JPH08283002A

JPH08283002A - 燃料改質装置

Info

Publication number: JPH08283002A
Application number: JP7071757A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Ezaki; 義美江崎; Masatoshi Hattori; 雅俊服部; Hidenobu Misawa; 英延三澤; Ichiro Matsuura; 市朗松浦
Original assignee: NGK Insulators Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: NGK Insulators Ltd; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1996-10-29
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP3550436B2

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単で改質率および熱効率が良く、耐
久性の高い燃料改質装置を提供する。【構成】ハウジングの内部に、加熱用通路２５および
内壁面に改質触媒が担持された改質用通路１５を有する
ハニカム構造体３０が収納されている。ハニカム構造体
３０には、横穴１７により連通されハニカム構造体３０
の他方の端部３０ｂが目封じされた改質用通路１５がｙ
軸方向に隣接して並んだ複数の原料ガス流通領域１６
と、横穴２７により連通されハニカム構造体３０の一方
の端部３０ａが目封じされた加熱用通路２５がｙ軸方向
に隣接して並んだ複数の加熱ガス流通領域２６とがｘ軸
方向に交互に配置されている。一方の端部３０ａから改
質用通路１５に流入した原料ガスは、吸熱反応により改
質されて横穴１７から排出される。加熱用ガスは、他方
の端部３０ｂから加熱用通路２５に流入し、改質用通路
１５内の原料ガスを加熱して横穴２７から排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料改質装置に関する
もので、詳細には、燃料電池システム、水素発生装置等
の燃料改質装置に配設される触媒部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電や原子力発電等は化石燃料の化
学エネルギーを熱エネルギーや核エネルギーに変えてか
ら電気エネルギーを得るのに対し、燃料電池は化学エネ
ルギーから直接電気エネルギーを得る。この燃料電池
は、反応物が外部から連続的に供給される化学電池であ
り、燃料電池本体、燃料改質装置、電力変換装置が主な
構成要素であって、これらの構成要素に制御装置、排熱
回収装置等が加わり燃料電池システムを構成する。

【０００３】このうち燃料改質装置は、メタン等の燃料
ガスと水蒸気とを主成分とする原料ガスを水素リッチの
改質ガスへ改質する装置であり、原料ガスを水素と炭酸
ガスと一酸化炭素にする改質器と、改質ガス中の一酸化
炭素を許容濃度以下にするＣＯ変成器とから構成され
る。改質器の触媒としては、ペレット状触媒、ハニカム
状触媒等が知られている。

【０００４】改質器では、反応管内に充たされた触媒層
を原料ガスが通過するとき、原料ガスが改質され、ＣＯ
変成器に供給される。このとき、水蒸気改質法であるか
ら、加熱器で加熱されることにより反応管内での改質反
応が促進され、原料ガスが水素と炭酸ガスと一酸化炭素
を含む改質ガスに変換される。（改質反応）ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ → ３Ｈ₂ ＋ＣＯ −吸熱反応（シフト反応）ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ → ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ −発熱反応

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記改
質反応は吸熱反応であるため、従来の燃料改質装置によ
ると反応進行中触媒内に大きな温度降下が起こり、それ
に伴い反応性も低下する。さらに、原料ガスの温度があ
る程度以下に低下すると、改質反応の際に炭素が析出す
る。

【０００６】従来、ハニカム構造体を用いた改質装置と
しては、セルがすべて同一方向に形成されたハニカム
構造体を触媒担体とし、ハニカム構造体の外部からハニ
カム構造体を加熱することによりセルを流通する原料ガ
スを加熱する改質装置、交互に直行するようにセルを
積層し、加熱用ガスと原料ガスとを直行させて流す改質
装置が知られている。また、特開平３−１０９２０２号
公報には、図１２に示すように、軸方向に貫通する第１
の通路６０とこの第１の通路６０を隔離する隔壁内に設
けられる第２の通路６７とを有する複雑形状のハニカム
構造体を使用して、一方の通路に流通される燃料ガスに
他方の通路に流通される接触燃焼用ガスから熱を供給す
る燃料改質装置が開示されている。

【０００７】しかし、の改質装置によると、ハニカム
部分の伝熱が悪いため、水蒸気改質反応のように吸熱反
応を行う場合にはハニカム構造体の太さ方向の中心部に
おいて原料ガスの温度が下がり改質効率が低下するとい
う問題がある。ハニカム構造体の太さ方向の中心部にお
ける原料ガスの温度低下を防ぐために反応管を細くする
と、所望の改質能力を得るためには多くの反応管本数が
必要なため改質装置が大型化するという問題がある。

【０００８】一方、の改質装置によると、ハニカム構
造体の製造コストが高く、加熱用ガスと原料ガスとを分
離するためにはセルの積層断面上でガスシールを行う必
要がある。また、特開平３−１０９２０２号公報に示さ
れるものではハニカム構造体の構造が複雑であるため、
焼成時および使用時に複雑な熱応力が発生し、ハニカム
構造体が破損しやすいという問題がある。また、第２の
通路６７が複雑な折曲り形状であるため、この第２の通
路６７を流通するガスの圧力損失が大きいという問題が
ある。

【０００９】本発明の目的は、構造が簡単で改質率およ
び熱効率が良く、耐久性の高い燃料改質装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の請求項１記載の燃料改質装置は、隔壁によ
って仕切られた多数の通路を有するハニカム構造体をハ
ウジング内に収めた燃料改質装置であって、前記ハニカ
ム構造体には、前記通路を囲む前記隔壁の表面に燃料ガ
スを改質ガスに変換する改質用触媒層が形成された改質
用通路が隣接して列状に並んだ複数の原料ガス流通領域
と、前記原料ガス流通領域とは前記隔壁を介して隔離さ
れ加熱用ガスを流通する加熱用通路が隣接して列状に並
んだ複数の加熱ガス流通領域とが交互に平行に設けら
れ、前記原料ガス流通領域と前記加熱ガス流通領域との
少なくとも一方は、前記隔壁に設けられた横穴によって
隣接する前記改質用通路または前記加熱用通路が互いに
連通されることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項２記載の燃料改質装置は、
請求項１記載の燃料改質装置であって、前記ハニカム構
造体は、その一方の端部において前記原料ガス流通領域
の開口部が平行列状に目封じされ、前記ハニカム構造体
の他方の端部において前記加熱ガス流通領域の開口部が
平行列状に目封じされていることを特徴とする。本発明
の請求項３記載の燃料改質装置は、請求項１または２記
載の燃料改質装置であって、前記燃料ガスおよび前記加
熱用ガスは、前記ハニカム構造体への流入方向および流
出方向の一方が前記ハニカム構造体の軸方向と平行であ
り他方が前記ハニカム構造体の軸方向に垂直であること
を特徴とする。

【００１２】本発明の請求項４記載の燃料改質装置は、
請求項１、２または３記載の燃料改質装置であって、前
記燃料ガスは前記ハニカム構造体の一方の端部から流入
して前記ハニカム構造体の他方の端部近傍の壁面から流
出し、前記加熱用ガスは前記ハニカム構造体の他方の端
部から流入して前記ハニカム構造体の一方の端部近傍の
壁面から流出することを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項５記載の燃料改質装置は、
請求項１から４のいずれか一項記載の燃料改質装置であ
って、前記改質用通路および前記加熱用通路の横断面の
形状は、角部がＲ形状の多角形状であることを特徴とす
る。

【００１４】

【作用および発明の効果】本発明の請求項１または２記
載の燃料改質装置によると、原料ガス流通領域と加熱ガ
ス流通領域とが交互に平行列状に設けられたハニカム構
造体を使用するので、隔壁を介しての原料ガス流通領域
と加熱ガス流通領域との接触面積が広く、加熱用ガスの
熱によって原料ガスを効率良く加熱することができる。
また、ハニカム構造体の改質用通路を囲む隔壁の表面に
改質用触媒層が設けられているので、改質用通路内を流
通する原料ガスと改質用触媒との接触面積が広くなり、
ハニカム構造体内を流通する間に原料ガスを効率よく改
質することができる。ハニカム構造体は簡単な構造であ
るため、製造が容易であるとともに耐熱衝撃性が高い。
また、上記のセル積層型のハニカム構造体を用いる改
質装置とは異なり、ハニカム構造体の側平面で原料ガス
および加熱用ガスのガスシールを行うことができる。改
質用通路および加熱用通路はハニカム構造体内に直線状
に延びているので、ハニカム構造体内を流通する原料ガ
スおよび加熱用ガスの圧力損失が少ない。

【００１５】本発明の請求項３または４記載の燃料改質
装置によると、ハニカム構造体に対して原料ガスと加熱
ガスとの供給方向および取出方向が互いに直交関係にあ
るので、原料ガスおよび加熱ガス用の配管の設計が容易
である。本発明の請求項５記載の燃料改質装置による
と、ハニカム構造体の横断面において、改質用通路およ
び加熱用通路の角部がＲ形状になっているため、このハ
ニカム構造体の原料ガスおよび加熱ガスの圧力に対する
強度が高い。また、この角部のＲ形状により、ハニカム
構造体の焼成時および原料ガスの改質時に生じる熱衝撃
に対する強度が高くクラックが発生し難いため、ハニカ
ム構造体の耐久性が高い。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。（第１実施例）本発明の第１実施例を図１〜図４に示
す。図４に示すように、主に原料ガス中の燃料ガスと水
蒸気とを改質する燃料改質装置１は、ハウジング１０
と、ハウジング１０内に収められたハニカム構造体３０
とからなる。

【００１７】ハウジング１０の内部において、ハニカム
構造体３０の軸方向の一方の端部３０ａには原料ガス入
口室１１が設けられており、この原料ガス入口室１１か
らハニカム構造体３０内に導入された原料ガスはハニカ
ム構造体３０の内部を通って改質されて改質ガスとな
り、ハニカム構造体３０の他方の端部３０ｂ付近の外周
に設けられた改質ガス出口室１２に集められる。また、
ハウジング１０の内部において、ハニカム構造体３０の
軸方向の他方の端部３０ｂには加熱ガス入口室２１が設
けられており、この加熱ガス入口室２１からハニカム構
造体３０内に導入された加熱用ガスはハニカム構造体３
０の内部を通ってハニカム構造体３０の一方の端部３０
ａ付近の外周に設けられた加熱ガス出口室２２に集めら
れる。原料ガス入口室１１、改質ガス出口室１２、加熱
ガス入口室２１および加熱ガス出口室２２は、それぞれ
原料ガス導入口１３、改質ガス排出口１４、加熱ガス導
入口２３および加熱ガス排出口２４によってハウジング
１０の外部に連通している。改質ガス出口室１２と加熱
ガス出口室２２との間のハニカム構造体３０の外周に
は、断熱材３８が設けられている。

【００１８】次に、ハニカム構造体３０の構造について
述べる。四角柱状のハニカム構造体３０には、図１に示
すｘ軸方向に延びる隔壁３１とｙ軸方向に延びる隔壁３
２とが交差することにより、ｚ軸方向に延びる四角柱状
の通孔が形成されている。図２に示すように、この四角
柱状の通孔は、各通孔の角部がＲ形状になっており、原
料ガスを流通する改質用通路１５と加熱用ガスを流通す
る加熱用通路２５とに分けられる。ハニカム構造体３０
には、改質用通路１５がｙ軸方向に隣接して並んだ原料
ガス流通領域１６と加熱用通路２５がｙ軸方向に隣接し
て並んだ加熱ガス流通領域２６とがｘ軸方向に交互に形
成されている。

【００１９】図３に示すように、加熱用通路２５は、栓
部材２８によりハニカム構造体３０の一方の端部３０ａ
が目封じされている。ハニカム構造体３０の一方の端部
３０ａ付近には、ハニカム構造体３０の一側面および加
熱用通路２５同志を仕切る隔壁３１に横穴２７が形成さ
れている。また、改質用通路１５は、栓部材１８により
ハニカム構造体３０の他方の端部３０ｂが目封じされて
いる。ハニカム構造体３０の他方の端部３０ｂ付近に
は、ハニカム構造体３０の一側面および改質用通路１５
同志を仕切る隔壁３１に横穴１７が形成されている。改
質用通路１５の内壁を形成する隔壁３１および隔壁３２
の表面には、ハニカム構造体３０の一方の端部３０ａか
ら横穴１７までの範囲にわたって図示しない改質用触媒
層が形成されている。

【００２０】このハニカム構造体３０は、以下のように
して製造される。コージェライト質セラミックをハニカ
ム状に押出成形してハニカム構造体３０とし、ハニカム
構造体３０の一側面から切削加工を行なうことによりこ
の一側面および隔壁３１に横穴１７および横穴２７を形
成する。次いで、ハニカム構造体３０を焼成し、栓部材
２８により一方の端部３０ａを平行列状に目封じし、栓
部材１８により他方の端部３０ｂを平行列状に目封じす
る。ハニカム構造体３０の一方の端部３０ａ側からニッ
ケルを主成分とする改質用触媒のスラリー中にハニカム
構造体３０をディッピングし、改質用通路２５を形成す
る隔壁３１および隔壁３２の表面に改質用触媒層を形成
する。

【００２１】ハニカム構造体３０を用いた燃料改質装置
１は、以下のように機能する。図４に示すように、メタ
ンと水蒸気を主成分とする原料ガスは、例えば５００℃
程度に予熱されて原料ガス導入口１３から原料ガス入口
室１１へ導入され、ハニカム構造体３０の一方の端部３
０ａから改質用通路１５に流入する。改質用通路１５内
を図３に示す左方向に原料ガスが流れる間に、改質用通
路１５の内壁を形成する隔壁３１および隔壁３２の表面
に形成された改質用触媒層と原料ガスとが接触すること
により、式(1) に示す反応が進行して原料ガスが改質さ
れて改質ガスとなる。

【００２２】ＣＨ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ → ３Ｈ₂ ＋ＣＯ（吸熱反応）・・・(1) この反応は吸熱反応であるが、隔壁３２を介して改質用
通路１５の図３に示す上下に設けられた加熱用通路２５
から加熱用ガスの有する熱が原料ガスに伝熱されるた
め、改質用通路１５内を流通する原料ガスの温度は式
(1) の反応が進行可能な一定温度以上に保たれる。改質
ガスは横穴１７を通って改質ガス出口室１２に集めら
れ、改質ガス排出口１４から燃料改質装置１の外部へ排
出されて図示しないＣＯ変換器へ送られる。

【００２３】一方、加熱用ガスは、加熱ガス導入口２３
から加熱ガス入口室２１へ導入される。加熱ガス入口室
２１内には図示しない燃焼触媒が設けられており、加熱
ガス入口室２１内の加熱用ガスを６００℃以上、例えば
９００±１００℃に加熱する。この加熱用ガスがハニカ
ム構造体３０の他方の端部３０ｂから加熱用通路２５に
流入して図３に示す右方向に流れる間に、隔壁３２を介
して加熱用通路２５の図３に示す上下に設けられた改質
用通路１５内の原料ガスに加熱用ガスの有する熱が伝熱
される。この加熱用ガスは、横穴２７を通って加熱ガス
出口室２２に集められた後、加熱ガス排出口２４から燃
料改質装置１の外部へ排出される。

【００２４】本発明の第１実施例によると、ハニカム構
造体３０に原料ガス流通領域１６と加熱ガス流通領域２
６とが交互に平行列状に設けられているので、隔壁３２
を介しての原料ガス流通領域１６と加熱ガス流通領域２
６との接触面積が広く熱交換の効率が良い。また、ハニ
カム構造体３０の改質用通路１５を囲む隔壁３１および
隔壁３２の表面に改質用触媒層が設けられているので、
この改質用通路１５内を流通する原料ガスと改質用触媒
との接触面積が広くなり、ハニカム構造体３０内を流通
する間に原料ガスを効率よく改質することができる。改
質用通路１５および加熱用通路２５を形成するハニカム
構造体３０の通孔の角部はＲ形状になっているため、原
料ガスおよび加熱ガスの圧力に対する強度が高い。ま
た、この角部のＲ形状により、ハニカム構造体３０の焼
成時および原料ガスの改質時に生じる熱衝撃に対する強
度が高くクラックが発生し難い。ハニカム構造体３０は
簡単な構造であるため、製造が容易であるとともに耐熱
衝撃性が比較的高い。改質用通路１５および加熱用通路
２５はハニカム構造体３０内に直線状に延びているの
で、ハニカム構造体３０内を流通する原料ガスおよび加
熱用ガスの圧力損失が少ない。さらに、ハニカム構造体
３０に対して原料ガスと加熱ガスとの供給方向および取
出方向が互いに直交関係にあるので、原料ガスおよび加
熱ガス用の配管の設計が容易である。

【００２５】（第２実施例）本発明の第２実施例を図５
に示す。この第２実施例は、第１実施例の構成の燃料改
質装置において、ハニカム構造体からの改質ガスの取出
方向を変えた例である。図５に示すように、ハニカム構
造体１３０には、改質用通路１１５がｙ軸方向に隣接し
て並んだ原料ガス流通領域１１６と加熱用通路１２５が
ｙ軸方向に隣接して並んだ加熱ガス流通領域１２６とが
ｘ軸方向に交互に形成されている。そして、隣接する加
熱用通路１２５は横穴１２７によって連通され、加熱用
通路１２５内を流通する加熱用ガスはハニカム構造体１
３０の一側面に設けられた横穴１２７から図５に示す右
方向に取出される。一方、隣接する改質用通路１１５は
横穴１１７によって連通され、改質用通路１１５内を流
通する原料ガスは、改質されてハニカム構造体１３０の
一側面と対向する面に設けられた横穴１１７から図５に
示す左方向に取出される。この他の部分の構成は、第１
実施例と実質的に同様である。

【００２６】本発明の第２実施例によると、加熱ガスと
改質ガスとをハニカム構造体１３０に対して互いに逆方
向に取出すので、配管の設計が容易である。（第３実施例）本発明の第３実施例を図６に示す。この
第３実施例は、第１実施例の構成の燃料改質装置におい
て、ハニカム構造体からの加熱用ガスおよび改質ガスの
取出方向を変えた例である。

【００２７】図６に示すように、ハニカム構造体２３０
には、改質用通路２１５がｙ軸方向に隣接して並んだ原
料ガス流通領域２１６と加熱用通路２２５がｙ軸方向に
隣接して並んだ加熱ガス流通領域２２６とがｘ軸方向に
交互に形成されている。そして、ハニカム構造体２３０
のｙ軸方向のほぼ中央に位置する隔壁２３４を境にし
て、図６において右側に位置する加熱用通路２２５を流
通する加熱用ガスは右側に取出され、左側に位置する加
熱用通路２２５を流通する加熱用ガスは左側に取り出さ
れるように、隣接する加熱用通路２２５が横穴２２７に
よって連通され、ハニカム構造体２３０の図６に示す左
右の側面に設けられた横穴２２７から取出される。同様
に、ハニカム構造体２３０のｙ軸方向のほぼ中央に位置
する隔壁２３４を境にして、図６において右側に位置す
る改質用通路２１５を流通する原料ガスは改質されて右
側に取出され、左側に位置する改質用通路２１５を流通
する原料ガスは改質されて左側に取り出されるように、
隣接する改質用通路２１５が横穴２１７によって連通さ
れ、ハニカム構造体２３０の図６に示す左右の側面に設
けられた横穴２１７から取出される。この他の部分の構
成は、第１実施例と実質的に同様である。

【００２８】本発明の第３実施例によると、原料ガス流
通領域２１６および加熱ガス流通領域２２６を流通する
原料ガスおよび加熱用ガスを、ハニカム構造体２３０の
図６に示す左右に分けて取出すため、改質ガスおよび加
熱ガスが通過する横穴２１７および横穴２２７の数が第
１実施例に比べて少ない。このため、これらのガスの圧
力損失が少なくなるという効果がある。

【００２９】（第４実施例）本発明の第４実施例を図７
に示す。この第４実施例は、第１実施例の構成において
ハニカム構造体の加熱用通路の形状を変えた例である。
図７に示すように、ハニカム構造体３３０には、ｘ軸方
向に延びる隔壁３３１とｙ軸方向に延びる隔壁３３２と
が交差することにより原料ガスを流通する改質用通路３
１５および加熱用ガスを流通する加熱用通路３２５が形
成されており、改質用通路がｙ軸方向に隣接して並んだ
原料ガス流通領域３１６と加熱用通路３２５がｙ軸方向
に隣接して並んだ加熱ガス流通領域３２６とがｘ軸方向
に交互に配置されている。本発明の第３実施例において
は、改質用通路３１５同志を仕切る隔壁３３１間の距離
に対して加熱用通路３２５同志を仕切る隔壁３３１間の
距離を２倍にしている。この他の部分の構成は、第１実
施例と実質的に同様である。

【００３０】隔壁３３２の間隔が同じである場合、原料
ガスの改質効率の点からは隔壁３３１の間隔は狭い方が
原料ガスと改質触媒との接触面積が広くなるため好まし
い。しかし、隔壁３３１の間隔を狭くすると、ハニカム
構造体３３０内を流通する原料ガスおよび加熱用ガスの
圧力損失が増大するという問題がある。特に、原料ガス
の加熱を十分に行うためには原料ガスの流速に比べて加
熱用ガスの流速を大きくするが、加熱ガス流通領域に設
けられた隔壁３３１の間隔が狭いと加熱用ガスの圧力が
増大してハニカム構造体３３０の破損につながる恐れも
ある。本発明の第３実施例によると、原料ガス流通領域
３１６に設けられた隔壁３３１の数に比べて加熱ガス流
通領域３２６に設けられた隔壁３３１の数が少ないの
で、加熱用ガスの圧力損失を低減できる。加熱ガス流通
領域に設けられた隔壁の数は、ハニカム構造体の強度に
影響を与えない程度であればさらに少なくしてもよい。

【００３１】（第５実施例）本発明の第５実施例を図８
に示す。この第５実施例は、第１実施例の構成において
ハニカム構造体の加熱用通路の形状を変えた例である。
図８に示すように、ハニカム構造体４３０には、ｘ軸方
向に延びる隔壁４３１とｙ軸方向に延びる隔壁４３２と
が交差することにより原料ガスを流通する改質用通路４
１５および加熱用ガスを流通する加熱用通路４２５が形
成されており、改質用通路がｙ軸方向に隣接して並んだ
原料ガス流通領域４１６と加熱用通路４２５がｙ軸方向
に隣接して並んだ加熱ガス流通領域４２６とがｘ軸方向
に交互に配置されている。本発明の第５実施例において
は、改質用通路４１５同志を仕切る隔壁４３２間の距離
に対して加熱用通路４２５同志を仕切る隔壁４３２間の
距離を約１．５倍にしている。この他の部分の構成は、
第１実施例と実質的に同様である。

【００３２】本発明の第５実施例によると、改質用通路
４１５の容積に比べて加熱用通路４２５の容積が大きい
ため、加熱用ガスの流速が第１実施例と同じ場合にも原
料ガスの加熱を十分に行うことができる。このため、加
熱用ガスの流速を抑えて加熱用ガスがハニカム構造体４
３０に及ぼす圧力を低減することができる。（第６実施例）本発明の第６実施例を図９〜図１１に示
す。

【００３３】図９に示すように、燃料改質装置５は、ハ
ウジング５１０と、ハウジング５１０内に収められたハ
ニカム構造体５３０とからなる。ハウジング５１０の内
部において、ハニカム構造体５３０の軸方向の一方の端
部５３０ａ付近のハニカム構造体５３０の外周には原料
ガス入口室５１１が設けられており、この原料ガス入口
室５１１からハニカム構造体５３０内に導入された原料
ガスはハニカム構造体５３０の内部を通って改質されて
改質ガスとなり、ハニカム構造体５３０の他方の端部５
３０ｂ付近の外周に設けられた改質ガス出口室５１２に
集められる。また、ハニカム構造体５３０の軸方向の他
方の端部３０ｂとハウジング５１０との間には加熱ガス
入口室５２１が形成され、ハニカム構造体５３０の一方
の端部５３０ａとハウジング５１０との間には加熱ガス
出口室５２２が形成されている。原料ガス入口室５１
１、改質ガス出口室５１２、加熱ガス入口室５２１およ
び加熱ガス出口室５２２は、それぞれ原料ガス導入口５
１３、改質ガス排出口５１４、加熱ガス導入口５２３お
よび加熱ガス排出口５２４によってハウジング５１０の
外部に連通している。加熱ガス導入口５２３から加熱ガ
ス入口室５２１に導入された加熱ガスは、ハニカム構造
体５３０の内部およびハニカム構造体５３０とハウジン
グ５１０との間を通って加熱ガス出口室５２２に集めら
れ、加熱ガス排出口５２４から排出される。

【００３４】次に、ハニカム構造体５３０の構造につい
て述べる。図１０に示すように、四角柱状のハニカム構
造体５３０には、ｘ軸方向に延びる隔壁５３１とｙ軸方
向に延びる隔壁５３２とが交差することにより原料ガス
を流通する改質用通路５１５および加熱用ガスを流通す
る加熱用通路５２５が形成され、改質用通路５１５がｙ
軸方向に隣接して並んだ原料ガス流通領域５１６と加熱
用通路５２５がｙ軸方向に隣接して並んだ加熱ガス流通
領域５２６とがｘ軸方向に交互に配置されている。

【００３５】図１１に示すように、加熱用通路５２５
は、ハニカム構造体５３０の軸方向に貫通している。ま
た、改質用通路５１５は、栓部材５２８によりハニカム
構造体５３０の一方の端部５３０ａが目封じされ、栓部
材５１８により他方の端部５３０ｂが目封じされてい
る。ハニカム構造体５３０の一方の端部５３０ａ付近に
はハニカム構造体５３０の一側面および改質用通路５１
５同志を仕切る隔壁５３１に横穴５２７が形成され、他
方の端部５３０ｂ付近にはハニカム構造体５３０の一側
面および改質用通路５１５同志を仕切る隔壁５３１に横
穴５１７が形成されている。改質用通路５１５の内壁を
形成する隔壁５３１および隔壁５３２の表面には図示し
ない改質用触媒層が形成されている。

【００３６】原料ガス導入口５１３から原料ガス入口室
５１１へ導入された原料ガスは、ハニカム構造体５３０
の一方の端部５３０ａ付近に設けられた横穴５２７から
改質用通路５１５に流入する。改質用通路５１５内を図
１１に示す左方向に流れる間に、改質用通路５１５の内
壁を形成する隔壁５３１および隔壁５３２の表面に形成
された改質用触媒層と原料ガスとが接触することによ
り、原料ガスが改質されて改質ガスとなる。この改質ガ
スはハニカム構造体５３０の他方の端部５３０ｂ付近に
設けられた横穴５１７を通って改質ガス出口室５１２に
集められ、改質ガス排出口５１４から燃料改質装置５の
外部へ排出されて図示しないＣＯ変換器へ送られる。

【００３７】一方、加熱用ガスは、加熱ガス導入口５２
３から加熱ガス入口室５２１へ導入され、ハニカム構造
体５３０の内部およびハニカム構造体５３０とハウジン
グ５１０との間を流通しながらハニカム構造体５３０の
内外から改質用通路５１５内の原料ガスを加熱し、加熱
ガス出口室５２２に集められて加熱ガス排出口５２４か
ら燃料改質装置５の外部へ排出される。

【００３８】本発明の第６実施例によると、加熱用ガス
によって原料ガスをハニカム構造体５３０の内外から加
熱することができる。また、加熱用通路５２５はハニカ
ム構造体５３０を貫通しているため、ハニカム構造体５
３０内を流通する加熱ガスの圧力損失が少ない。なお、
本発明の第１〜第６実施例では、ハニカム構造体をコー
ジェライト質セラミックより形成したが、ハニカム構造
体を形成する材料としては緻密で熱伝導性のよい材料を
任意に選ぶことができる。具体的には金属質、セラミッ
ク質、ガラス質等の材料またはその複合材料がよい。セ
ラミックとしては、炭化珪素、窒化珪素など耐熱性が高
く熱膨張率の小さい材料が好ましい。ハニカム構造体の
材料としてセラミックを用いた場合には、耐熱性および
耐腐蝕性に優れるという利点がある。また、ハニカム構
造体の材料として金属を用いた場合には、熱伝導性が良
い、隔壁を薄くすることができる、横穴の加工が容易で
あるという利点がある。金属材料からハニカム構造体を
製造する場合には、スラリーにディッピングするか金属
箔を貼付けるなどの方法により目封じを行えばよい。

【００３９】加熱用ガスとしては、燃料電池の排ガスを
用いるとこの排ガスのもつ熱を利用することができシス
テムの効率がよい。第１〜第５実施例においては加熱ガ
ス入口室内に接触燃焼触媒を設けたが、加熱用ガスの加
熱方法としては加熱ガス入口室の周囲にヒータ、バーナ
などを設ける方法によってもよい。また、本発明の第１
〜第６実施例においてはニッケルを主成分とする改質用
触媒を使用したが、改質用触媒の成分はニッケルに限定
されるものではない。

【００４０】なお、本発明は、燃料改質装置として用い
るほか、本発明による構造体を熱交換器として使用する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料改質装置のハニ
カム構造体を示す斜視図である。

【図２】図１のII方向矢視図である。

【図３】図２のIII −III 線断面図である。

【図４】本発明の第１実施例による燃料改質装置を示す
模式的断面図である。

【図５】本発明の第２実施例による燃料改質装置のハニ
カム構造体を示す側面図である。

【図６】本発明の第３実施例による燃料改質装置のハニ
カム構造体を示す側面図である。

【図７】本発明の第４実施例による燃料改質装置のハニ
カム構造体を示す側面図である。

【図８】本発明の第５実施例による燃料改質装置のハニ
カム構造体を示す側面図である。

【図９】本発明の第６実施例による燃料改質装置を示す
模式的断面図である。

【図１０】本発明の第６実施例による燃料改質装置のハ
ニカム構造体を示す側面図であり、図９のＸ方向矢視図
である。

【図１１】図１０のXI−XI線断面図である。

【図１２】従来の燃料改質装置のハニカム構造体を示す
横断面図である。

【符号の説明】

１燃料改質装置１０ハウジング１１原料ガス入口室１２改質ガス出口室１３原料ガス導入口１４改質ガス排出口１５改質用通路１６原料ガス流通領域１７横穴１８栓部材２１加熱ガス入口室２２加熱ガス出口室２３加熱ガス導入口２４加熱ガス排出口２５加熱用通路２６加熱ガス流通領域２７横穴２８栓部材３０ハニカム構造体３１隔壁３２隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三澤英延愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者松浦市朗愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔壁によって仕切られた多数の通路を有
するハニカム構造体をハウジング内に収めた燃料改質装
置であって、前記ハニカム構造体には、前記通路を囲む前記隔壁の表
面に燃料ガスを改質ガスに変換する改質用触媒層が形成
された改質用通路が隣接して列状に並んだ複数の原料ガ
ス流通領域と、前記原料ガス流通領域とは前記隔壁を介
して隔離され加熱用ガスを流通する加熱用通路が隣接し
て列状に並んだ複数の加熱ガス流通領域とが交互に平行
に設けられ、前記原料ガス流通領域と前記加熱ガス流通領域との少な
くとも一方は、前記隔壁に設けられた横穴によって隣接
する前記改質用通路または前記加熱用通路が互いに連通
されることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】前記ハニカム構造体は、その一方の端部
において前記原料ガス流通領域の開口部が平行列状に目
封じされ、前記ハニカム構造体の他方の端部において前
記加熱ガス流通領域の開口部が平行列状に目封じされて
いることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】前記燃料ガスおよび前記加熱用ガスは、
前記ハニカム構造体への流入方向および流出方向の一方
が前記ハニカム構造体の軸方向と平行であり他方が前記
ハニカム構造体の軸方向に垂直であることを特徴とする
請求項１または２記載の燃料改質装置。
【請求項４】前記燃料ガスは前記ハニカム構造体の一
方の端部から流入して前記ハニカム構造体の他方の端部
近傍の壁面から流出し、前記加熱用ガスは前記ハニカム
構造体の他方の端部から流入して前記ハニカム構造体の
一方の端部近傍の壁面から流出することを特徴とする請
求項１、２または３記載の燃料改質装置。
【請求項５】前記改質用通路および前記加熱用通路の
横断面の形状は、角部がＲ形状の多角形状であることを
特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の燃料改
質装置。