JPH09309702A - 燃料電池用の燃料改質器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】粒状改質触媒の圧壊と粒状改質触媒への炭素析
出とを、同時に低減することが可能な燃料電池用の燃料
改質器を提供する。 【解決手段】燃料電池用の燃料改質器１は、従来例に対
して触媒層として、部分触媒層２１、部分触媒層２２、
部分触媒層２３とを有する触媒層２を用いるようにして
いる。部分触媒層２１は、貴金属系の粒状改質触媒３が
充填された部分触媒層であり、触媒層２の原料ガス９ａ
が流入される部位に配置されている。部分触媒層２３
は、粒状改質触媒３が充填された部分触媒層であり、触
媒層２の改質ガス９ｂが流出される部位に配置されてい
る。また、部分触媒層２２は、ニッケル系の粒状改質触
媒４が充填された部分触媒層であり、前記の部分触媒層
２１，２３に挟まれて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水蒸気が添加さ
れた炭化水素系の原燃料を改質管に通流し、この原燃料
を粒状改質触媒により水蒸気改質して水素含有量の多い
改質ガスに改質する燃料電池発電装置用の燃料ガスの製
造に使用される燃料改質器に係わり、粒状改質触媒の圧
壊と粒状改質触媒への炭素析出の同時低減を図った、改
良されたその構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素と酸素とを反応用ガス
として用いて、電気化学的に直流電力を発生する発電装
置である。この燃料電池は、すでによく知られていると
おり、他の発電装置と比較して、電気エネルギーへの変
換効率が高く，しかも，炭酸ガスや窒素酸化物等の大気
汚染物質の排出量が少ないことから、いわゆるクリーン
・エネルギー源として期待されている。そうして、燃料
電池としては、使用される電解質の種類により、りん酸
型，溶融炭酸塩型などの各種の燃料電池が知られてい
る。この燃料電池には、燃料電池が必要とする水素を供
給する装置として、天然ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧやナフサ
等の炭化水素を主成分とする原燃料から、水素含有量の
多い改質ガスに改質する燃料改質器が付随されているの
が一般である。

【０００３】この燃料電池用の燃料改質器は、水蒸気が
添加された前記の炭化水素系の原燃料を粒状改質触媒の
改質反応を利用して、水蒸気接触分解することにより水
素含有量の多い改質ガスを生成する装置である。粒状改
質触媒による前記の改質反応は、公知のごとく、吸熱反
応であることと、粒状改質触媒に用いられている触媒活
性成分に応じた適温下において行われる必要が有ること
のために、燃料改質器には粒状改質触媒を加熱するため
の熱媒体を生成する熱媒体生成器が備えられている。そ
うして、この改質反応に必要な熱量の供給方法を改良す
る構成を備えるなどした燃料改質器が同じ出願人より出
願され、特開平３−９７６０２号公報などにより公知と
なっている。

【０００４】図３は、上記公報による燃料改質器に対し
て、さらに粒状改質触媒への伝熱性能等に改良を加えた
従来例の燃料電池用の燃料改質器を示すその縦断面図で
あり、図４は、図３における改質管部分の図３における
Ａ−Ａ断面図である。図３，図４において、９は、改質
管８と、改質管８の内側上部に配設された熱媒体生成器
としてのバーナ５と、改質管８の周囲側部と下部とを覆
う炉容器７と、炉容器７の外周部を覆う断熱層７２と、
改質管８内に形成された触媒層６とを備えた燃料改質器
である。

【０００５】改質管８は、上下方向に直立した金属製で
円筒状をした中間筒体８１と、これを挟んでその内外に
それぞれ間隔を設けて同心円状に配設された，金属製で
円筒状をした内側筒体８２および外側筒体８３とを主体
にして形成されている。内側筒体８２および外側筒体８
３は、中間筒体８１と接合されている金属製の上部板８
５等でその上部を接続され、円環状形をした金属製の底
板８４により，中間筒体８１の下端から離されてその下
部を互いに接続されている。内側筒体８２の中間筒体８
１に対向する側の側面，すなわちその外周面には、一端
を内側筒体８２の外周面に溶接等により固着された金属
製の伝熱フィン８２１が、円周面に沿って複数本配列
（図４を参照）されている。それぞれの伝熱フィン８２
１は、幅方向が中間筒体８１との間に間隙８２１ａ（図
４を参照）が形成される寸法を有し、かつ底板８４が接
続される部位の付近から後記する触媒層６の上面付近の
部位にわたる長さ寸法を有している。

【０００６】このような構成により改質管８には、下端
部で互いに連通し，しかも，共に円環状をなした，内側
環状空間８６および外側環状空間８７の２重の環状空間
が形成されることになる。外側環状空間８７の上部には
原料ガス９ａの入口８７１が設けられ、内側環状空間８
６の上部には改質ガス９ｂの出口８６１が設けられてい
る。また、内側環状空間８６とこの内側環状空間８６と
連通している外側環状空間８７の底部とには、粒状改質
触媒６１が充填されることで触媒層６が形成されてい
る。

【０００７】この粒状改質触媒（以降、単に粒状触媒と
略称することがある。）６１は、例えば、直径が５ｍｍ
前後程度の円柱形，球形などをなしている。そうして、
粒状触媒６１は、前記した原燃料に水蒸気が添加された
ものである原料ガス９ａを，水素含有量の多い改質ガス
９ｂに改質する作用を行う触媒を、極めて細かい細孔を
有しそれぞれ前記の形状をしたセラミック製の担体に担
持させた構造を備えている。原料ガス９ａを水素含有量
の多い改質ガス９ｂに効率良く改質するためには、触媒
反応速度を高くする必要がある。このために粒状触媒６
１では、担体の備える細孔内に形成される細孔容積を極
力大きくした担体を選定し、細孔部を含む担体の表面に
担持された触媒と，原料ガス９ａとが接触し合う面積
が、極力増大されるように配慮されている。

【０００８】また、燃料電池用の燃料改質器に採用され
ている粒状触媒６１としては、ニッケル系の粒状改質触
媒と、貴金属系の粒状改質触媒とが著名である。特開平
５−２０８１３３号公報，特開平５−２６１２８６号公
報などで公知のごとく、ニッケル系の粒状改質触媒は、
ニッケルを主体とする触媒種を触媒活性成分として担体
に担持させた粒状触媒である。同様に、貴金属系の粒状
改質触媒は、ルテニウム，ロジウム，白金などの貴金属
系の触媒種を触媒活性成分として担体に担持させた粒状
触媒である。なお、これらの粒状触媒の、触媒活性成分
の材料とその製法，担体の材料とその製法，あるいは，
温度などの粒状触媒の運転条件などに関しては、前記の
特開平５−２０８１３３号公報，特開平５−２６１２８
６号公報などに開示されているところに譲り、ここでの
説明は省略する。

【０００９】そうして、内側環状空間８６と外側環状空
間８７それぞれの，触媒層６の上面は、粒状触媒６１の
飛散を防止するための金網６ａで覆われている。触媒層
６への粒状触媒６１の充填に際して、粒状触媒６１の充
填密度を均等化するために、改質管８に振動やハンマー
リング処理などが加えられのが一般である。かくして、
触媒層６においては、粒状触媒６１は高い均一度とされ
て充填されることになり、この結果、粒状触媒６１の充
填密度も極めて高いものとなっている。

【００１０】外側筒体８３と炉容器７とで区切られた空
間は、バーナ５が生成する熱媒体５１を通流させる熱媒
体通流路５２として使用される。炉容器７の熱媒体通流
路５２の上部に当たる部位には、熱媒体出口７１が設け
られている。炉容器７の下方および側部周囲には、熱媒
体５１の温度を保持するための耐火断熱材製の断熱層７
２が配置され、また、内側筒体８２の上部内側には、バ
ーナ５で生成された直後の特に高温の熱媒体５１から内
側筒体８２等を保護するために、耐火性断熱材製の断熱
層８８が形成されている。

【００１１】燃料改質器９では、バーナ５においては、
燃料の入口５３から導入された燃料が、空気入口５４か
ら取り入れられた燃焼用空気により燃焼し、燃焼ガスと
しての高温の熱媒体５１が生成される。熱媒体５１は、
改質管８が備える内側筒体８２の内周面に沿って下方に
流れ、引続いて熱媒体通流路５２内を通流しつつ、外側
筒体８３の外周面に沿って上方に流れたうえで、熱媒体
出口７１から燃料改質器９の外部に排出される。この
間、熱媒体５１は、改質管８の主として内側筒体８２の
内周面側から触媒層６を、また、外側筒体８３の外周面
側から外側環状空間８７内を通流する原料ガス９ａを、
それぞれ加熱するのである。

【００１２】その際、触媒層６中の粒状触媒６１は、内
側筒体８２および伝熱フィン８２１を介して熱媒体５１
から熱を供給されて加熱される。これにより、燃料改質
器９では、粒状触媒６１によって行われる吸熱反応によ
る吸熱量に対応する熱量が触媒層６に補給されるように
構成されていることになる。一方，原料ガス９ａは、入
口８７１から改質管８に流入し、まず、外側環状空間８
７中を下向きに流れ、その底部で触媒層６に入り、中間
筒体８１の下端部で折り返し、以降，内側環状空間８６
内にある触媒層６中を上向きに流れる。この間、外側環
状空間８７において熱媒体５１によって加熱される。熱
媒体５１で加熱された原料ガス９ａは、熱媒体５１によ
り加熱されて所要の温度とされた粒状触媒６１が持つ触
媒活性成分の改質反応により、水素含有量の多い改質ガ
ス９ｂに改質されることになる。このようにして得られ
た改質ガス９ｂは、改質ガス９ｂの出口８６１から燃料
改質器９の外部に供給される。

【００１３】なお、熱媒体５１による原料ガス９ａの加
熱を容易にするために、熱媒体５１・原料ガス９ａが通
流する熱媒体通流路５２・外側環状空間８７の通流路の
面積を狭くし、熱媒体５１・原料ガス９ａの流速を高く
することで、それぞれのガス体と外側筒体８３間の熱伝
達係数が向上するように考慮されるのが一般である。こ
れにより、熱媒体５１から原料ガス９ａへの熱伝達度が
向上され、燃料改質器９から排出される熱媒体排出ガス
の温度を下げることができ、しかも、燃料改質器９の径
方向寸法を短縮することができている。

【００１４】前述のような構成の燃料改質器９において
は、前記の原燃料を水蒸気改質する際には高温の運転温
度で改質反応が行なわれ、改質ガス９ｂの出口に近い部
分の触媒層６の温度は７００〜７５０〔℃〕程度であ
り、改質管８を形成している例えば耐熱鋼の最高表面温
度は、運転条件にもよるが９００〜９５０〔℃〕にもな
るものである。また上述の燃料改質器９によって得られ
た改質ガス９ｂを燃料電池に供給する場合には、多くの
場合に、この改質ガス９ｂをさらに一酸化炭素変成器に
通流させ、一酸化炭素濃度を低減させた改質ガスとされ
ている。

【００１５】ところで燃料改質器９では、その起動，停
止が繰り返される度に、改質管８を構成している前記の
金属板は膨張，収縮を繰り返すものである。すなわち、
バーナ５に近い部分の改質管表面温度は、バーナ５の
点火とともに急速に上昇する。これに対して、原料ガス
９ａの入口に近い部分の改質管表面温度は、バーナ点
火直後は熱媒体５１の持つ熱量が改質管８等の加熱に費
やされるため、部分よりもその温度の上昇度が遅くな
る。このためバーナ５の点火直後には、改質管８に大き
い温度差の温度分布が生じることになる。この大きい温
度差によって、改質管８では、外側筒体８３，中間筒体
８１よりも内側筒体８２の方が急速に熱膨張することと
なり、このため内側筒体８２は外側（触媒層６側であ
る）に太鼓状に変形する。伝熱フィン８２１と中間筒体
８１との間に間隙８２１ａが形成されている理由は、内
側筒体８２が太鼓状に変形した際に、伝熱フィン８２１
が中間筒体８１に接触するのを回避するためである。こ
のように内側筒体８２が太鼓状に変形することで、粒状
触媒６１が充填されている触媒層６は、前述したとおり
粒状触媒６１は極めて高い充填密度で充填されているた
めに、内側筒体８２の前記の変形により支配された加圧
力を受けることとなる。この加圧力により、多孔質のセ
ラミック製担体が用いられている粒状触媒６１は、最悪
の場合には圧壊を受けることとなる。粒状触媒６１が圧
壊して粉末状になると、触媒層６における原料ガス９
ａ，改質ガス９ｂに対する圧力損失が増大し、最悪の場
合には、燃料電池を用いた発電装置の運転の継続を不可
能にすることとなるのである。

【００１６】これを回避するために粒状触媒６１に加わ
る加圧力を低減するようにする構造体が、前記の伝熱フ
ィン８２１である。伝熱フィン８２１は前記した構成を
持っているので、内側筒体８２に対する梁としての働き
を行い、内側筒体８２の前記の変形量を抑制する。この
結果、内側筒体８２の熱膨張に基づく触媒層６に加わる
加圧力が減少し、粒状触媒６１の圧壊が低減されるので
ある。従って伝熱フィン８２１は、燃料改質器９におい
ては、熱媒体５１から供給される熱量の粒状触媒６１へ
の伝達を改善すると共に、粒状触媒６１の圧壊を低減す
るという役目を果たしていることになる。

【００１７】また、前述のような構成の燃料改質器９に
おいては、特開平５−２０８１３３号公報，特開平５−
２６１２８６号公報内に開示されているとおり、粒状触
媒６１が持つ触媒活性成分の表面に、炭素が析出される
現象が起こり得ることが知られている。またこの炭素析
出は、次記する条件において発生し易いことも、前記の
公報などによって知られている。

【００１８】原料ガス９ａに用いられる原燃料が、天
然ガス，ＬＮＧなどである場合に対して、ＬＰＧ，ナフ
サなどである場合の方が、すなわち、分子量値がより大
きい炭化水素を主成分とする原燃料が用いられている場
合の方が発生し易い。また、 触媒層６に充填される粒状触媒６１が、貴金属系の粒
状改質触媒である場合よりも、ニッケル系の粒状改質触
媒である場合の方が発生し易い。また、 触媒粒状触媒６１が高温であるほど発生し易い。さら
に、 原燃料に対して水蒸気を添加する割合に対応する量で
ある、スチーム・カーボン比（水蒸気と，原燃料中の炭
素とのモル比である。）（以降、Ｓ／Ｃと略称すること
がある。）の値が小さいほど発生し易い。

【００１９】そうして、この炭素析出が発生した場合に
は、粒状触媒６１はその改質反応の活性度の低下、触媒
層６の原料ガス９ａ，改質ガス９ｂに対する圧力損失の
増大という燃料改質器９にとって好ましくない運転状態
をもたらすことになる。燃料改質器９では、炭素析出の
発生を抑制するために、適正なＳ／Ｃ値を設定すると共
に、粒状触媒６１を原燃料の種別によって使い分けて採
用するなどの対処が行われている。すなわち、原燃料に
天然ガス，ＬＮＧが用いられる場合には、多くの場合
に、粒状触媒６１としてニッケル系の粒状触媒が採用さ
れている。また、原燃料にＬＰＧ，ナフサ等が用いられ
る場合には、天然ガス，ＬＮＧの場合よりも炭素析出が
起こり易いので、ニッケル系の粒状改質触媒と比較して
高価ではあるが、多くの場合に、貴金属系の粒状触媒が
採用されている。

【００２０】ちなみに、発明者らが持つ粒状改質触媒の
反応活性度に関する測定データ例を表１に示す。ここで
表１は、粒状改質触媒の反応活性度としての反応速度定
数に関して、触媒活性成分としてルテニウムを用いた貴
金属系の粒状改質触媒の場合と、ニッケル系の粒状改質
触媒の場合とを比較して示す測定データである。表１に
よると、ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒の
反応速度定数は、ニッケル系の粒状改質触媒の反応速度
定数に対して、反応温度値にもよるが、１．５〜２．５
倍程度大きく、それだけ反応活性度が高いことを示して
いる。

【００２１】

【表１】 表１ 粒状改質触媒の反応速度定数の測定結果 （１）反応条件 圧力値 大気圧 Ｓ／Ｃ値 ２．５ ＧＨＳＶ値 ２００００〔ｈ^-1〕 （Ｇａｓ Ｈｙｄｒｏｕｓ Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ） （２）測定対象 （ａ）種別 ニッケル系の粒状改質触媒（Ｎｉ触媒） ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒（Ｒｕ触
媒） （ｂ）担体 共にアルミナ製の球状の担体（直径５〔ｍ
ｍ〕）を使用．

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る燃料電池用の燃料改質器は、粒状触媒によって原燃料
を水蒸気接触分解して水素含有量の多い改質ガスに改質
するのに際し、粒状触媒が所要の温度に加熱されること
で効率良く改質ガスを生成することができ、しかも、粒
状触媒への加圧力，炭素析出を低減することができてい
るのであるが、なお次記する問題が残存している。すな
わち、まず、燃料電池用の燃料改質器では、その触媒層
の温度は、原料ガス，改質ガスが通流する方向に沿う温
度分布が存在しているという事実がある。すなわち、触
媒層は、その原料ガスの入口部と，改質ガスの出口部で
温度が相対的に高く、原料ガスなどの通流方向に関する
中間部で相対的に低い温度状態となっている。触媒層の
中間部の温度が原料ガスの入口部の温度よりも低くなる
理由は、粒状触媒による改質反応が吸熱反応であるため
である。原料ガスは、熱媒体によって加熱されて高温と
なって触媒層に流入されるのであるが、粒状触媒におけ
る吸熱反応により熱を奪われてその温度が低下するので
ある。触媒層は熱媒体によって加熱されているのではあ
るが、前記した温度分布の発生を解消するにいたってい
ないのが実態である。また、改質ガスの出口部の温度が
触媒層の中間部の温度よりも高くなる理由は、この部位
が熱媒体生成器であるバーナに近いので，熱媒体により
強く加熱されるためである。

【００２３】前記した状態の温度分布を持つ触媒層にニ
ッケル系の粒状触媒が採用されていると、ニッケル系の
粒状触媒は、前述したごとく高温であるほど炭素析出が
発生し易い粒状触媒であるために、触媒層の原料ガスの
入口部，改質ガスの出口部に炭素析出が発生することと
なるのである。また、これに対処するために、貴金属系
の粒状触媒を採用したとすると、貴金属系の粒状触媒
は、ニッケル系の粒状触媒と比較して圧壊強度が低いと
いう性質を持つため、粒状触媒が圧壊することでその粉
末状化が発生することとなるのである。ちなみに、発明
者らが持つ粒状触媒の圧壊強度に関する測定データ例を
表２に示す。ここで表２は、触媒活性成分としてルテニ
ウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒の圧壊強度と、ニ
ッケル系の粒状改質触媒の圧壊強度とを比較して示す圧
壊強度の測定データである。表２によると、ルテニウム
を用いた貴金属系の粒状改質触媒の圧壊強度は、ニッケ
ル系の粒状改質触媒の圧壊強度に対して４１〔％〕程度
である。そうして、触媒層における貴金属系の粒状改質
触媒の圧壊が最も発生し易い部位は、太鼓状に変形する
内側筒体によって最も強く加圧される部位であり、この
部位は、触媒層内における原料ガスなどの通流方向の中
間部なのである。

【００２４】

【表２】表２ 粒状改質触媒の圧壊強度の測定結果 （１）使用した測定装置 木屋式強度計 （２）測定対象 （ａ）種別 ニッケル系の粒状改質触媒（Ｎｉ触媒） ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒（Ｒｕ触
媒） （ｂ）担体 共にアルミナ製の球状の担体（直径５〔ｍ
ｍ〕）を使用． この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的は、粒状改質触媒の圧壊と，粒状改
質触媒への炭素析出とを、同時に低減することが可能な
燃料電池用の燃料改質器を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）改質管と、触媒層と、熱媒体生成器とを備え、改質
管は、上下方向にほぼ直立した筒状の中間筒体と、この
中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けてほぼ
同心状に配設され，上部を中間筒体と接合する上部板な
どで接続され，下部を中間筒体の下端から離して互いに
底板で接続された内側筒体および外側筒体とを有し、触
媒層は、改質管の少なくとも中間円筒と内側筒体との間
に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填することで
形成されてなり、熱媒体生成器は、触媒層を加熱するた
めの熱媒体を生成し、この熱媒体を少なくとも内側筒体
の内周面側および外側筒体の外周面側に供給するもので
あり、水蒸気が添加された炭化水素系の原燃料を中間円
筒と外側筒体との間に形成された環状空間から触媒層に
通流し、前記の原燃料を熱媒体により加熱された触媒層
により水蒸気改質を行うことで，水素含有量の多い改質
ガスに改質するものである、燃料電池用の燃料改質器に
おいて、触媒層は、粒状改質触媒として貴金属系触媒種
が使用された貴金属系の粒状改質触媒とニッケル系触媒
種が使用されたニッケル系の粒状改質触媒とが併用さ
れ、貴金属系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層
は、触媒層の原燃料が流入される部位と，触媒層の改質
ガスが流出される部位とにそれぞれ配置され、ニッケル
系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層は、前記の貴
金属系の粒状改質触媒が充填された両部分触媒層に挟ま
れる部位に配置されてなる構成とすること、により達成
される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の一つの
実施の形態例による燃料電池用の燃料改質器を示すその
縦断面図であり、図２は、図１におけるＰ部の一部省略
した縦断面図である。図１，図２において、図３，図４
に示した従来例による燃料電池用の燃料改質器と同一部
分には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図
１中には、図３で付した符号については、代表的な符号
のみを記した。

【００２７】図１，図２において、１は、図３，図４に
示した従来例による燃料改質器９に対して、触媒層２を
用いるようにした燃料改質器である。触媒層２は、改質
管８の、従来例の燃料改質器９が備える触媒層６が形成
されている部位と同一の部位に形成され、部分触媒層２
１と、部分触媒層２２と、部分触媒層２３とを有してい
る。部分触媒層２１は、貴金属系の粒状改質触媒３が充
填された部分触媒層であり、触媒層２の原料ガス９ａが
流入される部位に配置されている。部分触媒層２３は、
粒状改質触媒３が充填された部分触媒層であり、触媒層
２の改質ガス９ｂが流出される部位に配置されている。
また、部分触媒層２２は、ニッケル系の粒状改質触媒４
が充填された部分触媒層であり、図２中に示すように、
前記の部分触媒層２１，２３に挟まれて配置されてい
る。

【００２８】貴金属系の粒状触媒３は、粒状改質触媒６
１と同一の構造を備える粒状触媒であり、前述の従来の
技術の項で説明済であるが、担体に担持する触媒活性成
分としてルテニウム，ロジウム，白金などの貴金属系の
触媒種を用いた粒状触媒に特定したものである。また、
ニッケル系の粒状改質触媒４も、粒状触媒６１と同一の
構造を備える粒状触媒であり、これも前述の従来の技術
の項で説明済であるが、担体に担持する触媒活性成分と
してニッケルを主体とする触媒種を用いた粒状触媒に特
定したものである。

【００２９】図１，図２に示す実施の形態例では前記の
構成としたので、触媒層２の内で相対的に高温となる部
位である，触媒層２の原料ガス９ａの入口部と改質ガス
９ｂの出口部には、炭素析出を起こし難い貴金属系の粒
状触媒３が充填された部分触媒層２１，２３が、また、
触媒層２の内で加圧力が相対的に強く働く部位である，
触媒層２の原料ガス９ａなどの通流方向に関する中間部
位には、高い圧壊強度を持つニッケル系の粒状触媒４が
充填された部分触媒層２２が、それぞれ配置されること
になる。

【００３０】そうして、貴金属系の粒状触媒３が充填さ
れた部分触媒層２１，２３が配置される部位は、内側筒
体８２の太鼓状の変形の影響を比較的に受け難い部位で
あるので、ニッケル系の粒状触媒４よりも低い圧壊強度
を持つ貴金属系の粒状触媒３であっても、圧壊を発生し
ないのである。また、ニッケル系の粒状触媒４が充填さ
れた部分触媒層２２が配置される部位は、触媒層２の内
でも相対的に温度が低い部位であるので、貴金属系の粒
状触媒よりも炭素析出を生じ易いニッケル系の粒状触媒
４であっても、炭素析出は発生しないのである。すなわ
ち、この発明による触媒層２の構成は、燃料電池用の燃
料改質器の触媒層において発生している，温度および粒
状触媒に対する加圧力の分布状態を巧みに利用し、しか
も、ニッケル系の粒状触媒４と貴金属系の粒状触媒３と
がそれぞれに持つ特質を適切に活用することによって、
粒状触媒の圧壊と，粒状触媒への炭素析出とを、同時に
低減することを可能にすることができるのである。

【００３１】また、部分触媒層２３が形成されている部
位は、触媒層２に関して、部分触媒層２１，２２中を通
流することで得られた改質ガス９ｂに対し、仕上げの改
質を行う部位である。この部分触媒層２３に前記の表１
中に示したような高い反応活性を持つ貴金属系の粒状触
媒３を用いることにより、ニッケル系の粒状触媒４を用
いる場合よりも部分触媒層２３に充填する粒状触媒の量
を低減することができる。したがって、触媒層２に必要
となる容積を低減することができ、結局は燃料改質器１
全体の小形・軽量化に有効なものとなるのである。

【００３２】なお、実施の形態の項における今までの説
明では、燃料改質器１が備える触媒層２は、内側環状空
間８６とこの内側環状空間８６と連通している外側環状
空間８７の底部とに粒状改質触媒が充填されることで形
成されるとしてきたが、これに限定されるものではな
く、例えば、触媒層は、内側環状空間８６のみに粒状改
質触媒を充填することで形成されてもよいものである。

【００３３】

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。 貴金属系の粒状改質触媒が充填される部位に加わる加
圧力を相対的に小さく、かつ、ニッケル系の粒状改質触
媒が充填される部位の温度を相対的に低くすることがで
きるので、粒状改質触媒の圧壊と，粒状改質触媒への炭
素析出とを、同時に低減することが可能となる。また、 触媒層の全体に高価な貴金属系の粒状改質触媒を充填
することが無いので、前記の項の効果を得ながら、燃
料電池用の燃料改質器の製造原価を低減することが可能
となる。さらに、 触媒層の全体にニッケル系の粒状改質触媒を充填する
場合と対比すると、前記の項の効果を得ながら、改質
ガスが流出される部位の部分触媒層の充填する粒状改質
触媒として，ニッケル系の粒状改質触媒よりも高い反応
活性度を持つ貴金属系の粒状改質触媒を用い、触媒層の
容積を低減できることで、燃料電池用の燃料改質器の小
形・軽量化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施の形態例による燃料電池
用の燃料改質器を示すその縦断面図

【図２】図１におけるＰ部の一部省略した縦断面図

【図３】従来例の燃料電池用の燃料改質器を示すその縦
断面図

【図４】図３における改質管部分の図３におけるＡ−Ａ
断面図

【符号の説明】

１ 燃料改質器 ２ 触媒層 ２１ 部分触媒層 ２２ 部分触媒層 ２３ 部分触媒層 ３ 粒状改質触媒（貴金属系） ４ 粒状改質触媒（ニッケル系） ９ａ 原料ガス ９ｂ 改質ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 孝志 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】改質管と、触媒層と、熱媒体生成器とを備
   え、 改質管は、上下方向にほぼ直立した筒状の中間筒体と、
   この中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて
   ほぼ同心状に配設され，上部を中間筒体と接合する上部
   板などで接続され，下部を中間筒体の下端から離して互
   いに底板で接続された内側筒体および外側筒体とを有
   し、 触媒層は、改質管の少なくとも中間円筒と内側筒体との
   間に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填すること
   で形成されてなり、 熱媒体生成器は、触媒層を加熱するための熱媒体を生成
   し、この熱媒体を少なくとも内側筒体の内周面側および
   外側筒体の外周面側に供給するものであり、 水蒸気が添加された炭化水素系の原燃料を中間円筒と外
   側筒体との間に形成された環状空間から触媒層に通流
   し、前記の原燃料を熱媒体により加熱された触媒層によ
   り水蒸気改質を行うことで，水素含有量の多い改質ガス
   に改質するものである、燃料電池用の燃料改質器におい
   て、 触媒層は、粒状改質触媒として貴金属系触媒種が使用さ
   れた貴金属系の粒状改質触媒とニッケル系触媒種が使用
   されたニッケル系の粒状改質触媒とが併用され、貴金属
   系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層は、触媒層の
   原燃料が流入される部位と，触媒層の改質ガスが流出さ
   れる部位とにそれぞれ配置され、ニッケル系の粒状改質
   触媒が充填された部分触媒層は、前記の貴金属系の粒状
   改質触媒が充填された両部分触媒層に挟まれる部位に配
   置されてなることを特徴とする燃料電池用の燃料改質
   器。