JP2000143206A

JP2000143206A - 燃料改質装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2000143206A
Application number: JP10316614A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Matsuda; 和人松田; Hideaki Sumi; 英明隅; Takahiro Tachihara; 隆宏立原; Yasunori Kotani; 保紀小谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-23
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: JP3765933B2

Abstract

(57)【要約】【課題】改質触媒部の熱劣化が発生することを阻止する
とともに、所望の改質反応を円滑に遂行することを可能
にする。【解決手段】改質器２６は、改質室３６に配置される第
１および第２改質触媒層３８、４０を備える。第１およ
び第２改質触媒層３８、４０は、改質用燃料の反応率が
９０％以上であり、かつガス流れ方向に沿って温度分布
を有するとともに、該第１および第２改質触媒層３８、
４０内のピーク温度とガス出口温度との差が１００℃以
内に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素を含む改
質用燃料を改質することにより、水素を含む改質ガスを
生成する燃料改質装置およびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解質、例えば、固体高分子電解質膜を
挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した燃
料電池セルを、セパレータによって挟持して複数積層す
ることにより構成された燃料電池スタックが開発され、
種々の用途に実用化されつつある。

【０００３】この種の燃料電池スタックは、炭化水素、
例えば、メタノール水溶液の水蒸気改質により生成され
た水素を含む改質ガス（燃料ガス）をアノード側電極に
供給するとともに、酸化剤ガス（空気）をカソード側電
極に供給することにより、前記水素ガスがイオン化して
固体高分子電解質膜内を流れ、これにより燃料電池の外
部に電気エネルギが得られるように構成されている。

【０００４】上記のように、メタノール水溶液を改質し
て水素を含む改質ガスを生成する水蒸気改質反応は、Ｃ
Ｈ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂と表される吸熱反応
である。従って、改質反応に必要な熱量を供給するため
に、通常、改質器内に複雑な伝熱構造を組み込むことが
行われており、構造が複雑化していた。

【０００５】そこで、例えば、特開平９−３１５８０１
号公報や特開平７−３３５２３８号公報に開示されてい
るように、炭化水素を含有する原燃料ガスに酸素を供給
して発熱反応である酸化反応を行わせ、この酸化反応に
より放出される熱量を利用して吸熱反応である前記原燃
料ガスの改質反応を行う方法が知られている。これによ
り、構造の簡素化が可能になるという利点が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に酸
化反応速度が改質反応速度よりも大きいことが知られて
いる。このため、改質触媒のガス入口側の温度が上昇す
る一方、改質反応で重要な前記改質触媒のガス出口側の
温度が低下し易く、該改質触媒の内部には、ガス流れ方
向に沿って温度分布が生じている。

【０００７】その際、改質反応を効率よく行うために、
改質触媒のガス出口側の温度を制御しようとすると、こ
の改質触媒のガス入口側の温度が局部的に前記改質触媒
の耐熱温度以上になってしまうおそれがある。これによ
り、発生する一酸化炭素の濃度が高くなり、改質触媒が
急激に熱劣化するという問題が指摘されている。一方、
改質触媒の熱劣化を防ぐために、この改質触媒のガス出
口側の温度を低く設定しようとすると、改質触媒の反応
効率が著しく低下してしまうという不具合がある。

【０００８】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、改質触媒部の熱劣化の発生を確実に阻止するととも
に、所望の改質反応を円滑に遂行することが可能な燃料
改質装置およびその制御方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料改質装
置では、改質触媒部が配置される改質室に改質用燃料、
水蒸気および酸素が供給され、いわゆる、オートサーマ
ル方式により、この改質触媒部で酸化反応と改質反応と
が同時に行われる。具体的には、ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２
Ｈ₂（但し、反応量は少ない）と、ＣＨ₃ＯＨ＋３／２
Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ（発熱反応）と、ＣＨ₃ＯＨ＋
Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂（吸熱反応）とが同時に遂行さ
れ、外部から熱を供給するために改質器内に複雑な伝熱
構造を配置することが不要となり、装置全体の構成が有
効に簡素化される。

【００１０】さらに、改質触媒部は、改質用燃料の反応
率が９０％であり、かつガス流れ方向に沿って温度分布
を有するとともに、前記改質触媒部内のピーク温度と該
改質触媒部のガス出口温度との差が１００℃以内に設定
されている。ここで、改質用燃料の反応率とは、ＣＨ₃
ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂と、ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋
３Ｈ₂（吸熱反応）と、ＣＨ₃ＯＨ＋３／２Ｏ₂→ＣＯ
₂＋２Ｈ₂Ｏ（発熱反応）との反応が同時に進行する中
で、供給されたメタノールが上記のいずれかの反応を起
こす割合をいう。

【００１１】従って、ピーク温度を改質触媒部の耐熱温
度以下に抑えて改質触媒部の熱劣化を防ぐとともに、改
質反応で重要なガス出口温度を高く維持することがで
き、改質反応が効率よく遂行される。しかも、改質触媒
部の全体の温度が均一になり、その上、前記改質触媒部
がガス流れ方向に沿って大幅に肉薄化され、圧損を有効
に減少させることが可能になる。また、肉薄化によって
改質触媒部を小さなスペースに多段に配置することが容
易となり、装置全体を有効に小型化することができる。

【００１２】また、改質触媒部のガス入口面から内方に
向かってこの改質触媒部のガス流れ方向の厚さの１／４
以内の位置でピーク温度を検出している。このため、改
質触媒部内でのピーク温度の検出が高精度かつ良好に遂
行される。さらに改質用燃料がメタノールであり、この
メタノールの改質処理が良好に行われて、例えば、水素
を含む改質ガスを、燃料電池に対して効率的に供給する
ことができる。

【００１３】また、本発明では、改質触媒部内のピーク
温度を検出し、この検出されたピーク温度に基づいて燃
料改質装置が制御される。これにより、改質触媒部を熱
劣化させることがなく、前記改質触媒部を最高効率で使
用することが可能になる。しかも、改質触媒部を最高効
率で使用することができるため、必要な触媒量を少なく
することができる。さらに、燃料改質装置の制御は、改
質室に供給される酸素を含む空気の量を制御することに
より行われるため、改質触媒部のピーク温度を、レスポ
ンスよく迅速に制御することが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料改質装置１０を組み込む燃料電池システム１２の概
略構成図である。燃料電池システム１２は、炭化水素を
含む改質用燃料を改質することにより水素ガスを生成す
る本実施形態に係る燃料改質装置１０と、この燃料改質
装置１０から改質ガスが供給されるとともに、酸化剤ガ
スとして空気が供給され、前記改質ガス中の水素ガスと
前記空気中の酸素とにより発電を行う燃料電池スタック
１４とを備える。炭化水素としては、メタノール、天然
ガスまたはメタン等が使用可能である。

【００１５】燃料改質装置１０は、炭化水素、例えば、
メタノールを貯留するメタノールタンク１６と、燃料電
池スタック１４から気液分離器１７ａ、１７ｂを通して
排出される生成水等を貯留する水タンク１８と、前記メ
タノールタンク１６および前記水タンク１８からそれぞ
れ所定量のメタノールおよび水が供給されてメタノール
水溶液を混合する混合器２０と、前記混合器２０から供
給されるメタノール水溶液を蒸発させるための蒸発器２
２と、前記蒸発器２２に蒸発熱を供給する触媒燃焼器２
４と、前記蒸発器２２から導入される水蒸気が混在され
たメタノール（以下、改質用燃料という）を改質して水
素ガスを含む改質ガスを生成する改質器２６と、この改
質器２６から導出される改質ガス中の一酸化炭素を除去
するＣＯ除去器２８とを備える。

【００１６】触媒燃焼器２４とＣＯ除去器２８とには、
エアー供給器３０からそれぞれエアーが供給されるとと
もに、改質器２６と前記ＣＯ除去器２８との間には、改
質ガスの温度を低下させるための熱交換器３２が配置さ
れている。蒸発器２２と改質器２６と熱交換器３２とＣ
Ｏ除去器２８と触媒燃焼器２４とは、経路３４ａ〜３４
ｃを介して連結され、循環流路を構成している（図２参
照）。

【００１７】図３に示すように、改質器２６は、改質室
３６に配置される第１および第２改質触媒層（改質触媒
部）３８、４０と、前記改質室３６にメタノール水溶
液、水蒸気および酸素含有ガス、例えば、空気を供給し
て前記第１および第２改質触媒層３８、４０で酸化反応
と改質反応とを同時に行わせるための供給機構４２と、
前記第１および第２改質触媒層３８、４０の上流側に配
置され、始動時に該第１および第２改質触媒層３８、４
０に、直接、加熱用燃焼ガスを供給するための始動用燃
焼機構４４とを備える。

【００１８】図２および図３に示すように、燃焼機構４
４は、改質器２６にガス流れ方向（矢印Ａ方向）上流側
に対応しかつ第１および第２改質触媒層３８、４０と同
心的に設けられており、この燃焼機構４４は燃焼室４６
に燃料、例えば、メタノールを供給するためのインジェ
クタ４８と、着火用プラグであるグロープラグ４９とを
備える。このインジェクタ４８は、燃料経路５０を介し
てメタノールタンク１６に接続されている（図１参
照）。

【００１９】インジェクタ４８の先端側周囲には、図３
に示すように、エアーノズル５２が装着され、このエア
ーノズル５２は、燃焼室４６に向かって開口する４つの
エアー導出口５４ａ〜５４ｄを設けている。エアーノズ
ル５２は、第１エアー経路５６を介してエアー供給器５
８（またはエアー供給器３０）に接続されている（図１
参照）。

【００２０】供給機構４２は、図２および図３に示すよ
うに、燃焼機構４４の下流側に配置されており、インジ
ェクタ４８の下流側でかつ第１改質触媒層３８の上流側
に位置して燃料ガス（改質用燃料および水蒸気）と空気
（酸化用および希釈用）とが混合または独立して供給さ
れる供給口６０を設けている。供給口６０は、経路３４
ａを介して蒸発器２２に連結されるとともに、この経路
３４ａの途上に設けられたジョイント部６２は、例え
ば、エアー供給器３０に第２エアー経路６４を介して連
通している。供給口６０は、二重壁内の開口６０ａを介
して複数の導入口６０ｂから流路室６６に連通する。

【００２１】改質器２６は、燃焼室４６に連通する流路
室６６から第１改質触媒層３８に向かって拡径する円錐
状のガス供給流路６８を形成するディフューザ部７０を
備える。ディフューザ部７０の拡径する端部には、略円
筒状のケース７２がねじ止めされており、このケース７
２内に第１および第２改質触媒層３８、４０が装着され
る。

【００２２】第１および第２改質触媒層３８、４０は、
銅または銅・亜鉛系触媒で構成されており、ドーナツ形
状のハニカム構造に設定されている。ハニカム構造は、
ペレット状の触媒に比べて熱伝導率がよく、ピーク温度
を下げるのに有効である。各ハニカムのメッシュは、３
００〜８００セル／ＩＮ²に設定されており、それぞれ
の面方向が改質室３６内のガスの流れ方向（矢印Ａ方
向）に直交して並列されている。

【００２３】第１および第２改質触媒層３８、４０のガ
ス流れ方向の上流側に第１および第２整流板７４ａ、７
４ｂが固定される。第１および第２整流板７４ａ、７４
ｂは、適切な圧力損失を有しており、第１および第２改
質触媒層３８、４０へのガスの流れを均等化するととも
に、各触媒層面内の流れを均等化する。

【００２４】第１および第２改質触媒層３８、４０は、
負荷（改質用燃料の流量）に対して、図４に示すような
特性を有している。すなわち、第１および第２改質触媒
層３８、４０に供給される改質用燃料の単位時間当たり
の流量が少ないと、この改質用燃料が前記第１および第
２改質触媒層３８、４０に滞留する時間が長くなる。従
って、改質用燃料の改質反応が十分に進行し、ＣＨ₃Ｏ
Ｈ→ＣＯ＋２Ｈ₂、ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ
₂（吸熱反応）、ＣＨ₃ＯＨ＋３／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２
Ｈ₂Ｏ（発熱反応）のいずれかの反応を起こす割合（す
なわち、反応率）が増加する。一方、改質用燃料の単位
時間当たりの流量が増加すると、第１および第２改質触
媒層３８、４０に滞留する時間が短くなり、前記改質用
燃料が未反応のまま通過する割合が増えてしまう。これ
により、改質用燃料の流量が増大すると、この改質用燃
料の反応率が減少することになる。

【００２５】ここで、改質用燃料の反応率を９０％以下
にした場合、未反応のメタノールが大量に発生し、この
未反応のメタノールが、直接、燃料電池セルに供給され
ると、該燃料電池セルの発電性能が低下してしまい、好
ましくない。このため、例えば、改質器２６の後段に未
反応のメタノールを処理する変成器を設けることがある
が、システム構成要素が増加し、容積および重量の増加
を惹起して好ましくない。従って、第１および第２改質
触媒層３８、４０の反応率が９０％以上、より好ましく
は９５％以上になるように最大負荷を設定する。

【００２６】一方、燃料改質装置１０は、オートサーマ
ル方式を採用しており、第１および第２改質触媒層３
８、４０では、酸化反応と改質反応とが共存する。この
ため、第１および第２改質触媒層３８、４０のガス流れ
方向（厚さ方向）の位置に対して、図５に示すように、
ガス入口側からガス出口側に向かって温度が急激に上昇
し、ピーク温度に達した後に、温度がなだらかに低下し
ていく温度分布が存在している。これは、第１および第
２改質触媒層３８、４０内では、酸化反応の方が改質反
応よりも反応速度が速く、ガス入口側で酸化反応の発熱
により温度が急激に上昇し、その後、吸熱反応である改
質反応が起こるからである。

【００２７】この場合、反応率を下げることにより、ピ
ーク温度とガス出入口温度との差を小さくすることが考
えられるが、上記のように、反応率が下がることによっ
て未反応のメタノールが大量に発生するという問題があ
る。一方、反応率を高い状態に維持してピーク温度とガ
ス出入口温度との差を所定の範囲内に納めるためには、
第１および第２改質触媒層３８、４０の厚さを適切に設
定する必要がある。

【００２８】そこで、本実施形態では、第１および第２
改質触媒層３８、４０が、それぞれの内部におけるピー
ク温度とガス出口温度との差が１００℃以内、より好ま
しくは５０℃以内になる位置、すなわち、図５中、ガス
流れ方向の位置に相当する厚さｈに設定されている。

【００２９】図６に示すように、改質触媒層Ｍに原料ガ
ス（燃料ガス）を導入して改質ガスを生成する際、この
改質触媒層Ｍのピーク温度を一定にした場合、前記改質
触媒層Ｍの厚さｈを変更すると、図７に示すメタノール
反応率の変化が現れた。従って、改質触媒層Ｍの厚さｈ
が薄ければ薄いほど、メタノール反応率が高くなって性
能の向上が図られており、本実施形態では、第１および
第２改質触媒層３８、４０の厚さｈが５ｍｍ〜４０ｍｍ
の範囲内、より好ましくは、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲
内に設定されるとともに、外径が１５０ｍｍ〜２５０ｍ
ｍ程度に設定されている。

【００３０】図３に示すように、第１および第２改質触
媒層３８、４０の間には、改質用燃料ガスがいずれか一
方のみを通過するようにガス流路形成手段７６が配置さ
れる。ガス流路形成手段７６は、例えば、ＳＵＳ製の板
材で構成されており、第１改質触媒層３８の中央空洞部
分３８ａに挿入される筒状部７８と、この筒状部７８の
端部からガス流れ方向に沿って拡径する円錐部８０と、
この円錐部８０の端部に一体的に設けられ、第２改質触
媒層４０の外周を覆うリング部８２とを有する。

【００３１】筒状部７８の先端には、ガス流れ方向とは
逆方向に向かって縮径する絞り形状部８４が一体成形さ
れている。絞り形状部８４の形状を適切に選定すること
により、第１および第２改質触媒層３８、４０に流入す
るガスの分配状態を容易に調整することができる。第２
改質触媒層４０の中央空洞部分４０ａには、円錐状のカ
バー部材８６が装着されている。

【００３２】図２に示すように、触媒燃焼器２４とＣＯ
除去器２８とにそれぞれ接続される経路３４ｂ、３４ｃ
のジョイント部８８には、三方弁９０が設けられてお
り、この三方弁９０は、前記経路３４ｂと燃料電池スタ
ック１４とが連通する位置と、該経路３４ｂと経路３４
ｃとが連通する位置とに切り換え自在である。この経路
３４ｃには、燃料電池スタック１４から排出される排出
成分中の未反応水素ガス等のガスを導入するための導入
口９２が配置されている。

【００３３】図８に示すように、第１および第２改質触
媒層３８、４０には、この第１および第２改質触媒層３
８、４０のピーク温度を検出するための温度センサ（温
度検出手段）９４が配置される。第１および第２改質触
媒層３８、４０は、ガス流れ方向（矢印Ａ方向）に沿っ
て温度分布を有しており、そのガス入口側から酸化反応
支配領域９６となる部分が存在し、この酸化反応支配領
域９６の終端側からガス出口側にわたって改質反応支配
領域９８となる部分が存在している。

【００３４】ピーク温度は、酸化反応支配領域９６と改
質反応支配領域９８との境界部位に発生するものであ
り、温度センサ９４は、ガス入口側の面から内方に距離
Ｓだけ離間したピーク温度位置に設定される。この距離
Ｓは、第１および第２改質触媒層３８、４０の厚さｈの
１／４以内の位置、具体的には、この厚さｈが２０ｍｍ
である際に１ｍｍ〜５ｍｍ程度の位置に設定される。な
お、第１および第２改質触媒層３８、４０のピーク温度
は、この第１および第２改質触媒層３８、４０の面内温
度分布により位置がばらつくため、温度センサ９４を複
数箇所に設置することが好ましい。

【００３５】温度センサ９４は、ＥＣＵ１００に接続さ
れるとともに、このＥＣＵ１００は、蒸発器２２から導
出される改質用燃料に空気を送るための空気供給弁１０
２を制御する。

【００３６】蒸発器２２には、所定量のメタノール水溶
液を供給するための燃料供給弁１０４が接続され、ＣＯ
除去器２８には、ＣＯを選択酸化するためのエアーを供
給する空気供給弁１０６が接続され、前記燃料供給弁１
０４および前記空気供給弁１０６がＥＣＵ１００により
制御される。具体的には、改質器２６の出口温度からＣ
Ｏ濃度が検出されるため、供給される燃料の量とこのＣ
Ｏ濃度とに基づいて、発生されるＣＯの量が検出され
る。従って、空気供給弁１０６は、ＣＯ＋１／２Ｏ₂→
ＣＯ₂を満たす量の空気を供給するように制御される。

【００３７】このように構成される燃料改質装置１０の
動作について、以下に説明する。

【００３８】先ず、燃料改質装置１０の始動時には、始
動暖気モードとして経路３４ｂ、３４ｃが三方弁９０を
介して燃料電池スタック１４と遮断状態にある。そこ
で、燃焼機構４４を構成する第１エアー経路５６からエ
アーノズル５２を介して燃焼室４６にエアーが供給さ
れ、この燃焼室４６内に渦流が形成される。この状態
で、グロープラグ４９が駆動されてこのグロープラグ４
９の温度が所定温度になったとき、メタノールタンク１
６からインジェクタ４８にメタノールが供給される。

【００３９】メタノールは、インジェクタ４８を介して
燃焼室４６内に噴霧されるとともに、このメタノールに
エアーによる渦流が作用して、前記メタノールの微粒化
および拡散化が図られる。このため、燃焼室４６内で
は、グロープラグ４９の加熱作用下にメタノールが燃焼
し、この燃焼室４６内でのみ保炎がなされる。

【００４０】次いで、第２エアー経路６４から各導入口
６０ｂを介して流路室６６に希釈用エアーが導入され
る。従って、燃焼室４６で生成される高温の燃焼ガスに
エアーが混合され、この燃焼ガスの温度が調整された状
態で、前記燃料ガスが改質室３６に配置されている第１
および第２改質触媒層３８、４０に直接供給される。さ
らに、第１および第２改質触媒層３８、４０が所定の温
度に昇温した後、混合器２０を介してメタノールおよび
水が所定の混合比に混合されたメタノール水溶液が蒸発
器２２に供給される。

【００４１】蒸発器２２では、触媒燃焼器２４で発生し
た高温の燃焼ガスと蒸発ガスとが熱交換されることによ
ってメタノール水溶液が蒸気化し、第２エアー経路６４
から送られるエアーと混合されて供給機構４２を構成す
る各導入口６０ｂから改質器２６内に供給される一方、
インジェクタ４８から燃焼室４６内へのメタノールの供
給が停止される。ここで、第１エアー経路５６からエア
ーノズル５２を介して燃焼室４６側にエアーが継続して
供給されており、インジェクタ４８自体の温度を有効に
低減している。

【００４２】蒸発器２２から経路３４ａに供給された改
質用燃料ガスは、第２エアー経路６４から噴射されるエ
アーと混合されて改質器２６内に導入された後、ディフ
ューザ部７０側に送られる。このディフューザ部７０で
は、メタノール、水蒸気および酸素を含む改質用燃料ガ
スがその一部をガス供給流路６８に沿って第１改質触媒
層３８に送られる一方、他の部分がこの第１改質触媒層
３８の中央空洞部分３８ａに嵌挿された筒状部７８の内
部を通って第２改質触媒層４０に送られる。

【００４３】第１および第２改質触媒層３８、４０で
は、改質用燃料ガス中のメタノール、水蒸気および酸素
によって発熱反応である酸化反応と吸熱反応である改質
反応とが同時に行われる。これにより、外部から改質反
応に必要な熱を供給する必要がないため、改質器２６内
に複雑な伝熱構造を用いる必要がなく、この改質器２６
全体の構造を一挙に簡素化することができる。しかも、
改質器２６内の発熱反応によって改質反応に必要な熱が
供給されるため、負荷変動に対する応答性がよく、水素
ガスを含む改質ガスを効率的に生成することが可能にな
る。

【００４４】第１改質触媒層３８を通って生成された改
質ガスおよび第２改質触媒層４０を通って生成された改
質ガスは、熱交換器３２に導入されて所定の温度に冷却
される。次いで、改質ガスは、ＣＯ除去器２８に導入さ
れてこの前記改質ガス中のＣＯが酸化されて選択的に反
応除去された後、必要に応じて触媒燃焼器２４に送られ
る。そして、改質器２６から安定した改質ガスが生成さ
れ始めると、三方弁９０が切り換えられて燃料電池スタ
ック１４にこの改質ガスが供給される。

【００４５】この場合、本実施形態では、第１および第
２改質触媒層３８、４０内のピーク温度とガス出口温度
との差が１００℃以内、より好ましくは５０℃以内に設
定されている。このため、一定のピーク温度（例えば、
３００℃〜３５０℃の範囲のピーク温度）に対して、特
に改質反応で重要なガス出口温度を高く設定することが
できる。これにより、第１および第２改質触媒層３８、
４０の熱劣化を有効に防止するとともに、改質反応が活
発に行われ、前記第１および第２改質触媒層３８、４０
を全体として有効に利用することができるという効果が
得られる。

【００４６】しかも、必要な触媒量を低減することが可
能になり、改質器２６全体の小型・軽量化および低コス
ト化が容易に図られる。さらに、第１および第２改質触
媒層３８、４０の厚さｈを相当に薄く設定することがで
きるため、全体の温度が均一化され、前記第１および第
２改質触媒層３８、４０の圧損を低減し得るという利点
がある。

【００４７】ところで、本実施形態では、改質器２６内
に第１および第２改質触媒層３８、４０内のピーク温度
を検出する温度センサ９４が配置されている。第１およ
び第２改質触媒層３８、４０が、例えば、銅系の触媒で
ある場合には、耐久性を考慮して３００℃程度のピーク
温度で運転することが好ましい。

【００４８】このため、温度センサ９４を介して第１お
よび第２改質触媒層３８、４０のピーク温度を検出し、
この検出された温度が３００℃よりも低い場合には、Ｅ
ＣＵ１００が空気供給弁１０２を駆動して改質器２６に
供給される酸素（空気）の供給量を増加させる。これに
より、第１および第２改質触媒層３８、４０の酸化反応
支配領域９６での燃焼反応（発熱反応）がより進み、ピ
ーク温度を３００℃まで上げることができる。

【００４９】このように、本実施形態では、第１および
第２改質触媒層３８、４０の内部のピーク温度を一定に
維持することができ、前記第１および第２改質触媒層３
８、４０に局部的な熱劣化が発生することを阻止すると
ともに、前記第１および第２改質触媒層３８、４０を高
効率で有効に使用することが可能になるという効果が得
られる。しかも、第１および第２改質触媒層３８、４０
を高効率で使用することができるため、必要な触媒量を
少なくすることが可能となり、改質器２６全体の小型化
および低コスト化が容易に図られる。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る燃料改質装置では、改質触
媒部において、改質用燃料の反応率が９０％以上であ
り、かつその内部のピーク温度とガス出口温度との差が
１００℃以内に設定されるため、特に改質反応で重要な
ガス出口温度を高くするとともに、改質触媒部全体の温
度を均一化することができる。しかも、改質触媒部の厚
さが肉薄となるために、圧損を大幅に低減することが可
能になる。さらに、ヒートスポットによる一酸化炭素の
発生量を少なくすることができる。

【００５１】また、本発明に係る燃料改質装置の制御方
法では、改質触媒部内のピーク温度を検出し、このピー
ク温度に基づいて燃料改質装置を制御するため、前記改
質触媒部の熱劣化を阻止して高効率で使用し得るととも
に、必要な触媒量を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る燃料改質装置を組み込
む燃料電池システムの概略構成説明図である。

【図２】前記燃料改質装置の斜視説明図である。

【図３】前記燃料改質装置を構成する改質器の断面説明
図である。

【図４】改質用燃料の流量と反応率との関係を説明する
図である。

【図５】改質触媒層の厚さ方向の位置と触媒層温度との
関係を説明する図である。

【図６】改質触媒層の厚さの違いによるメタノール反応
率の変化を検出する実験結果を示す図である。

【図７】前記実験により得られたメタノール反応率の変
化を示す図である。

【図８】改質器内に装着された温度センサおよびＥＣＵ
の説明図である。

【符号の説明】

１０…燃料改質装置１２…燃料電池シ
ステム１６…メタノールタンク１８…水タンク２０…混合器２２…蒸発器２４…触媒燃焼器２６…改質器２８…ＣＯ除去器３６…改質室３８、４０…改質触媒層４２…供給機構４４…燃焼機構７６…ガス流路形
成手段９４…温度センサ９６…酸化反応支
配領域９８…改質反応支配領域１００…ＥＣＵ１０２、１０６…空気供給弁１０４…燃料供給
弁

フロントページの続き (72)発明者立原隆宏埼玉県和光市中央１−４−１株式会社本田技術研究所内 (72)発明者小谷保紀埼玉県和光市中央１−４−１株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EA07 EB16 EB43 5H027 BA01 BA16 KK42 MM12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素を含む改質用燃料を改質すること
により、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質装置で
あって、改質室に配置される改質触媒部と、前記改質室に前記改質用燃料、水蒸気および酸素を含有
するガスを供給して前記改質触媒部で酸化反応と改質反
応とを同時に行わせるための供給機構と、を備え、前記改質触媒部は、前記改質用燃料の反応率が９０％以
上であり、かつガス流れ方向に沿って温度分布を有する
とともに、該改質触媒部内のピーク温度と該改質触媒部
のガス出口温度との差が１００℃以内に設定されること
を特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】請求項１記載の燃料改質装置において、前
記改質触媒部の前記ガス流れ方向の厚さに対して該改質
触媒部のガス入口面から内方に１／４以内の位置に配置
され、前記ピーク温度を検出するための温度検出手段を
備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項３】請求項１または２記載の燃料改質装置にお
いて、前記改質用燃料はメタノールであることを特徴と
する燃料改質装置。
【請求項４】炭化水素を含む改質用燃料を改質すること
により、水素を含む改質ガスを生成する燃料改質装置の
制御方法であって、改質室に前記改質用燃料、水蒸気および酸素を含有する
ガスを供給して改質触媒部で酸化反応と改質反応とを同
時に行う工程と、前記改質触媒部内のピーク温度を検出する工程と、前記検出されたピーク温度に基づいて、前記燃料改質装
置を制御する工程と、を有することを特徴とする燃料改質装置の制御方法。
【請求項５】請求項４記載の制御方法において、前記検
出されたピーク温度に基づいて、前記改質室に供給され
る酸素を含む空気の量を制御することを特徴とする燃料
改質装置の制御方法。
【請求項６】請求項４または５記載の制御方法におい
て、前記改質触媒部は、前記改質用燃料の反応率が９０
％以上であり、かつガス流れ方向に沿って温度分布を有
するとともに、該改質触媒部内のピーク温度と該改質触
媒部のガス出口温度との差が１００℃以内であることを
特徴とする燃料改質装置の制御方法。
【請求項７】請求項４乃至６のいずれか１項に記載の制
御方法において、前記ピーク温度は、前記改質触媒部の
ガス流れ方向の厚さに対して該改質触媒層部のガス入口
面から内方に１／４以内の位置で検出することを特徴と
する燃料改質装置の制御方法。
【請求項８】請求項４乃至７のいずれか１項に記載の制
御方法において、前記改質用燃料は、メタノールである
ことを特徴とする燃料改質装置の制御方法。