導入部は、前記起動用ガスを前記筐体の内部に前記筐体の接線方向に導入する請求項４〜６の何れか一項記載の改質装置。
8. 前記燃料ガス導入部は、前記燃料ガスを前記筐体の内部に前記筐体の接線方向に導入し、
   前記酸化性ガス導入部は、前記酸化性ガスを前記筐体の内部に前記筐体の接線方向に導入する請求項７記載の改質装置。
9. 前記混合部材の一部が多孔質体である請求項４〜８の何れか一項記載の改質装置。
10. 酸化性ガスにより燃料ガスを燃焼させて前記燃料ガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質装置と、
    前記改質装置に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
    前記改質装置に前記酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、
    前記改質装置、前記燃料ガス供給部及び前記酸化性ガス供給部を制御する制御ユニットとを具備し、
    前記改質装置は、
    管状の筐体と、
    前記筐体の内部に配置され、前記燃料ガスを燃焼させることで生成される燃焼ガスにより加熱される触媒と、
    前記筐体に設けられ、前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを含む起動用ガスを前記筐体の内部に導入する起動用ガス導入部と、
    前記筐体に取り付けられ、前記起動用ガス導入部より前記筐体の内部に導入された前記燃料ガスを着火させる点火部と、
    前記筐体における前記起動用ガス導入部と前記触媒との間に設けられ、前記燃料ガスを前記筐体の内部に導入する燃料ガス導入部と、
    前記筐体における前記起動用ガス導入部と前記触媒との間に設けられ、前記酸化性ガスを前記筐体の内部に導入する酸化性ガス導入部と、
    前記筐体の内部における前記燃料ガス導入部及び前記酸化性ガス導入部の少なくとも一方と前記触媒との間に配置され、前記燃焼ガスと前記燃料ガス及び前記酸化性ガスとを混合させる混合部材とを備える改質システム。
11. 前記燃料ガス供給部は、前記起動用ガス導入部に供給される前記燃料ガスの流量を制御する第１燃料ガスバルブと、前記燃料ガス導入部に供給される前記燃料ガスの流量を制御する第２燃料ガスバルブとを有し、
    前記酸化性ガス供給部は、前記起動用ガス導入部に供給される前記酸化性ガスの流量を制御する第１酸化性ガスバルブと、前記酸化性ガス導入部に供給される前記酸化性ガスの流量を制御する第２酸化性ガスバルブとを有し、
    前記制御ユニットは、前記改質装置の起動時に、前記第１燃料ガスバルブ、前記第１酸化性ガスバルブ、前記第２燃料ガスバルブ及び前記第２酸化性ガスバルブを開くように制御すると共に、前記点火部を点火させるように制御する第１制御部と、前記第１制御部により前記第１燃料ガスバルブ及び前記第１酸化性ガスバルブを開くように制御した後、前記第１燃料ガスバルブ及び前記第１酸化性ガスバルブを閉じるように制御する第２制御部とを有する請求項１０記載の改質システム。
12. 前記触媒の温度を検出する温度検出部を更に備え、
    前記第２制御部は、前記温度検出部により検出された前記触媒の温度が予め決められた規定温度以上になると、前記第１燃料ガスバルブ及び前記第１酸化性ガスバルブを閉じるように制御する請求項１１記載の改質システム。
13. 前記第１制御部は、前記改質装置の起動時に、まず前記第１燃料ガスバルブ及び前記第１酸化性ガスバルブを開くように制御し、その後前記第１燃料ガスバルブ及び前記第１酸化性ガスバルブの開度を小さくするように制御する請求項１１または１２記載の改質システム。

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