JP3440551B2

JP3440551B2 - 燃料改質装置及び燃料改質装置の運転方法

Info

Publication number: JP3440551B2
Application number: JP12755194A
Authority: JP
Inventors: 佳秀言上; 照男椙本; 稔佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1994-06-09
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JPH07335238A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば一般電源用の可
搬型燃料電池、あるいは電気自動車に搭載する燃料電池
等に必要な水素を生成するために用いられ、アルコール
原料または炭化水素原料を水素リッチの改質ガスに変換
する燃料改質装置に関するものであり、さらにはその運
転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料電池用メタノール改質装置の
構造を図３０（三菱電機技報 Vol.66,No.11 (1992)より
引用）に示す。図において、１はメタノール、２は水
（スチーム）、３は気化器、４は改質原料ガス、５は改
質器、６は加熱用熱媒体、７は改質ガス、８は熱媒体加
熱炉、９は電池オフガス、１０は空気、１１は燃焼排ガ
スである。

【０００３】次に動作について説明する。供給されたメ
タノール１と水２は気化器３により気化して改質原料ガ
ス４になり、改質器５に供給される。改質器５の構造に
はシェル・アンド・チューブ型熱交換器が採用され、シ
ェル（胴）側に流した加熱用熱媒体（油）６により数本
の改質反応管が加熱され、改質反応に必要な熱が供給さ
れる。改質反応管の内側には改質触媒が充填され、メタ
ノールとスチームの原料ガス４が水素リッチの改質ガス
７に変換される。熱媒体６として改質器の動作温度（２
００〜３００℃）に近い沸点をもつ液体が用いられ、別
途設置された熱媒体加熱炉８の中で電池オフガス９が空
気１０によって燃焼して、熱媒体６を加熱する。燃焼ガ
ス１１は熱媒体加熱炉８から排気される。加熱された熱
媒体６は改質器５のシェル側に供給され、改質反応管を
加熱する。このように熱媒体６が用いられるのは、熱的
安定性に優れ、改質器内の温度分布を均一にするためで
ある。

【０００４】従来、燃料電池用にメタノールを変換し、
水素リッチガスを生成する改質法には、上記例で示した
水蒸気改質法と、例えば論文（US DOE Rep. ANL-92-31
）で示す部分酸化法がある。部分酸化法は燃焼反応の
ようにメタノールと空気中の酸素を（１）式に示す反応
式により反応させ、水素リッチの改質ガスを得る方法で
ある。ＣＨ₃ＯＨ＋ 1/2Ｏ₂ → 2Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ ・・・・（１）１モルのメタノールと１／２モルの酸素を部分酸化反応
させれば、２モルの水素と１モルの二酸化炭素が生成す
る。参考のために、メタノールの燃焼反応は（２）式に
示すように、１モルのメタノールと３／２モルの酸素が
反応して、２モルの水と１モルの二酸化炭素が生成す
る。（１）式、（２）式からメタノールの部分酸化反応
が必要とする酸素は燃焼反応の１／３である。ＣＨ₃ＯＨ＋ 3/2Ｏ₂ → 2Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂ ・・・・（２）（１）式の部分酸化反応はつぎのメタノール酸化反応と
水蒸気改質反応に分けることができる。つまり、最初に
１／３モルのメタノールと酸素が（３）式で酸化反応を
生じ、つぎに生成した水蒸気と残りのメタノールが
（４）式で改質反応を生じる。（３）式の酸化反応は発
熱反応であり、（４）式の改質反応は吸熱反応である
が、全体として（１）式は発熱反応になり、部分酸化反
応の発熱量は１９２ｋＪになる（メタノールは気体状
態、温度２５℃）。メタノールの気化熱３７ｋＪを考慮
すれば、正味の発熱量は１５５ｋＪになる。 1/3ＣＨ₃ＯＨ＋ 1/2Ｏ₂ → 2/3Ｈ₂Ｏ＋ 1/3ＣＯ₂ ・・・（３） 2/3ＣＨ₃ＯＨ＋ 2/3Ｈ₂Ｏ → 2Ｈ₂ ＋ 2/3ＣＯ₂ ・・・（４）一方、水蒸気改質法は（５）式の反応式で示され、５０
ｋＪの吸熱反応である（水、メタノールは気体状態）。
水の気化熱４４ｋＪ、メタノールの気化熱３７ｋＪを考
慮すれば、正味の吸熱量は１３１ｋＪになる。ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → 3Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ ・・・・（５）上述の反応式からわかるように部分酸化法は、水蒸気改
質法より燃料変換効率こそ低いけれども、発熱反応のた
め反応がおこりやすく、短時間で起動ができ、構造がシ
ンプルでコンパクトになる。

【０００５】ジェット推進研究所は部分酸化法を用いた
三つの触媒充填層をもつ改質器を試験している。図３１
はこのような部分酸化改質器の構造を示す断面構成図で
あり、１２は部分酸化改質器、１３は旋回混合器、１４
は低活性触媒、１５は酸化触媒、１６は改質触媒であ
る。次に動作について説明する。燃料ガス４ａは部分酸
化改質器１２に入る前に旋回混合器１３で空気１０とス
チーム（ＣＯの発生を抑制するために入れる）２とを混
合する。円筒形改質器の中に３種類の触媒が３層に充填
されている。第１層の低活性触媒１４（ＮｉＯ−ＺｒＯ
₂ ）では反応ガスを徐々に酸化させて温度を緩やかに上
昇させ、炭素析出を抑制している。第２層の酸化触媒１
５（ＮｉＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯ）で燃料を酸化し、第３
層の高活性改質触媒１６（ＮｉＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ）
で未反応の燃料を水素に改質し、改質ガス７を生成す
る。このように図３１の構成では、部分酸化反応は燃料
の酸化反応と改質反応から成っている。

【０００６】ジョンソン・マッシー・テクノロジー・セ
ンターは部分酸化法を用いた別のメタノール改質器を開
発している。図３２はこの部分酸化改質器の構造を示す
断面構成図であり、４ｂは燃料ガス（メタノール）とス
チーム（ＣＯの発生を抑制するために入れる）、４ｃは
燃料ガスとスチームと空気から成る混合ガス（予混合燃
料）、１７は混合ガス噴射管である。つぎに動作につい
て説明する。部分酸化改質器１２は二層の触媒層から構
成され、上部のメイン反応ゾーンに銅−シリカの改質触
媒１６が充填され、下部２０％には銅−シリカとパラジ
ウム−シリカ酸化触媒１５の混合物が充填されている。
パラジウムは燃料ガスを自然発火させる機能をもつ。メ
タノール、水、空気から成る混合ガス４ｃは噴射管１７
から改質触媒１６が充填されたメイン反応ゾーンの中央
部に噴射される。これよりガスの流れは触媒充填層の内
部で噴射により循環しながら出口から排出される。始動
時、メタノールは部分酸化改質器１２の出口のパラジウ
ム触媒１５で酸化され、熱伝導や流れの循環により上部
の改質触媒１６が加熱され、改質反応域が噴射口に向か
って上流側に移動する。ここではメタノール酸化反応熱
が反応ガス流れの循環による直接熱伝達により有効に改
質反応熱に供給される。

【０００７】一方、前述した水蒸気改質法を用いた改質
器として、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）用改質器
には、電池内部に改質器を内蔵させた内部改質方式と、
電池とは別個に改質器を設ける外部改質方式があり、そ
れぞれ研究開発が進められている。外部改質方式では触
媒燃焼器と改質反応器を積層したプレート・リフォーマ
（プレート形改質装置）が開発され、触媒燃焼の分散化
のため以下のような構造が公開されている（石川島播磨
技報、第３１巻第６号、平成３年１１月）。図３３はＭ
ＣＦＣ用改質器の主要部を示す断面構成図であり、図に
おいて、１８は改質室、１９は燃料室、２０は燃料分散
板、２１は燃焼室、２２は伝熱隔壁、５１は燃焼排ガ
ス、５２は燃焼触媒である。次に動作について説明す
る。炭化水素とスチーム、またはアルコールとスチーム
から成る原料ガス４は改質室１８に導入され、改質触媒
１６と接触し、改質反応により水素リッチの改質ガス７
となる。電池オフガスの燃料９はまず燃料室１９に導入
され、空気１０が燃焼室２１に導入される。燃料室１９
に導入された燃料９は燃料分散板２０を介して燃焼室２
１に分散供給され、均一な燃焼が行われる。燃焼熱は伝
熱隔壁２２を通して燃焼室２１から改質室１８に伝達さ
れ、改質反応に必要な熱が供給される。

【０００８】また、同様のプレート形改質器として燃焼
用触媒を充填した燃焼室と改質用触媒を充填した改質室
とを伝熱隔壁を挟んで一体化した構造が実公平４ー２２
８２７号公報に公告されている。図３４及び図３５にこ
のプレート形改質装置の構造を示す。改質触媒１６を充
填した改質室１８と燃焼触媒５２を充填した燃焼室２１
とを伝熱隔壁２２を介して積層し、これを１ユニットＡ
として一体化している。ユニットＡを２組用意して、各
ユニットＡの燃焼室２１が相対向するように配置して、
その間にユニットＢを挟み込む。ユニットＢは燃料室１
９とそれを表裏両面から挟持するように配置された燃料
分散板２０ａ、２０ｂとから構成される。上記ユニット
ＡがユニットＢを挟んで対称的に配置され、且つ燃料が
燃料分散板の各分散孔を通して両ユニットＡの両燃焼室
に対称的に流入して供給されるようにし、全体の上下に
ホルダー８０、８３を配置して適度の締付力で締め付
け、全体を一体化させる。

【０００９】今、下部ホルダー８０の空気供給流路８１
から空気１０を供給すると共に燃料供給流路８２から燃
料９１を供給する。燃料９１は燃料供給室１９に入った
後、両側の各燃料分散板２０ａ、２０ｂの多数の分散孔
２００を通って図３５の矢印Ｃで示す如く各ユニットの
上下の燃焼室２１に別々にかつ同時に分散されて入る。
上下の各燃焼室内には、燃焼用触媒５２があり、ここに
入った燃料９１は、空気供給流路８１より各燃焼室２１
に供給された空気１０によって燃焼させられ、各燃焼室
ごとに燃焼室全域で均一に燃焼を行わせることができ
る。一方、上部ホルダー８３の改質原料ガス供給流路８
４から改質原料ガス（ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ）を供給すると、Ｃ
Ｈ₄＋Ｈ₂Ｏは各ユニットＡの改質室１８に各々入り、改
質反応を生じた後、改質ガス（Ｈ₂、ＣＯ₂）が上部ホル
ダー８３の排出流路８５より排気される。この装置で
は、ユニットＡを燃料供給室１９と燃料分散板２０ａ、
２０ｂとを挟んで上下に対称形とし、燃料供給室１９か
ら燃料９１が燃料分散板２０ａと２０ｂで分散されて上
下の燃焼室２１に入るようにして同時に燃焼が行われる
ので、各燃焼室２１から各改質室１８への熱伝達を効率
良く行うことができる。なお、燃焼排ガス５１は排出流
路８６より排出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
燃料改質装置における改質技術は大きく部分酸化法と水
蒸気改質法に二分されていた。水蒸気改質法において、
熱媒体による間接加熱を用いた場合、改質器の他に熱媒
体加熱炉や熱媒体循環系統が必要になり、装置全体が大
形化するとともに、起動に長時間を要するという問題が
あった。また、図３０に示すように気化器も燃料改質器
と別個に設置されているため、装置が大形化するという
問題があった。これらは、コンパクト性と短時間起動が
要求される電気自動車用や可搬型の燃料改質装置の要求
に反するものであった。また、部分酸化法を用いれば比
較的コンパクトな構造で起動時間を短くすることができ
るが、燃料の気化に際しては、上記と同様、燃料改質器
と別個に設置されているため、装置の小型化に問題があ
った。

【００１１】なお、部分酸化法を用いた場合には、水素
への変換効率が水蒸気改質法に比べて低く、従来方式で
は反応の制御が困難なため触媒層の入口付近で急激に反
応が起こり、均一な温度分布や熱バランスを得ることも
難しかった。

【００１２】また、従来の気化器は蒸発した燃料やスチ
ームが途中の配管または燃料改質装置で凝縮し、部分酸
化反応部や改質反応部に供給されにくくなる問題や液体
燃料を気化させるために余分の熱エネルギーが必要にな
る問題もあった。

【００１３】また、図３３に示すように従来のプレート
・リフォーマに用いられる触媒燃焼器は、燃料のみを分
散板から触媒燃焼部に分散供給し、触媒燃焼部に燃焼用
空気を直接供給するので、燃料と空気の混合が悪くなっ
たり、空気が燃焼室に逆流したりして、触媒燃焼が不安
定になる問題点が生じた。また、触媒燃焼器に導入する
前に、燃料と空気の予混合器を設ければ設置スペースや
余分の配管が必要となるばかりか、燃料と空気の混合気
が予混合器まで逆火する危険性があった。

【００１４】また、従来のプレート形改質器の構造で
は、燃焼触媒と改質触媒がほぼ同量充填されているの
で、負荷に対して燃焼触媒量が過剰になりやすいという
問題があった。本来、燃焼触媒の反応速度は、改質触媒
の反応速度に比べてはるかに速く、充填量も少量ですむ
はずである。また、図３４の構成では、触媒燃焼器を改
質器の中央に設け、改質室をその外側に設けているの
で、改質室は外部への放熱による温度低下を被りやすい
という問題があった。

【００１５】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたものであり、第１の目的は一つの燃料改質装
置の中に、始動性や負荷応答性、コンパクトさで有利な
部分酸化反応部と、水素への燃料変換効率で有利な改質
反応部の両方を設け、部分酸化反応部と改質反応部の両
方の長所を取り入れた燃料改質装置を得るものであり、
さらにはこのような装置を用いて燃料装置を効率よく運
転する方法を提供するものである。

【００１６】また、本発明の第２の目的は、平板形の気
化器を提案し、よりコンパクトな燃料改質装置を得るも
のである。

【００１７】また、本発明の第３の目的は、改質反応部
と触媒燃焼部から成る燃料改質装置において、予混合器
を別個に設けずに、安定な触媒燃焼を達成するとともに
予混合気の逆火を防止できる、コンパクトで、かつ安定
した触媒燃焼が得られる燃料改質装置を提案するもので
ある。

【００１８】本発明の第４の目的は、改質反応部と触媒
燃焼部から成る燃料改質装置において、燃焼触媒と改質
触媒の負荷のアンバランスを適切にするとともに、触媒
燃焼部から改質反応部への熱供給を確実にし、コンパク
トな装置で多量の改質ガスを発生させることのできる燃
料改質装置を提案するものである。また、外部への放熱
による改質反応部の温度低下をキャンセルするような燃
料改質装置の構造を提案するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料改質装
置は、部分酸化反応により水素を生成する部分酸化反応
部、水蒸気改質反応により水素を生成する改質反応部、
及び部分酸化反応部から改質反応部へ熱を伝達する伝熱
板を備え、部分酸化反応部と改質反応部を伝熱板を介し
て積層したものである。

【００２０】本発明に係る燃料改質装置は、上記改質反
応部が、原料ガス供給室、原料ガス分散板、及び改質反
応室から成り、上記改質反応室を積層方向にフィンを有
する伝熱フィン、及び上記フィンの両側に装填した改質
触媒により構成し、上記部分酸化反応部が、反応ガス供
給室、反応ガス分散板、及び部分酸化反応室から成り、
上記部分酸化反応室を積層方向にフィンを有する伝熱フ
ィン、上記反応ガス分散板に面した上記フィンの片側に
装填した酸化触媒、及び上記伝熱板に面した上記フィン
の片側に装填した改質触媒により構成した、あるいは上
記部分酸化反応室を積層方向にフィンを有する伝熱フィ
ン、及び上記フィンの両側に装填し、酸化反応と水蒸気
改質反応に有効な成分を両方とも含有する部分酸化触媒
により構成したものである。

【００２１】本発明に係る燃料改質装置の運転方法は、
上記燃料改質装置で生成した水素を燃料として燃料電池
を運転する際に、燃料改質装置の起動時には、部分酸化
反応部に炭化水素またはアルコール原料と空気の予混合
燃料を供給し、部分酸化反応部から水素を燃料電池に供
給し、燃料電池の最大出力運転時、及び負荷変動運転時
には、部分酸化反応の発熱により改質反応部を改質反応
の動作温度まで加熱・昇温させて、改質反応部に改質原
料ガスを供給し、改質反応と部分酸化反応を同時に生じ
させて、改質反応部と部分酸化反応部の両方から水素を
供給し、燃料電池の定格運転時には、部分酸化反応部に
電池オフガスと空気を供給し、触媒燃焼させて改質反応
に必要な熱を電池オフガスの触媒燃焼により供給し、改
質反応部だけで燃料電池の定格運転時に必要な水素を生
成するものである。

【００２２】本発明に係る燃料改質装置は、液体燃料を
面内に分散させる液体燃料分岐マニホールド、液体燃料
分岐マニホールドから液体燃料を噴出させる複数の液体
燃料供給小孔、液体燃料供給小孔と接して配置され、液
体燃料を蒸発させる、発泡金属または金属メッシュから
成る蒸発促進体、蒸発促進体と接して配置され、蒸発に
必要な熱を蒸発促進体に伝達する金属または合金から成
る均熱板、均熱板に接して配置され、蒸発に必要な熱を
供給する熱供給源、及び蒸発促進体の面内で発生した蒸
気を、燃料改質器の改質反応部または部分酸化反応部に
分散供給するように平面内に複数の小孔を有した蒸気分
散板を有する平板型燃料気化器を備えたものである。

【００２３】本発明に係る燃料改質装置は、上記平板型
燃料気化器と上記燃料改質器とを一体化したものであ
る。

【００２４】本発明に係る燃料改質装置は、炭化水素ま
たはアルコール原料と水蒸気から水蒸気改質反応により
水素を生成する改質反応部、及び燃焼用空気により燃料
ガスを触媒燃焼させる触媒燃焼部から成る燃料改質装置
において、上記触媒燃焼部を、ガス供給平板、燃料と空
気を混合させるガス混合部、混合気を触媒燃焼部に分散
供給する混合気分散板、混合気を触媒燃焼させる触媒燃
焼室で構成し、上記ガス供給平板は、内部に燃料ガス分
岐マニホールドと燃焼用空気分岐マニホールドを有し、
平板表面に複数の燃料供給小孔と空気供給小孔を配置し
て、燃料ガスと燃焼用空気を面内に分散供給するように
し、上記混合気分散板は、平板表面に複数の混合気供給
小孔を配置し、上記混合気を面内に分散供給するように
し、さらに上記燃料供給小孔、上記空気供給小孔、及び
上記混合気供給小孔を面内で相互に対称に連続して配置
するとともに、上記ガス混合部の内部に、供給される燃
料ガスと燃料ガス間、または燃焼用空気と燃焼用空気間
の混合を遮断するバッフル板を、上記燃料供給小孔と隣
の燃料供給小孔の間、または上記空気供給小孔と隣の空
気供給小孔の間に設け、上記燃料供給小孔と上記空気供
給小孔の間に上記混合気供給小孔を配置したものであ
る。

【００２５】本発明に係る燃料改質装置は、炭化水素ま
たはアルコール原料と水蒸気から水蒸気改質反応により
水素を生成する改質反応部、及び燃焼用空気により燃料
ガスを触媒燃焼させる触媒燃焼部から成る燃料改質装置
において、改質反応部の上下端に上記触媒燃焼部を設
け、上記改質反応部は、原料ガス供給室、原料ガス分散
板、改質反応室、仕切板から成る改質反応ユニットを複
数個積層した多層構成とするとともに、上記原料ガス供
給室の流路高さを調節する、あるいは上記原料ガス供給
室に粒子を充填して充填粒子量を調節することにより、
各改質反応室に供給する原料ガス流量を調節するもので
ある。

【００２６】

【作用】本発明では、改質反応部に炭化水素またはアル
コール原料と水蒸気を供給し、吸熱反応である改質反応
を生じさせ、部分酸化反応部に炭化水素またはアルコー
ル原料と空気を供給し、発熱反応である部分酸化反応を
生じさせる。部分酸化反応による発熱は、伝熱板により
改質反応部に伝えられ、反応熱の効率的な供給が行われ
る。これにより改質反応に必要な熱が熱媒体加熱炉や熱
媒体循環系統を用いないで供給されるので装置が小型化
する。さらに、改質反応部、部分酸化反応部の両方から
水素が生成されるので、容積当たりの水素生成量を増加
させることができる。

【００２７】また、本発明では、改質反応部で原料ガス
を原料ガス室から原料ガス分散板を介して改質反応室に
分散供給し、平面上に配置した改質触媒により改質反応
を生じさせるので、面内で均一な改質反応分布を得る。
また、部分酸化反応部で反応ガスを反応ガス室から反応
ガス分散板を介して部分酸化反応室に分散供給し、平面
上に配置した燃焼触媒と改質触媒により部分酸化反応を
生じさせるので、面内で均一な反応分布を得る。したが
って、吸熱反応、発熱反応がともに面内で均一になれ
ば、面内の温度分布もほぼ均一になる。また、部分酸化
反応室、及び改質反応室ともに、積層方向にフィンを有
する伝熱フィンを設け、フィンの両側に各触媒を装填し
て構成するので、伝熱フィンにより伝熱が促進され、積
層方向の温度差が低減される。

【００２８】また、本発明では、燃料改質装置を起動す
るときには、部分酸化反応部に炭化水素またはアルコー
ルと空気を供給し、部分酸化反応により燃料電池を起動
するための水素を発生させる。また、燃料電池を最大出
力で運転したり、負荷を時間的に変化させて運転したり
するときには、改質反応と部分酸化反応を同時に生じさ
せて、改質反応部と部分酸化反応部の両方から水素リッ
チの改質ガスを燃料電池に供給する。さらに、燃料電池
を一定出力で定格運転するときには、部分酸化反応部に
電池オフガスと空気を供給し、触媒燃焼させて改質反応
に必要な熱を電池オフガスの触媒燃焼により供給し、改
質反応部だけで燃料電池の定格運転時に必要な水素を生
成する。この様にすることにより、効率の良い運転が可
能になる。

【００２９】また、本発明では、気化器を液体燃料分岐
マニホールド、蒸発促進体、均熱板、熱供給源、及び蒸
気分散板から構成し、改質器と一体化しやすいように平
板化する。また、この平板型気化器においては、液体燃
料は液体燃料分岐マニホールドを経て、面内に分散した
小孔から蒸発促進体に分散供給され、発泡金属または金
属メッシュから成る蒸発促進体の空隙に液体燃料が充満
し、均熱板の熱伝導により液体燃料の気化に必要な熱が
供給される。この気化熱は熱供給源により供給する。発
生した蒸気は平面内に多数の小孔を有した蒸気分散板か
ら蒸気が必要とされる部分に均一に供給される。

【００３０】また、本発明では、上記平板型気化器と改
質器とを一体化して構成することにより、小型の装置を
得、さらに発生した蒸気を速やかに部分酸化反応部及び
改質反応部に供給して、蒸気の凝縮を確実に防止する。
また、改質器の部分酸化反応部、あるいは触媒燃焼部か
ら発生する余剰熱を液体燃料の気化に有効利用する。

【００３１】また、本発明では、ガス供給平板の内部に
設けられた燃料ガス分岐マニホールドと空気分岐マニホ
ールドから多数の燃料ガス供給小孔、及び空気供給小孔
に燃料ガスと空気が分散して供給される。上記小孔から
噴射する空気と燃料ガスはバッフル板により同じガス間
の混合が遮断され、異なるガスの混合が促進される。混
合気分散板の混合気供給小孔は、燃料供給小孔と空気供
給小孔の間に配置され、両方の流れが衝突し、混合が促
進された後、混合気が触媒燃焼室に分散して供給され
る。これにより、燃料と空気を平面内で確実に混合して
供給できるので、安定した燃焼が行なえ、独立した予混
合器の設置スペースも節約でき、また燃料供給小孔と空
気供給小孔は孔径が小さく、孔の長さが充分長いので、
混合ガスが逆流せず、たとえ逆流しても火炎が消失して
逆火を防止する。

【００３２】また、本発明では、改質反応部の上下端に
触媒燃焼部を設けて、燃焼熱を改質反応部に確実に供給
するとともに、改質反応部を多層化することにより改質
触媒の充填量を増加させ、本来反応速度の大きい燃焼触
媒との負荷の差を適切にする。それぞれの改質反応部は
原料ガス供給室、原料ガス分散板、改質反応室から構成
し、原料ガス分散板の分散孔から原料ガスを改質反応室
に均一に分散させて供給することにより改質反応の均一
化を図る。また、原料ガス供給室、原料ガス分散板、改
質反応室、仕切板から成る改質反応ユニットを複数個積
層し、複数の原料ガス供給室に供給する原料ガスの流量
を原料ガス供給室の高さを変える、あるいは原料ガス供
給室に充填する充填粒子の量を変えることにより調節す
る。即ち、触媒燃焼部に近い改質反応部には、熱が伝わ
りやすいので原料ガス流量を多くし、触媒燃焼部から遠
い改質反応部には、熱が伝わりにくいので原料ガス流量
を少なくする。このようにすることにより小型の装置
で、多量の改質ガスをより効率よく発生させることがで
きる。

【００３３】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明する。図１は
この発明の実施例１に係る燃料改質装置の基本的構成を
示す構成図である。図において、２８は炭化水素または
アルコール原料と空気の予混合燃料、３２は部分酸化反
応部、３３は部分酸化反応による改質ガス、４は炭化水
素またはアルコール原料と水蒸気から成る改質原料ガ
ス、２７は改質反応部、７は改質ガス、２２は伝熱板、
３５ａは部分酸化反応部３２と改質反応部２７を伝熱板
２２を介して積層した燃料改質ユニットであり、このよ
うな燃料改質ユニット３５ａを複数ユニット積層して燃
料改質装置が構成されている。

【００３４】次にこの燃料改質装置の動作について説明
する。予混合燃料２８が部分酸化反応部３２に供給さ
れ、部分酸化反応により水素リッチの改質ガス３３に変
換される。部分酸化反応は発熱反応であり、発生した熱
は伝熱板２２により隣合う改質反応部２７に伝達され
る。一方、気化した改質原料ガス４が改質反応部２７に
供給され、水蒸気改質反応により水素リッチの改質ガス
７に変換される。水蒸気改質反応は吸熱反応であり、反
応に必要な熱は部分酸化反応部３２から伝熱板２２を通
って伝えられる。部分酸化反応部と改質反応部を伝熱板
を介して積層することにより、発熱と吸熱のバランスが
とれ、面内の均一な温度分布が維持できるとともに、両
方から水素リッチの改質ガスを生成することができる。
この結果、装置が小型化するとともに、容積当たりの水
素生成量も増加させることができる。

【００３５】なお、上記実施例では燃料改質ユニット３
５ａを複数ユニット積層して燃料改質装置が構成されて
いたが、燃料改質ユニット３５ａの単層であっても同様
の効果がある。

【００３６】実施例２．この発明の実施例２に係る燃料改質装置の具体的構成と
作用を図２により説明する。図２は燃料改質装置の改質
反応部と部分酸化反応部の断面構成を示す図である。図
において、２３は原料ガス供給室、２４は原料ガス分散
板、２５は改質反応室、２６は図３（ａ）に示されるよ
うなオフセット断続面フィンを積層方向に有する伝熱コ
ルゲートフィン、２７は原料ガス供給室２３、原料ガス
分散板２４、改質反応室２５からなる改質反応部、２９
は反応ガス供給室、３０は部分酸化反応室、３１は反応
ガス分散板、３２は反応ガス供給室２９、部分酸化反応
室３０、反応ガス分散板３１からなる部分酸化反応部で
ある。なお、原料ガス供給室２３、改質反応室２５、部
分酸化反応室３０、反応ガス供給室２９は伝熱コルゲー
トフィン２６を原料ガス分散板２４、伝熱板２２、反応
ガス分散板３１を介して積層して構成されている。

【００３７】次にこの燃料改質装置の動作について説明
する。気化した改質原料ガス４（メタノールとスチー
ム、または炭化水素とスチーム）が原料ガス室２３に供
給される。原料ガス室２３は金属製の伝熱コルゲートフ
ィン２６から成り、原料ガス４は伝熱コルゲートフィン
２６からの熱伝達により改質反応の動作温度まで予熱さ
れる。金属製の伝熱コルゲートフィン２６は部分酸化反
応部３２と改質反応部２７が積層されるときの機械的強
度を保つ支持部材でもある。原料ガス４は原料ガス室２
３から原料分散板２４を経て、改質反応室２５に分散供
給される。原料分散板２４には平板に小孔が配置されて
いる。小孔の配置パターンや孔径は伝熱コルゲートフィ
ン２６の形状により、原料ガス４が改質反応室２５に均
一に供給されるように配置する。改質反応室２５は、伝
熱コルゲートフィン２６のフィンの両側に改質触媒１６
を装填し、流れた原料ガス４が水蒸気改質反応により水
素リッチの改質ガス７に変換される。改質反応は吸熱反
応であり、反応に必要な熱は部分酸化反応部３２から伝
熱板２２により供給され、伝熱コルゲートフィン２６を
経て改質触媒１６に伝達される。

【００３８】一方、部分酸化反応ガスとなる予混合燃料
２８（メタノールと空気、または炭化水素と空気）を反
応ガス室２９に供給する。反応ガス室２９は金属製の伝
熱コルゲートフィン２６から成り、反応ガス２８を伝熱
コルゲートフィン２６からの熱伝達により反応温度まで
予熱する。反応ガス２８は反応ガス室２９から反応ガス
分散板３１により部分酸化反応室３０に分散して供給さ
れる。反応ガス分散板３１には平板に小孔が配置されて
いる。部分酸化反応室３０は伝熱コルゲートフィン２６
で構成され、分散板３１に面した片側に酸化触媒１５を
装填し、伝熱板に面した片側に改質触媒１６を装填す
る。図３（ｂ）は図２の部分酸化反応部３０のＡ−Ａ断
面を上から透視した図で、反応ガス分散板３１の小孔３
１ａから反応ガスが噴射し、酸化触媒１５を通った後、
改質触媒１６に流れる様子を示したものである。このよ
うに、反応ガス分散板３１から供給された部分酸化反応
ガス２８はまず酸化触媒１５を通り、供給メタノールの
１／３が酸化することにより改質反応に必要な水蒸気が
生成される。つぎに、部分的に酸化された反応ガスがつ
ぎの改質触媒１６を通って、残りのメタノールが水蒸気
改質反応により水素リッチの改質ガス３３に改質され
る。部分酸化反応では供給したメタノールの１／３が酸
化反応に消費され、残りが改質反応に消費される。これ
は、供給メタノールの１／３を酸化させる酸素を含んだ
空気を供給し、供給メタノール／空気比を精密にコント
ロールすることにより達成される。部分酸化反応では、
反応ガス２８が部分的に酸化し、酸化反応の発熱により
高温になった反応ガスが再び吸熱の改質反応に利用され
るので、同じ反応ガスによる直接的な熱伝達が行われ
る。したがって、間接的な伝熱媒体を用いた方式に比べ
て格段に伝熱性能が良くなり、部分酸化反応部３０の酸
化触媒１５で発生した熱は、つぎの改質触媒１６の改質
反応で有効に利用される。このような酸化反応と改質反
応を合わせた部分酸化反応は全体として発熱反応であ
り、余剰の熱は周囲の伝熱コルゲートフィン２６を経て
伝熱板２２により改質反応部２５に有効に供給され、積
層方向の温度分布を小さくすることができる。

【００３９】実施例３．この発明の実施例３に係る燃料改質装置を図４により説
明する。実施例２では部分酸化反応部３０を酸化触媒と
改質触媒に分けて構成したが、本実施例は部分酸化触媒
を単独で用いている。図４は部分酸化触媒を用いた燃料
改質装置の構造を示す断面図であり、３７は部分酸化触
媒である。一般に改質触媒としては銅ー亜鉛、または銅
ークロム系の触媒が使用され、酸化触媒としてはアルミ
ナ、コージェライト担体の白金、パラジウム触媒が使用
される。実施例３では一つの触媒粒子に改質反応を起こ
す成分と燃焼反応を起こす成分の両方を含有させ、包括
した部分酸化反応を生じさせる一種類の触媒３７で部分
酸化反応部３０を構成する。この例では部分酸化反応が
触媒充填部で均一に進行するので、発熱分布はより均一
になり、触媒の最高温度を下げることができる。伝熱
板、改質反応部の構成と作用は、実施例２と同じであ
る。

【００４０】実施例４．この発明の実施例４に係る燃料改質装置を図５により説
明する。この実施例は伝熱コルゲートフィン２６に改質
触媒１６、部分酸化触媒３７をコーティングして一体化
させた例である。この実施例では、熱は伝熱コルゲート
フィン２６の壁面から直接的に固体内の熱伝導によりコ
ーティングされた触媒に伝わるので、充填層の触媒の対
流熱伝達、輻射熱伝達に比べて極めて速く熱が伝達され
る。触媒作用やガスの流れについては実施例２、３と同
様である。伝熱コルゲートフィン２６と触媒を一体化さ
せる方法にはつぎのようなものがある。通常、改質触媒
１６や酸化触媒１５はアルミナ、マグネシア、コージェ
ライトなどのセラミック多孔質体に、銅、亜鉛、ルテニ
ウム、白金、パラジウムなどのような触媒活性物質を担
持させたもので構成される。一方、伝熱フィン２６の材
質には鋼とニッケル、クロムの合金であるステンレス鋼
やインコネルが使用される。伝熱コルゲートフィン２６
の表面に触媒膜を形成させるためには、例えば、触媒の
担体になるアルミナ、マグネシア、コージェライトなど
の物質をプラズマ溶射等の溶射法により0.5〜1.0mm程度
の厚さになるように伝熱フィン２６の表面に固定する。
触媒の担体物質を固定した伝熱フィン２６を触媒活性の
ある銅、亜鉛、ニッケルなどの金属塩の水溶液中に浸漬
させ、活性金属を例えば担体の２〜３０重量％付着させ
た後、乾燥、熱分解の工程をとるという方法を用いるこ
とができる。また、伝熱フィン２６の表面に通常の触媒
粉末を溶射した後、活性化することもできる。また、電
気泳動法により多孔質性担体層を形成した後、活性金属
を含む溶液に浸漬し、活性金属を付着させた後、活性化
を行った触媒や、改質触媒として一般に用いられるラネ
ー触媒（例えばニッケル含有量30〜50％のニッケルーア
ルミニウム合金層を伝熱コルゲートフィン２６の表面に
設け、しかる後にアルミニウムを展開することにより得
られる表面積の大きなラネーニッケル触媒）など、伝熱
フィン２６の表面に形成される適当な活性を持った触媒
であれば、同等の効果をあげる触媒として使用すること
ができる。

【００４１】実施例５．この発明の実施例５に係る燃料改質装置の運転方法を図
６（ａ）〜（ｃ）により説明する。図において、３４は
燃料電池、３５は燃料改質装置である。まず、図６
（ａ）に示すように、燃料改質装置の起動時には燃料ガ
スとしてメタノール１を用いる。予熱・混合したメタノ
ール１と空気１０の混合気２８（量論比はメタノール１
モルと酸素０．５モルの割合）を部分酸化反応部３２に
供給する。メタノールの酸化反応は白金またはパラジウ
ム系の触媒を用いれば、室温に近い温度で容易に行わ
れ、後続の改質触媒により残りのメタノールが水素に改
質される。部分酸化反応は全体として発熱反応なので、
燃料電池３４に必要な水素を迅速に供給しながら、燃料
改質装置３５全体を均一に加熱することができる。

【００４２】燃料改質装置３５の改質反応部２７が水蒸
気改質反応の動作温度まで上昇した時、図６（ｂ）に示
すように、改質原料ガス４を改質反応部２７に供給す
る。ここでは水蒸気改質触媒により原料ガス４から水素
を生成する。水蒸気改質反応は吸熱反応であるので、部
分酸化反応による発熱とバランスし、燃料改質装置３５
全体は適切な動作温度に維持される。このように改質反
応と部分酸化反応を同時に生じさせた時、この改質器の
水素製造能力を増加させることができ、燃料電池３４の
最大負荷が要求する水素が供給される。

【００４３】燃料電池３４の負荷が減少し、改質反応部
２７だけで電池に必要な水素を供給できるときには、部
分酸化反応部３２に供給したメタノール／空気に替えて
電池オフガス９を反応ガス室に供給し、燃焼用の空気１
０を別に供給する。このとき部分酸化反応部３２は電池
オフガス９の触媒燃焼部３６に置き替わり、改質反応に
必要な熱を供給する役割だけを果たす。水蒸気改質反応
は部分酸化反応よりも水素の変換効率が高いので、効率
の良い運転が実現できる。この様に、起動時や、燃料電
池の最大出力時、負荷変動時には部分酸化反応を用いて
起動時間の短縮や良好な負荷応答性を達成するととも
に、一定負荷で効率を重視する場合には、部分酸化反応
を燃料電池オフガスの触媒燃焼に切り替え、改質反応部
だけで燃料電池の定格運転時に必要な水素を生成するこ
とにより、効率の良い運転が可能になる。

【００４４】実施例６．この発明の実施例６に係る燃料改質装置の基本的構成と
作用を図７により説明する。図７において、３８は炭化
水素またはアルコール等の液体燃料、３９は細管で分岐
網を形成して小孔から液体燃料を噴出する液体燃料分岐
マニホールド、４０は金属メッシュから成る蒸発促進
体、４１は発生した蒸気を改質反応部または部分酸化反
応部に供給する蒸気分散板、４２は高熱伝導性の金属か
ら成り蒸発に必要な熱を伝達する均熱板、４３は蒸発熱
を供給する電熱ヒータ、４４は電熱ヒータ下部に設けら
れた断熱材、４５は平板型燃料気化器である。なお、本
実施例で示す燃料改質装置は図７に示されるように平板
型燃料気化器４５と一体化されることにより原料ガスや
反応ガスが面内で均一に得られ、かつ小型の装置となる
ので特に有効である。

【００４５】次に上記平板型燃料気化器４５の動作につ
いて説明する。液体燃料３８を液体燃料分岐マニホール
ド３９に供給する。図８に分岐マニホールドの一例を示
す。この例では分岐マニホールド３９は１本の主配管３
９ａと数本の分岐管３９ｂから成る。主配管３９ａに供
給された液体燃料３８は、分岐管３９ｂに分岐して流
れ、主配管３９ａと分岐管３９ｂ上の多数の液体燃料供
給小孔３９ｃから蒸発促進体４０の上に滴下する。滴下
した液体燃料は蒸発促進体４０の金属メッシュの細孔に
充満し、均一に分散する。蒸発に必要な熱は電熱ヒータ
４３から供給される。電熱ヒータ４３と蒸発促進体４０
の間には例えばアルミニウムなどの高熱伝導性金属から
成る均熱板４２を設け、電熱ヒータ４３の熱を蒸発促進
体４０に均一に伝達する。均熱板４２から伝達された熱
は蒸発促進体４０の金属メッシュから液体燃料３８に伝
えられ蒸発を生じる。発生した蒸気は平面内に多数の小
孔が配置された蒸気分散板４１を通って、燃料改質装置
３５の改質反応部または部分酸化反応部に供給される。
以上のように、本実施例の平板型燃料気化器は、平板の
面内に均一に蒸発を生じさせるとともに、電熱ヒータか
ら伝達される熱が液体燃料の気化に有効に使われる。

【００４６】図９に液体燃料分岐マニホールド３９を形
成する別の分岐網を示す。図９は直管３９ｂを交差させ
分岐網を形成して例で、交差箇所で管を少し曲げて交差
させ、分岐網の溶接箇所を減らしている。また、他の管
と交差しない箇所に小孔３９ｃを設け、すべての小孔３
９ｃの水平位置を同じにすることにより液体燃料３８が
それぞれの小孔３９ｃから同時に噴射するようにした。
図１０は直管を交差せず、継手３９ｄを用いて分岐網を
形成した例である。継手３９ｄと直管３９ｂを連結する
ため、溶接あるいは継手を加熱した締まりバメを施す。

【００４７】実施例７．上記実施例６では主配管と分岐管から分岐網を形成した
が、平板の内部に分岐網が形成されるように平板に穴明
け加工を施工する方法もある。図１１に平板内部に分岐
網３９を形成した例を示す。ドリルを使って平板を穴明
け加工することにより容易に分岐網３９を形成すること
ができる。また、分岐網３９を形成する芯材を鋳型で形
成し、平板に溶融金属を流し込み、後に芯材のみを除去
して分岐網３９を形成する方法もある。内部に分岐網３
９を形成した平板は、小孔３９ｃを配置した表面に蒸発
促進体４０を設け液体燃料を蒸発させる。また、平板内
部に電熱ヒータと蒸気溜まりを設け、内部で蒸発させる
ことも考えられる。この場合、分岐網の小孔３９ｃは蒸
気分散板となり、この平板上に燃料改質装置の改質反応
部または触媒燃焼部を直接設ければ良い。

【００４８】実施例８．改質反応にはメタノールと水の蒸気が必要であるが、部
分酸化反応にはメタノール蒸気と空気の混合気が必要に
なる。そこで、メタノールを蒸発させながら空気と混合
する方法について述べる。図１２は内部に液体燃料分岐
マニホールドと空気分岐マニホールドをもつ平板を上か
ら見た図で、図で３９は液体燃料分岐マニホールド、４
６は空気分岐マニホールドである。平板側面の両端から
液体燃料３８と空気１０を供給し、液体燃料分岐マニホ
ールド３９と空気分岐マニホールド４６の通路を平面内
で交互に配置する。燃料３８と空気１０が噴射する小孔
３９ｃ、４６ｃを配置した平面上に伝熱コルゲートフィ
ン２６を図１２に示すように設け、空気１０と燃料３８
を混合する。燃料蒸気が噴射する小孔３９ｃと空気が噴
射する小孔４６ｃは、伝熱コルゲートフィン２６の形状
に合わせて千鳥に配置する。図１３に平板型燃料気化器
の蒸気噴射小孔３９ｃと空気噴射小孔４６ｃと伝熱コル
ゲートフィン２６を合わせた断面構成を示す。伝熱コル
ゲートフィン２６は実施例２で使用したオフセット断続
面形状のものを用いる。このコルゲートフィンの片面に
燃料蒸気３８ａと空気１０を噴射させる。噴射した燃料
蒸気３８ａと空気１０はコルゲートフィン２６の側壁と
平行方向に流れ、蒸気の流れと空気の流れが衝突するこ
とにより両者の均一な混合が促進される。混合気はコル
ゲートフィンの片面に流れ込み、ここから分散板を通っ
て部分酸化反応部に供給される。

【００４９】実施例９．次に実施例９に係る燃料改質装置について述べる。本実
施例は平板型燃料気化器を、改質反応部と部分酸化反応
部から成る積層型燃料改質器と一体化し、かつ部分酸化
反応部から発生する余剰熱を液体燃料の気化に利用する
ようにしたものである。平板型燃料気化器を改質器の上
下に設置したものの部分断面構成図を図１４に示す。図
において、４５ａはメタノール１と水２の気化器であ
り、この燃料改質装置は上から順に、メタノール１と水
２の気化器４５ａ、改質反応部２７、部分酸化反応部３
２、メタノール気化／空気混合器４５ｂから構成され
る。供給されたメタノール１と水２は気化器４５ａの平
面内で均一に蒸発する。蒸発に必要な熱は部分酸化反応
の発熱により伝熱板２２、伝熱コルゲートフィン２６を
伝わって供給される。発生したメタノールと水の蒸気は
分散板４１を通って、改質反応部２７に分散して供給さ
れ、ここで水素リッチの改質ガス７に改質される。一
方、下部のメタノール気化／空気混合器４５ｂには空気
１０とメタノール３８を別々に供給し、メタノール３８
を蒸発させるとともに発生した蒸気を空気１０と均一に
混合させる。蒸発熱は部分酸化反応の発熱により伝熱コ
ルゲートフィン２６を伝わって供給される。メタノール
と空気の混合気２８は分散板を通って、部分酸化反応部
３２に分散して供給され、水素リッチの改質ガス３３に
改質される。このように一体化することにより、配管や
空間を節約でき、コンパクトな構造を実現することがで
きるとともに、蒸気の凝縮を確実に防止することができ
る。また、部分酸化反応部の発熱を液体燃料の気化に有
効に使うことができる。

【００５０】なお、上記実施例では平板型燃料気化器
を、改質反応部と部分酸化反応部から成る積層型燃料改
質器と一体化したが、改質反応部と触媒燃焼部から成る
燃料改質器と一体化し、触媒燃焼部から発生する余剰熱
を液体燃料の気化に利用するようにしてもよい。あるい
は、平板型燃料気化器を、部分酸化反応部から成る燃料
改質器と一体化し、部分酸化反応部から発生する余剰熱
を液体燃料の気化に利用するようにしてもよい。

【００５１】実施例１０．次に実施例１０に係る燃料電池装置について述べる。本
実施例は平板型燃料気化器を燃料電池と一体化し、燃料
電池から発生する余剰熱を液体燃料の気化に利用すると
ともに、平板型燃料気化器と燃料電池を交互に複数個積
層し、それぞれの燃料気化器に流れる液体燃料流量を独
立に調節して燃料電池スタックの温度を制御するように
したものである。本実施例の基本的構成と動作を図１５
に示す。積層された複数の燃料電池（燃料電池スタッ
ク）６０の間に複数個（この場合は３個）の平板型燃料
気化器６１を配置する。液体燃料（アルコールと水）３
８は液体燃料ポンプ６２により燃料気化器６１に供給さ
れる。それぞれの燃料気化器に入る前に、流量調整弁６
３を設け、燃料気化器に流れる液体燃料流量をそれぞれ
独立に制御する。燃料改質装置が起動し、水素リッチの
改質ガスが燃料電池６０に供給され、発電が行われる。
電池反応による発熱により燃料電池スタック全体が加熱
され、電池の動作温度内に実際の電池スタック温度をコ
ントロールする必要性が生じる。各燃料電池の温度をモ
ニターし、高温部分に近い燃料気化器に多くの液体燃料
を流すような信号を発生させ、その信号を流量調整弁６
３に送信し、液体流量を制御することにより各電池の温
度を動作温度の範囲内に各々独立にコントロールする。
固体高分子型燃料電池の場合、動作温度は８０〜１００
℃の範囲でコントロールしなければならない。液体燃料
がメタノールと水の混合溶液の場合、蒸発温度は６５℃
〜１００℃であり、混合液の蒸発を利用して燃料電池温
度を動作温度範囲に収めることは可能である。

【００５２】なお、上記実施例では平板型燃料気化器と
燃料電池を交互に複数個積層し、それぞれの燃料気化器
に流れる液体燃料流量を独立に調節して燃料電池スタッ
クの温度を制御するようにしたが、一組の平板型燃料気
化器と燃料電池を一体化し、燃料電池から発生する余剰
熱を液体燃料の気化に利用するとともに、燃料気化器に
流れる液体燃料流量を調節して燃料電池の温度を制御す
るようにしたものであってもよい。

【００５３】実施例１１．この発明の実施例１１に係る燃料改質装置の基本的構成
と動作を図１６、図１７により説明する。本実施例は水
蒸気改質反応により水素を生成する改質反応部と触媒燃
焼部から成る燃料改質装置に対するものであり、特に触
媒燃焼部に関する実施例である。図１６、１７におい
て、４７は燃料ガスであり、この場合、燃料電池の未利
用の水素を含む電池オフガスである。１０は燃焼用空
気、４８は燃料ガス分岐マニホールド、４６は空気分岐
マニホールド、４８ｃは燃料ガス供給小孔、４６ｃは空
気供給小孔、４９は混合気分散板、４９ｃは混合気供給
小孔である。また、５０はバッフル板、５１は燃焼排ガ
ス、５２は燃焼触媒、５３は触媒燃焼室、５４はガス供
給平板、５５はガス混合部である。なお、図１７は燃料
供給小孔、空気供給小孔、混合気供給小孔とバッフル板
５０の配置を示したものである。

【００５４】次にこの触媒燃焼部の動作を説明する。燃
料ガス４７と燃焼用空気１０がガス供給平板５４に別々
に分散供給され、それぞれの分岐マニホールド４６、４
８からガス供給小孔４６ｃ、４８ｃに供給される。分岐
マニホールドとして図１１に示したものが用いられる。
ガス供給小孔４６ｃ、４８ｃから噴射した燃料ガス４７
と空気１０は、ガス混合部５５内でバッフル板５０に沿
って流れ、混合気供給小孔４９ｃの周囲で燃料ガスと空
気の流れが衝突することにより混合される。図１７で
は、隣合う空気供給小孔４６ｃの間と燃料供給小孔４８
ｃの間にバッフル板５０を設け、空気と空気または燃料
と燃料が混合するのを遮断し、燃料ガス４７と燃焼用空
気１０の混合を促進している。混合気は混合気分散板４
９の供給小孔４９ｃから触媒燃焼室５３に供給され、触
媒燃焼室５３で燃焼触媒５２により燃焼し、燃焼熱が水
蒸気改質反応の熱源として有効に利用される。燃焼触媒
５２としてはアルミナなどの担体に担持された白金、パ
ラジウム触媒を使用することができる。燃焼後の排ガス
５１は触媒燃焼室５３から側面の排気管を通って排気さ
れる。これにより、燃料と空気を平面内で確実に混合し
て供給できるので、安定した燃焼が行なえ、独立した予
混合器の設置スペースも節約できる。また、可燃性混合
気の逆火についてはガス供給平板５４の燃料供給小孔４
８ｃと空気供給小孔４６ｃの孔径を小さく、孔の長さを
充分長くすることにより可燃性混合気の逆流を防ぐこと
ができる。また、混合気が供給小孔に逆流しても、火炎
が小孔にて消火されることにより逆火を防止する。

【００５５】実施例１２．この実施例ではガス供給小孔とバッフル板の他の配置例
を示す。図１８は燃料供給小孔４８ｃとバッフル板５
０、空気供給小孔４６ｃとバッフル板５０の位置を混合
気供給小孔４９ｃの中心からｓの距離だけずらした例で
ある。

【００５６】空気供給小孔４６ｃから噴射した空気１０
はバッフル板５０に沿って平行に流れ、混合気供給小孔
４９ｃの円周方向を旋回する。燃料供給小孔４８ｃから
噴射した燃料ガス４７は同様にバッフル板５０に沿って
平行に流れ、混合気供給小孔４９ｃの円周方向を空気１
０と一緒に旋回しながら混合し、混合気供給小孔４９ｃ
から触媒燃焼室５３に供給される。この例では、対向し
て流れてきた燃料ガス４７と空気１０が混合気供給小孔
４９ｃの円周方向を旋回することにより燃料ガス４７と
空気１０の混合が促進される。

【００５７】前述した例では、燃料ガスと空気が衝突し
た後、即座に混合気供給小孔に供給されるため、燃料と
空気の混合が不十分になる場合も考えられる。燃料ガス
と空気を充分混合させるためには、衝突してから混合気
供給小孔に至るまでの距離を長くするのが望ましい。そ
こで、燃料ガスと空気の衝突空間と混合気の供給空間を
別に設けることにする。図１９は混合気供給小孔４９ｃ
をバッフル板５０で隔離された隣の部屋に設けた例であ
る。空気供給小孔４６ｃから噴射した空気１０と燃料供
給小孔４８ｃから噴射した燃料ガス４７は衝突により混
合しながら隣の部屋に流れ込み、混合気供給小孔４９ｃ
から触媒燃焼室に供給される。この例では、燃料ガス４
７と空気１０が衝突してから混合気供給小孔４９ｃに到
達するまでの距離が長いので、燃料ガスと空気のより均
一な混合を行うことができる。

【００５８】実施例１３．実施例１１及び実施例１２では燃料ガスと空気の混合を
促進するため、流路にバッフル板を設けたが、燃料ガス
と空気の供給小孔と混合気の供給小孔の配置を考慮する
ことにより、バッフル板を設けなくても燃料ガスと空気
を混合することができる。図２０は、本実施例の燃料ガ
ス、燃焼用空気、混合気の供給小孔の配置を示したもの
である。図２０において、４８ｃは燃料ガスの供給小
孔、４６ｃは燃焼用空気の供給小孔、４９ｃは混合気の
供給小孔である。

【００５９】この実施例の動作について説明する。図２
０では２つの空気供給小孔４６ｃと２つの燃料供給小孔
４８ｃを正方形に配置し、正方形の中心に混合気供給小
孔４９ｃを配置する。燃料供給小孔４８ｃから噴射した
燃料ガス４７は中心の混合気供給小孔４９ｃに向かって
流れる。一方、空気供給小孔４６ｃから噴射した空気１
０も中心の混合気供給小孔４６ｃに向かって流れ、燃料
ガス４７と空気１０は混合気供給小孔４９ｃの上で衝突
し、燃料ガス４７と空気１０が混合される。

【００６０】図２１は燃料ガス、空気、混合気の供給小
孔の別の配置パターンを示す例である。図２１では４つ
の空気供給孔４６ｃを正方形に配置し、正方形の中心に
燃料供給小孔４８ｃを配置する。混合気供給小孔４９ｃ
は環状の４つの部分から成り、それぞれが空気供給小孔
４６ｃと燃料供給小孔４８ｃの間に位置する。空気供給
小孔４６ｃから噴射した空気１０は、正方形の中心に向
かって流れる。一方、燃料供給孔４８ｃから噴射した燃
料ガス４７は、中心から半径方向に広がって流れ、混合
気供給小孔４９ｃの上で空気１０と衝突してガス燃料４
７と空気１０が混合される。混合気は環状の供給小孔４
９ｃを通って触媒燃焼室に供給される。触媒燃焼室で
は、１つの燃焼触媒粒子５２が４つの環状の供給小孔４
９ｃの内側に置かれ、混合気５５は、図２１（ｂ）（図
２１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図）に示すように燃
焼触媒５２の外表面を通って触媒の有効な反応サイトへ
供給される。これより燃焼触媒５２には充分に混合され
た燃料ガス４７と空気１０が供給され、安定した燃焼が
行われる。この例では混合気５５の供給小孔４９ｃは４
つの環状部分から成り、やや複雑な形状をしているが、
混合気分散板をアルミニウムやステンレスの薄板から製
作し、打ち抜き加工または化学的なエッチング処理によ
り比較的容易に薄板の平面に複雑な形状の孔明け加工を
実施することができる。

【００６１】実施例１４．この発明の実施例１４に係る燃料改質装置の基本的構成
を図２２に示す。図において、７１は燃料ガス供給平
板、７２は燃料ガス分散板、７３は空気供給平板（燃料
空気混合平板）、７４は混合気分散板、７５は触媒燃焼
平板であり、これらにより触媒燃焼部３６が構成され
る。また、７６は改質反応平板、７７は原料ガス分散
板、７８は原料ガス供給平板、７９は仕切板であり、こ
れらにより改質反応ユニット７０が構成されている。本
実施例では上下両端の触媒燃焼部３６の間に改質反応ユ
ニット７０を多層積層して多層改質反応部２７とし、全
体の燃料改質装置を構築する。

【００６２】上記燃料改質装置の具体的構成を図２３に
示す。図において、６５は燃料ガス供給管、６６は空気
供給管、６７は燃焼ガス排気管、６８は原料ガス供給
管、６９は改質ガス排気管、４８は燃料ガス供給マニホ
ールド、４６は空気供給マニホールド、９２は燃焼ガス
排気マニホールド、９３は原料ガス供給マニホールド、
９４は改質ガス排気マニホールド、９５は上端板、９６
は下端板である。

【００６３】図２４、図２５、図２６は各々上記燃料改
質装置の原料ガス−改質ガス、空気−燃焼ガス、燃料ガ
ス−燃焼ガスの流れの様子を示したものである。図２４
は図２３のＡ−Ａ線での断面、図２５はＢ−Ｂ線での断
面、図２６はＣ−Ｃ線での断面を示す。

【００６４】つぎに本実施例の動作について説明する。
図２４において、改質原料ガス４は上端板９５に取り付
けられた原料ガス供給管６８に供給される。原料ガス４
は原料ガス供給マニホールド９３の内部を下方に流れ、
それぞれの改質反応部の原料ガス供給室７８ａ、７８ｂ
に分配された後、原料ガス分散板７７を通って改質反応
室７６ａ、７６ｂに流れる。原料ガスは改質反応室に充
填された改質触媒１６により水素リッチの改質ガスにな
る。それぞれの改質反応室の改質ガスは、改質ガス排気
マニホールド９４に集められ、下方に流れて、下端板９
６に取り付けられた改質ガス排気管６９から排出され、
燃料電池の燃料極に供給される。

【００６５】図２５において、燃焼用の空気１０は下端
板９６に取り付けられた空気供給配管６６に供給され
る。空気１０は下端板９６の空気供給室７３ａに供給さ
れる分と空気供給マニホールド４６を上方に流れ、上端
板の空気供給室７３ｂに供給される分とに分岐する。上
下の端板の空気供給室７３ａ、７３ｂでは、空気１０と
燃料分散板７２を通ってきた燃料ガスが混合し、混合気
を形成する。混合気は混合気分散板７４を通って触媒燃
焼室７５ａ、７５ｂに供給され、燃焼触媒１５により燃
焼する。下側の触媒燃焼室７５ａの燃焼ガス５１は燃焼
ガス排気マニホールド９２の中を上方に流れ、マニホー
ルドの上部で上側の触媒燃焼室７５ｂの燃焼ガス５１と
合流し、上端板９５に取り付けられた燃焼ガス排気管６
７から排出される。

【００６６】一方、図２６において、燃料電池で利用さ
れた後の燃料ガス４７は、下端板９６に取り付けられた
燃料ガス供給配管６５に供給される。燃料ガス４７は下
端板９６の中にある燃料ガス供給室７１ａに供給される
分と燃料ガス供給マニホールド４８を上方に流れ、上端
板９５の中にある燃料ガス供給室２１ｂに供給される分
に分岐する。なお、燃料ガス供給マニホールド４８は空
気供給マニホールド４６の隣に位置する。上下の端板９
５、９６の燃料ガス供給室２１ａ、２１ｂに供給された
燃料ガスは、燃料分散板７２を通って空気供給室７３
ａ、７３ｂに供給され、空気と混合し混合気を形成す
る。

【００６７】本実施例では、上下に配置した触媒燃焼部
３６の間に多層の改質反応部２７を設けている。これよ
り、燃焼触媒に比べて改質触媒を多く充填することがで
きる。燃焼触媒の反応速度は、改質触媒の反応速度に比
べて一桁以上大きく、本来、燃焼触媒量は改質触媒量の
数分の一で充分である。改質触媒を多層構造にすること
により、燃焼触媒と改質触媒の間の負荷のバランスを適
切にすることができ、小型の装置で、多量の改質ガスを
より効率よく発生させることができる。また、多層改質
反応部２７の（上下）両面から触媒燃焼部３６により改
質反応部２７を加熱するので、改質反応に必要な熱を確
実に伝えることができる。なお、多層改質反応部２７の
積層数は積層方向の温度分布が触媒の動作温度範囲に収
まるように設計する必要がある。また、本実施例では一
つの改質反応ユニット７０には、二つの改質反応室とそ
の間に原料ガス分散板と原料ガス供給室を設け、原料ガ
スを流れ方向に分散させる空間を共有することにより、
原料ガス供給室の空間を節約して、より小型の装置を実
現している。

【００６８】実施例１５．この発明の実施例１５に係る燃料改質装置を図２７に示
す。本実施例では、改質反応ユニット７０を一つの改質
反応平板７６と原料ガス供給平板７８、その間の原料ガ
ス分散板７７から構成した。実施例１４に比べると改質
反応平板７６に対する原料ガス供給平板７８の空間の割
合が増加するので、触媒充填量が減少するが、流路構成
はシンプルになる。ただし、原料ガス流路の高さを実施
例１４に比べて半分にして、改質反応ユニット７０をも
う一層追加すれば、全体の積層高さは同じで同量の改質
触媒量を確保することができる。触媒燃焼部の構造、燃
料ガス、空気、燃焼ガスの流れについては実施例１４と
同様である。

【００６９】実施例１６．この発明の実施例１６に係る燃料改質装置を図２８に示
す。実施例１４、１５は原料ガス供給平板７８に何も充
填せず、原料ガス供給流路の高さも同じにし、それぞれ
の改質反応ユニット７０に原料ガス４が均等に分配され
るように考慮した。本実施例では、図２８に示すように
各改質反応ユニットの原料ガス供給流路に反応に関与し
ないアルミナ、シリカ等の充填粒子１００を充填し、流
路の圧力損失を調節することにより各改質反応ユニット
に流れる原料ガス流量を調節可能にした。即ち、図２８
において、上から順に改質反応ユニットを７０１、７０
２、７０３とし、各改質反応ユニットにそれぞれ充填粒
子１００を重量がｗ₁〉ｗ₂〉ｗ₃ となるように充填する
と、各改質反応ユニット７０１、７０２、７０３に流れ
る原料ガス流量Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃ は、Ｑ₁〈Ｑ₂〈Ｑ₃ とな
り、触媒燃焼部３６に近い部分の改質反応ユニットに原
料ガスが多く流れるようにする。従って温度の高い部
分、即ち改質触媒の反応速度が高い部分により多くの原
料ガスが供給され、動作温度に応じた改質触媒の性能を
有効に発揮することができる。

【００７０】なお、原料ガス流路の高さを変えることで
もガス流量を調節することができる。図２９はこのよう
な実施例を示すものであり、触媒燃焼部３６に近い部分
の改質反応ユニットに原料ガスが多く流れるように、流
路高さｈを触媒燃焼部３６に近いほど大きくしている
（ｈ₁〈ｈ₂〈ｈ₃）。

【００７１】以上のように、原料ガスが原料ガス供給室
に均等に分配され、さらに原料ガス分散板の分散孔から
改質反応室に均一に供給されれば、多層改質反応部の全
域にわたって均一な反応分布、即ち吸熱分布を維持する
ことができる。改質器全体の温度分布は、主に多層改質
反応部の吸熱分布と触媒燃焼部の発熱分布により決定さ
れ、発熱分布と吸熱分布の両方とも、面内で均一化され
ていれば、均一な面内温度分布を実現することができ
る。また、積層方向の温度分布は、発熱量と吸熱量、触
媒と反応ガス、伝熱壁面の間の熱伝達に大きく依存す
る。概して、多層改質反応部では触媒燃焼部に近い部分
が高温になり、中央部で低温になる。本来、高温部分の
改質触媒は低温部分の改質触媒より反応速度が高く、よ
り多くの流量の原料ガスを改質する能力がある。したが
って、多層改質反応部分では各改質反応部に原料ガスを
均等に分配するのではなく、高温部分により多くの原料
ガスを供給するのがより有効な手段である。従って上述
したように充填粒子や流路高さの調整によって、多層改
質反応部における原料ガス流量を調整し、温度の高い部
分、即ち改質触媒の反応速度が高い部分により多くの原
料ガスを供給すれば、動作温度に応じた改質触媒の性能
を有効に発揮することができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、部分酸化反応部と改質
反応部を伝熱板を介して積層したので、装置が小型化す
るとともに、両方から水素リッチの改質ガスを生成する
ことができる。

【００７３】また、本発明によれば、上記部分酸化反応
部と上記改質反応部を各々積層方向にフィンを有する伝
熱フィンを用いて構成するとともに、フィンの両側に改
質触媒、または部分酸化触媒等を配置して構成したの
で、部分酸化反応部から改質反応部への伝熱が促進さ
れ、積層方向の温度分布を小さくすることができる。

【００７４】また、本発明によれば、燃料電池の起動時
や最大出力時及び負荷変動時には部分酸化反応を用いて
起動時間の短縮や良好な負荷応答性を達成するととも
に、一定負荷で効率を重視する場合には、部分酸化反応
を燃料電池オフガスの触媒燃焼に切り替えることにより
効率の良い運転が可能になる。

【００７５】また、本発明によれば、燃料気化器を液体
燃料分岐マニホールド、蒸発促進体、均熱板、熱供給
源、及び蒸気分散板から構成したので、改質器と一体化
しやすくなり、コンパクトな燃料改質装置が得られる。
また、平板の面内に均一に蒸発を生じさせ、蒸気を燃料
改質装置の改質反応部または部分酸化反応部に均一に供
給することができる。

【００７６】また、本発明によれば、上記平板型気化器
と改質器とを一体化したので、コンパクトな構造を実現
することができるとともに、蒸気の凝縮を確実に防止す
ることができる。また、部分酸化反応部や触媒燃焼部の
発熱を液体燃料の気化に有効に使うことができる。

【００７７】また、本発明によれば、燃料改質装置の触
媒燃焼部において、ガス供給平板の内部に燃料分岐マニ
ホールドと空気分岐マニホールドを設け、面内に配置し
た燃料供給小孔と空気供給小孔から燃料ガスと空気を分
散して供給し、平面内で混合した後、混合気分散板から
触媒燃焼室に混合気を供給するので、安定した燃焼を行
うとともに、独立した予混合器の設置スペースを節約
し、小型の燃料改質装置を得ることができる。

【００７８】また、本発明によれば、改質反応部の上下
端に触媒燃焼部を設けるとともに、上記改質反応部は、
原料ガス供給室、原料ガス分散板、改質反応室、仕切板
から成る改質反応ユニットを複数個積層した多層構成と
し、さらに上記原料ガス供給室の流路高さを調節する、
あるいは上記原料ガス供給室に粒子を充填して充填粒子
量を調節するようにしたので、改質触媒の充填量が増加
し、燃焼触媒との負荷の差が適切にでき、小型の装置
で、多量の改質ガスをより効率よく発生させることがで
きる。また、多層改質反応部の原料ガスの分配流量を調
節し、高温部分に多くの原料ガスを供給することにより
動作温度に応じた改質触媒の性能を発揮させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による燃料改質装置の基本
的構成を示す構成図である。

【図２】本発明の実施例２による燃料改質装置の主要
部を示す断面構成図である。

【図３】本発明の実施例２に係る伝熱コルゲートフィ
ンの構造を示す斜視図、及び部分酸化反応部の触媒配置
とガスの流れを示す説明図である。

【図４】本発明の実施例３による燃料改質装置の主要
部を示す断面構成図である。

【図５】本発明の実施例４による燃料改質装置の主要
部を示す断面構成図である。

【図６】本発明の実施例５による燃料改質装置の運転
方法を説明する説明図である。

【図７】本発明の実施例６による燃料改質装置の基本
的構成を示す斜視構成図である。

【図８】本発明の実施例６に係る液体燃料分岐マニホ
ールドの一例を示す斜視図である。

【図９】本発明の実施例６に係る液体燃料分岐マニホ
ールドの他の例を示す斜視図である。

【図１０】本発明の実施例６に係る液体燃料分岐マニ
ホールドの他の例を示す斜視図である。

【図１１】本発明の実施例７に係る液体燃料分岐マニ
ホールドの一例を示す斜視図である。

【図１２】本発明の実施例８に係る平板型燃料気化器
における燃料及び空気の噴射小孔の配置を示す平面構成
図である。

【図１３】本発明の実施例８に係る平板型燃料気化器
における燃料及び空気の噴射小孔と伝熱コルゲートフィ
ンの配置を示す断面構成図である。

【図１４】本発明の実施例９による燃料改質装置の基
本的構成を示す断面構成図である。

【図１５】本発明の実施例１０による燃料電池装置の
構成を示す構成図である。

【図１６】本発明の実施例１１に係る燃料改質用触媒
燃焼部の基本的構成と作用を示す構成図である。

【図１７】本発明の実施例１１に係る燃料改質用触媒
燃焼部における燃料ガス、空気、及び混合気の供給小孔
とバッフル板の配置を示す説明図である。

【図１８】本発明の実施例１２に係る燃料改質用触媒
燃焼部における燃料ガス、空気、及び混合気の供給小孔
とバッフル板の配置を示す説明図である。

【図１９】本発明の実施例１２に係る燃料改質用触媒
燃焼部における燃料ガス、空気、及び混合気の供給小孔
とバッフル板の他の配置を示す説明図である。

【図２０】本発明の実施例１３に係る燃料改質用触媒
燃焼部における燃料ガス、空気、及び混合気の供給小孔
の配置を示す説明図である。

【図２１】本発明の実施例１３に係る燃料改質用触媒
燃焼部における燃料ガス、空気、及び混合気の供給小孔
の他の配置を示す説明図である。

【図２２】本発明の実施例１４による燃料電池装置の
構成を示す構成図である。

【図２３】本発明の実施例１４による燃料電池装置の
具体的構成を示す斜視構成図である。

【図２４】本発明の実施例１４による燃料電池装置の
原料ガスの流れを模式的に示す断面構成図である。

【図２５】本発明の実施例１４による燃料電池装置の
空気の流れを模式的に示す断面構成図である。

【図２６】本発明の実施例１４による燃料電池装置の
燃料ガスの流れを模式的に示す断面構成図である。

【図２７】本発明の実施例１５による燃料電池装置の
構成を示す断面構成図である。

【図２８】本発明の実施例１６による燃料電池装置の
構成を示す断面構成図である。

【図２９】本発明の実施例１６による燃料電池装置の
他の構成を示す構成図である。

【図３０】従来のメタノール改質装置を示す構成図で
ある。

【図３１】部分酸化法をもちいた従来の改質器を示す
断面構成図である。

【図３２】部分酸化法をもちいた従来の他の改質器を
示す断面構成図である。

【図３３】従来の溶融炭酸塩型燃料電池用のプレート
・リフォーマの構造を示す部分断面構成図である。

【図３４】従来の溶融炭酸塩型燃料電池用のプレート
形改質装置の構成部品を示す斜視構成図である。

【図３５】従来の溶融炭酸塩型燃料電池用のプレート
形改質器の構造を示す部分断面構成図である。

【符号の説明】

１メタノール２水４改質原料ガス７改質ガス９電池オフガス１０空気１５酸化触媒１６改質触媒２２伝熱板２３、７８ａ、７
８ｂ原料ガス供給室２４、７７原料ガス分散板２５、７６ａ、７
６ｂ改質反応室２６伝熱コルゲートフィン２７改質反応部２８予混合燃料２９反応ガス供
給室３０部分酸化反応室３１反応ガス分
散板３２部分酸化反応部３３改質ガス３４燃料電池３５燃料改質装
置３５ａ燃料改質ユニット３６触媒燃焼部３７部分酸化触媒３８液体燃料３９液体燃料分岐マニホールド３９ｃ液体燃料
供給小孔４０蒸発促進体４１蒸気分散板４２均熱板４３電熱ヒータ４５平板型燃料気化器４６空気分岐マ
ニホールド４６ｃ空気供給小孔４７燃料ガス４８燃料ガス分岐マニホールド４８ｃ燃料ガス
供給小孔４９混合気分散板４９ｃ混合気供
給小孔５０バッフル板５２燃焼触媒５３触媒燃焼室５４ガス供給平
板５５ガス混合部６０燃料電池６１燃料気化器７０改質反応ユ
ニット７９仕切板１００充填粒子７０１、７０２、７０３改質反応ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−232701（ＪＰ，Ａ) 特開平６−111838（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／020617（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01B 3/32 C01B 3/38 H01M 8/04 H01M 8/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素またはアルコール原料と空気の
予混合燃料から部分酸化反応により水素を生成する部分
酸化反応部、炭化水素またはアルコール原料と水蒸気の
改質原料ガスから水蒸気改質反応により水素を生成する
改質反応部、及び上記部分酸化反応部から上記改質反応
部へ熱を伝達する伝熱板を備え、上記部分酸化反応部と
上記改質反応部を上記伝熱板を介して積層した燃料改質
装置。
【請求項２】請求項１記載の改質反応部は、原料ガス
供給室、原料ガス分散板、及び改質反応室から成り、上
記改質反応室を積層方向にフィンを有する伝熱フィン、
及び上記フィンの両側に装填した改質触媒により構成
し、部分酸化反応部は、反応ガス供給室、反応ガス分散
板、及び部分酸化反応室から成り、上記部分酸化反応室
を積層方向にフィンを有する伝熱フィン、上記反応ガス
分散板に面した上記フィンの片側に装填した酸化触媒、
及び上記伝熱板に面した上記フィンの片側に装填した改
質触媒により構成した、あるいは上記部分酸化反応室を
積層方向にフィンを有する伝熱フィン、及び上記フィン
の両側に装填し、酸化反応と水蒸気改質反応に有効な成
分を両方とも含有する部分酸化触媒により構成した燃料
改質装置。
【請求項３】請求項１または２記載の燃料改質装置で
生成した水素を燃料として燃料電池を運転する際に、上
記燃料改質装置の起動時には、部分酸化反応部に炭化水
素またはアルコール原料と空気の予混合燃料を供給し、
上記部分酸化反応部から水素を上記燃料電池に供給し、
上記燃料電池の最大出力運転時、及び負荷変動運転時に
は、部分酸化反応の発熱により改質反応部を改質反応の
動作温度まで加熱・昇温させて、上記改質反応部に改質
原料ガスを供給し、改質反応と部分酸化反応を同時に生
じさせて、上記改質反応部と上記部分酸化反応部の両方
から水素を供給し、上記燃料電池の定格運転時には、上
記部分酸化反応部に電池オフガスと空気を供給し、触媒
燃焼させて改質反応に必要な熱を上記電池オフガスの触
媒燃焼により供給し、上記改質反応部だけで上記燃料電
池の定格運転時に必要な水素を生成するようにした燃料
改質装置の運転方法。
【請求項４】液体燃料を面内に分散させる液体燃料分
岐マニホールド、上記液体燃料分岐マニホールドから上
記液体燃料を噴出させる複数の液体燃料供給小孔、上記
液体燃料供給小孔と接して配置され、上記液体燃料を蒸
発させる、発泡金属または金属メッシュから成る蒸発促
進体、上記蒸発促進体と接して配置され、蒸発に必要な
熱を上記蒸発促進体に伝達する金属または合金から成る
均熱板、上記均熱板に接して配置され、蒸発に必要な熱
を供給する熱供給源、及び上記蒸発促進体の面内で発生
した蒸気を、燃料改質器の改質反応部または部分酸化反
応部に分散供給するように平面内に複数の小孔を有した
蒸気分散板で構成された平板型燃料気化器を備えた燃料
改質装置。
【請求項５】請求項４記載の平板型燃料気化器と燃料
改質器とを一体化した燃料改質装置。
【請求項６】炭化水素またはアルコール原料と水蒸気
の改質原料ガスから水蒸気改質反応により水素を生成す
る改質反応部、及び燃焼用空気により燃料ガスを触媒燃
焼させる触媒燃焼部から成る燃料改質装置において、上
記触媒燃焼部は、内部に燃料ガス分岐マニホールドと燃
焼用空気分岐マニホールドを有し、平板表面に複数の燃
料供給小孔と空気供給小孔を配置し、燃料ガスと燃焼用
空気を面内に分散供給するガス供給平板、このガス供給
平板より供給された燃料と空気を混合させるガス混合
部、混合気を触媒燃焼させる触媒燃焼室、上記ガス混合
部と上記触媒燃焼室の間に設けられ、平板表面に複数の
混合気供給小孔を配置し、上記混合気を面内に分散供給
する混合気分散板で構成し、上記燃料供給小孔、上記空
気供給小孔、及び上記混合気供給小孔を面内で相互に対
称に連続して配置するとともに、上記ガス混合部の内部
に、供給される燃料ガスと燃料ガス間、または燃焼用空
気と燃焼用空気間の混合を遮断するバッフル板を、上記
燃料供給小孔と隣の燃料供給小孔の間、または上記空気
供給小孔と隣の空気供給小孔の間に設け、上記燃料供給
小孔と上記空気供給小孔の間に上記混合気供給小孔を配
置することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項７】炭化水素またはアルコール原料と水蒸気
の改質原料ガスから水蒸気改質反応により水素を生成す
る改質反応部、及び燃焼用空気により燃料ガスを触媒燃
焼させる触媒燃焼部からなる燃料改質装置において、上
記改質反応部の上下端に上記触媒燃焼部を設け、上記改
質反応部は、原料ガス供給室、原料ガス分散板、改質反
応室、仕切板から成る改質反応ユニットを複数個積層し
た多層構成とし、上記原料ガス供給室の流路高さを調節
する、あるいは上記原料ガス供給室に粒子を充填して充
填粒子量を調節することにより、各上記改質反応室に供
給する原料ガス流量を調節することを特徴とする燃料改
質装置。