JP2002198082A

JP2002198082A - 回転蓄熱式熱交換装置および燃料電池システム用改質装置

Info

Publication number: JP2002198082A
Application number: JP2000395525A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kondo; 靖男近藤; Masayoshi Terao; 公良寺尾; Masanori Uehara; 昌徳上原; Seiji Kawaguchi; 清司川口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP4696358B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温流体と低温流体との間で熱交換を行う回
転蓄熱式熱交換器において、シール効果を維持しつつ回
転蓄熱体とシール部材の摩耗を防止し、さらに、回転蓄
熱体が熱変形した場合にも回転蓄熱体とシール部材の摩
耗を防止する。【解決手段】回転蓄熱体２１の両側面に低温流体通路
Ａと高温流体通路Ｂとを区分する一対のシール部材２
２、２３が設けられており、これらのシール部材２２、
２３の間には、各シール部材２２、２３と回転蓄熱体２
１との間に所定の隙間が保持されるように、回転蓄熱体
２１の軸方向長さより長い軸方向長さを有する隙間保持
部材２７、２８が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転により高温流
体と低温流体との間で熱交換を行う回転蓄熱体を備える
回転蓄熱式熱交換器および燃料電池システム用燃料装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者らは特願２０００−２６１０９
２号において、燃料電池から排出される未反応の燃料ガ
ス（水素を含有するオフガス）を燃焼させ、回転蓄熱体
を備えた回転蓄熱式熱交換器によりオフガス燃焼熱を回
収する方法を提案している。

【０００３】この回転蓄熱式熱交換器の構成を図２０に
基づいて説明する。図２０は熱交換器Ｊ２０の断面構成
を示している。回転蓄熱体Ｊ２１は多数の貫通孔Ｊ２１
ａが形成され、加熱したい低温流体が通過する低温流体
通路と高温の燃焼ガス（オフガス）が通過する高温流体
通路の双方を横切るように配置され、回転することで高
温流体通路の熱を低温流体通路に移送するように構成さ
れている。回転蓄熱体Ｊ２１の貫通孔Ｊ２１ａが開口す
る両側の端面には、低温流体通路と高温流体通路との間
の流体漏れを防ぐために一対の静止シール部材Ｊ２２、
Ｊ２３が配置されており、回転蓄熱体Ｊ２１はシール部
材Ｊ２２、Ｊ２３の間を摺動回転するように構成されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが回転蓄熱式熱
交換器Ｊ２０のシール部では、流体漏れを防止するため
にシール部材Ｊ２２、Ｊ２３の摺動面を回転蓄熱体Ｊ２
１に常時押しつけることとなる。このため、蓄熱体Ｊ２
１あるいはシール部材Ｊ２２、Ｊ２３の少なくともいず
れかに摩耗が進行することとなり熱交換器Ｊ２０の寿命
が短くなる。さらに、回転蓄熱体Ｊ２１が摺動する際の
摩擦抵抗により、回転蓄熱体Ｊ２１の駆動動力が増大し
てシステムの効率性が低下する。

【０００５】また、図２１に示すように、回転蓄熱体Ｊ
２１の高温側（図２１中右側）では、高温の燃焼ガスに
曝されることで熱変形して、回転蓄熱体Ｊ２１本体が歪
むこととなる。この場合、回転蓄熱体Ｊ２１は、高温側
の方が低温側に比較して伸びが大きくなり、高温側に向
けて凸状に湾曲する。これにより、高温側では回転蓄熱
体Ｊ２１とシール部材Ｊ２２、Ｊ２３との隙間が拡大し
て流体漏れが増大するため、改質効率の低下をきたすと
いう不具合が生じる。また、低温側では、回転蓄熱体Ｊ
２１とシール部材Ｊ２２、Ｊ２３との隙間が狭まるため
回転蓄熱体Ｊ２１とシール部材Ｊ２２、Ｊ２３とが接触
し、回転抵抗が増大するとともに接触による破損が起こ
るという不具合が生じる。

【０００６】ところで、水蒸気改質反応により水素を生
成する改質装置では、改質反応を行う改質部の下流側に
多量の水素を含む水素リッチガスからＣＯを除去するＣ
Ｏ除去部が設けられている。ＣＯ除去部はシフト反応
（ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂＋ＣＯ₂）および酸化反応（ＣＯ＋
１／２Ｏ₂→ＣＯ₂）によりＣＯを除去するように構成さ
れており、ＣＯ除去部ではシフト反応のために水分（水
蒸気）を必要とする。このため、例えば改質原料中に含
まれる水分を改質部における改質反応に必要な量より過
剰にしておくことで、ＣＯ除去部に水分を供給してい
る。

【０００７】ところが、このような構成では改質反応に
必要な水分量より多くの水分を蒸発気化させることとな
るため、改質原料を蒸発気化させるための蒸発部の負担
が大きくなり設備が大きくなるという問題がある。一
方、改質装置から水素が供給される燃料電池では、水分
を多量に含んだ排ガスを排出している。

【０００８】また、改質装置にて生成され燃料電池に供
給される水素リッチガス中には水素以外の窒素、二酸化
炭素等の不純物が含まれている。このため、水素リッチ
ガス中の水素濃度が低くなり、燃料電池における発電効
率が悪くなるという問題がある。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑み、高温流体と
低温流体との間で熱交換を行う回転蓄熱式熱交換器にお
いて、シール効果を維持しつつ回転蓄熱体とシール部材
の摩耗を防止することを目的とし、さらに、回転蓄熱体
が熱変形した場合にも回転蓄熱体とシール部材の摩耗を
防止することを目的とする。また、燃料電池の排ガス中
に含まれる水分を回収してＣＯ除去部に供給可能な燃料
電池システム用改質装置を提供し、さらに、改質装置に
て生成される水素リッチガス中に含まれる窒素、二酸化
炭素等の不純物を除去可能な燃料電池システム用改質装
置を提供することを他の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、軸方向に多数の貫通孔
（２１ａ）が形成され、回転することにより低温流体が
通過する低温流体通路（Ａ）と高温流体が通過する高温
流体通路（Ｂ）とを交互に移動して、高温流体の熱を低
温流体に移送する回転蓄熱体（２１）と、高温流体通路
（Ｂ）において高温流体の流入側に位置する高温側シー
ル部材（２３）および高温流体の流出側に位置する低温
側シール部材（２２）とからなる一対のシール部材（２
２、２３）とを備えた回転蓄熱式熱交換器であって、一
対のシール部材（２２、２３）の間には、各シール部材
（２２、２３）と回転蓄熱体（２１）との間に所定の隙
間が保持されるように、回転蓄熱体（２１）の軸方向長
さより長い軸方向長さを有する隙間保持部材（２７、２
８）が配置されていることを特徴としている。

【００１１】これにより、回転蓄熱体（２１）とシール
部材（２２、２３）とを完全に密着させずに微少な固定
隙間を確保でき、回転蓄熱体（２１）が回転する際の摺
動による摩耗を極めて少なくすることができる。従っ
て、シール効果を発揮させてガス漏れを所定漏れ量に抑
制しつつ、回転蓄熱体（２１）およびシール部材（２
２、２３）の摩耗を防止ないし極力少なくして装置の長
寿命化を図ることができる。

【００１２】また、隙間保持部材は、請求項２に記載の
発明のように、回転蓄熱体（２１）より大きい直径を有
する円筒形状であって、一対のシール部材（２２、２
３）のフランジ部（２２ａ、２３ａ）の間に配置される
円筒状スペーサ（２７）、あるいは回転蓄熱体（２１）
の回転中心部を貫通する棒形状であって、一対のシール
部材（２２、２３）のクロスアーム部（２２ｂ、２３
ｂ）の間に配置される棒状スペーサ（２８）の少なくと
も一方とすることができる。

【００１３】また、隙間保持部材として少なくとも円筒
状スペーサ（２７）を備えている場合には、請求項３に
記載の発明のように、回転蓄熱体（２１）は円筒状スペ
ーサ（２７）に支持されているように構成することがで
き、隙間保持部材として少なくとも棒状スペーサ（２
８）を備えている場合には、請求項４に記載の発明のよ
うに、回転蓄熱体（２１）は棒状スペーサ（２８）に支
持されているように構成することができる。

【００１４】また、請求項５に記載の発明では、棒状ス
ペーサ（２８）は、一対のシール部材のうち低温側シー
ル部材（２２）のクロスアーム部（２２ｂ）のみで支持
されていることを特徴としている。これにより、高温側
シール部材（２３）が高温により熱変形した場合であっ
ても、棒状スペーサ（２８）はその影響を回避すること
ができ、軸のずれが起きにくくなる。

【００１５】また、請求項６に記載の発明では、回転蓄
熱体（２１）と前記棒状スペーサ（２８）との間には、
弾性部材（３３）が介在していることを特徴としてい
る。これにより、回転蓄熱体（２１）あるいは棒状スペ
ーサ（２８）が熱変形した場合に生ずる応力を吸収でき
る。

【００１６】また、請求項７に記載の発明では、回転蓄
熱体（２１）とシール部材（２２、２３）のフランジ部
（２２ａ、２３ａ）との間に形成される隙間は、回転蓄
熱体（２１）とシール部材（２２、２３）のクロスアー
ム部（２２ｂ、２３ｂ）との間に形成される隙間より大
きくなるように構成されていることを特徴としている。

【００１７】このように、回転蓄熱体（２１）とシール
部材（２２、２３）との隙間を、中心部に比較して外周
部の方を大きくすることで、中心部側ではガス漏れ量を
最小限に抑えつつ、外周側では回転蓄熱体（２１）の熱
変形を考慮した最適設計を行うことができる。

【００１８】また、請求項８に記載の発明では、一対の
シール部材（２２、２３）のクロスアーム部（２２ｂ、
２３ｂ）には、所定間隔の間隙（２２ｄ、２３ｄ）が形
成されていることを特徴としている。これにより、クロ
スアーム部（２２ｂ、２３ｂ）の熱膨張による応力を吸
収してシール部材（２２、２３）の変形を防ぐことがで
きる。

【００１９】また、請求項９に記載の発明では、高温側
シール部材フランジ部（２３ａ）の回転蓄熱体（２１）
側における回転蓄熱体（２１）の外周角部に対応する部
位に、突出部（２３ｅ）が形成されており、回転蓄熱体
（２１）が熱変形したときに、突出部（２３ｅ）と回転
蓄熱体（２１）の外周角部との隙間が減少するように構
成されていることを特徴としている。

【００２０】このような構成により、回転蓄熱体（２
１）が熱変形する際に、回転蓄熱体（２１）と高温側ガ
スシール（２３）との隙間を自動調整でき、回転蓄熱体
（２１）の熱変形に伴うガスの漏れ量増加を防止でき
る。

【００２１】また、請求項１０に記載の発明では、回転
蓄熱体（２１）の外周部と円筒状スペーサ（２７）との
間に低温流体が導入されることを特徴としている。これ
により、熱交換により高温となる回転蓄熱体（２１）の
駆動系を積極的に冷却することができる。従って、これ
らの部材の過熱を防止し、潤滑性を維持することがで
き、耐久性及び信頼性を確保することができる。

【００２２】また、請求項１１に記載の発明では、高温
側シール部材（２３）における回転蓄熱体（２１）の反
対側に高温ガスシール（２３）と平行に配置され、高温
側シール部材（２３）に対応するフランジ部（３５ａ）
とクロスアーム部（３５ｂ）とを有するサポート部材
（３５）と、高温側シール部材クロスアーム部（２３
ｂ）とサポート部材クロスアーム部（３５ｂ）との間に
配置される中心部スペーサ（３７）と、中心部スペーサ
（３７）と同一の軸方向長さを有し、高温側シール部材
フランジ部（２３ａ）とサポート部材フランジ部（３５
ａ）との間に配置される外周部スペーサ（３６）とを備
え、外周部スペーサ（３６）は、中心部スペーサ（３
７）より熱膨張係数が大きいものであることを特徴とし
ている。

【００２３】これにより、回転蓄熱体（２１）の熱変形
に対応してシール部材（２２、２３）を移動させること
ができ、回転蓄熱体（２１）が熱変形して回転蓄熱体
（２１）とシール部材（２３）との間隔が大きくなるこ
とを防止することができるとともにシール部材（２２）
との間隔が小さくなり、接触による不具合を回避し、か
つ最小間隔を維持することができる。従って、回転蓄熱
体（２１）が熱変形してもガスのシール漏れ増加を抑制
することできる。

【００２４】また、請求項１２に記載の発明では、一対
のシール部材（２２、２３）と、サポート部材（３５）
は同軸上で固定されていることを特徴としている。これ
により、シール部材（２２、２３）とサポート部材（３
５）は中心部で固定され、シール部材（２２、２３）の
外周部のみを、回転蓄熱体（２１）の熱変形に応じて変
形させることができる。

【００２５】また、請求項１３に記載の発明では、外周
部スペーサ（３６）の熱膨張により高温側シール部材
（２３）とサポート部材（３５）との間が押し広げられ
ることを特徴としている。これにより、シール部材（２
２、２３）が回転蓄熱体（２１）の熱変形に応じて移動
することとなる。さらに、請求項１４に記載の発明のよ
うに、外周部スペーサ（３６）の熱膨張により生じるシ
ール部材（２２、２３）の変形量は、回転蓄熱体（２
１）の熱変形による生じる変形量と略同一に設定するこ
とで、回転蓄熱体（２１）とシール部材（２２、２３）
との間隔を常に最適値に維持することができる。

【００２６】また、請求項１５に記載の発明では、低温
流体通路（Ａ）および高温流体通路（Ｂ）のそれぞれに
おいて、高温側シール部材（２３）とサポート部材（３
５）の間は伸縮可能な筒状部材（５ａ、６ａ）にて連結
されていることを特徴としている。これにより、高温側
シール部材（２３）とサポート部材（３５）との間に
は、高温側と低温側の流体流路が分離して形成され、高
温流体と低温流体とが混合されるのを防ぐことができ
る。

【００２７】また、請求項１６に記載の発明では、上記
請求項１ないし９に記載の発明において、低温側シール
部材（２２）は耐熱性金属材料から構成され、高温側シ
ール部材（２３）はより耐熱性の高いセラミック材料か
ら構成されることを特徴としている。

【００２８】また、請求項１７に記載の発明では、上記
請求項１０ないし１４に記載の発明において、高温側シ
ール部材（２３）および低温側シール部材（２２）は耐
熱性金属材料から構成されていることを特徴としてい
る。このように各シール部材（２２、２３）に金属材料
を用いることで、外周部スペーサ（３６）の熱膨張によ
り各シール部材（２２、２３）を容易に変形させること
が可能となる。

【００２９】また、請求項１８に記載の発明では、請求
項１ないし１６のいずれか１つに記載の回転蓄熱式熱交
換器を用い、改質反応により改質原料から水素を生成す
る燃料電池システム用改質装置であって、低温流体は改
質原料であり、高温流体は燃焼ガスであることを特徴と
している。

【００３０】また、請求項１９に記載の発明では、改質
反応により少なくとも水素化合物を含む改質原料から水
素を含む改質ガスを生成する改質部（１３０）を備え、
改質ガスを燃料電池（１６０）に供給する燃料電池シス
テム用改質装置であって、改質ガスが通過する改質ガス
通路（Ｃ）と、燃料電池（１６０）から排出される未反
応の水素を少なくとも含む排ガスが通過する排ガス通路
（Ｄ）と、軸方向に多数の貫通孔が形成され、回転する
ことにより改質ガス通路（Ｃ）と排ガス通路（Ｄ）とを
交互に移動する回転蓄熱体（１４２、１９２）とを備
え、回転蓄熱体（１４２、１９２）の貫通孔表面には、
特定の物質を選択的に吸着可能な吸着剤が設けられてお
り、回転蓄熱体（１４２、１９２）を回転させること
で、改質ガス通路（Ｃ）あるいは排ガス通路（Ｄ）のう
ち一方の通路で特定の物質を吸着剤に吸着させるととも
に、他方の通路で特定の物質を吸着剤より脱離させるこ
とを特徴としている。

【００３１】このように、回転蓄熱体（１４２、１９
２）に特定物質を吸着可能な吸着剤を設けることで、２
つの通路間において熱の移送のみならず吸着により物質
の移送をも行うことができるようになる。

【００３２】また、請求項２０に記載の発明では、回転
蓄熱体（１４２）を含むとともに、改質ガスから触媒反
応により一酸化炭素を除去するＣＯ除去部（１４０）を
備えているから、触媒反応により発熱したＣＯ除去部を
低温側となる排ガス通路（Ｄ）にて冷却することができ
る。

【００３３】また、請求項２１に記載の発明では、ＣＯ
除去部（１４０）は一酸化炭素を触媒反応により二酸化
炭素に変換して除去する触媒を備えており、該触媒は回
転蓄熱体（１４２）の貫通孔表面に設けられていること
を特徴としている。

【００３４】これにより、効果的にＣＯ除去を行うこと
ができる。さらに、ＣＯ除去部（１４０）に回転蓄熱体
（１４２）を設けることで、改質ガス通路（Ｃ）におけ
るＣＯ除去反応により発熱した触媒を、低温の排ガス通
路（Ｄ）にて冷却することができる。これにより、触媒
の劣化を防止するとともに最適な反応温度を維持するこ
とができる。

【００３５】また、請求項２２に記載の発明では、ＣＯ
除去部（１４０）は触媒反応を行う触媒を備えており、
該触媒は改質ガス通路（Ｃ）における回転蓄熱体（１４
２）の下流側に設けられていることを特徴としている。
このように、特定物質の吸着とＣＯ除去反応を分離して
行うことで、回転蓄熱体（１４２）における特定物質の
の吸着効率を向上させることができる。

【００３６】また、請求項２３に記載に発明では、排ガ
ス通路（Ｄ）は、改質ガス通路（Ｃ）より高圧になるよ
うに構成されていることを特徴としている。これによ
り、高圧側となる排ガス通路（Ｄ）で吸着材による特定
物質の吸着を進行させ、低圧側となる改質ガス通路
（Ｃ）で、その特定物質の脱離を進行させることができ
る。この場合、特定物質が水蒸気であるならば、一酸化
炭素を水蒸気と反応させて二酸化炭素に変換できる。

【００３７】具体的には、改質ガス通路（Ｃ）と排ガス
通路（Ｄ）とを連通させ、改質ガス通路（Ｃ）と排ガス
通路（Ｄ）との間にガス圧縮機（１５１）を設けること
で、吸入側に位置する改質ガス通路（Ｃ）を低圧にする
とともに、排出側に位置する排ガス通路（Ｄ）を高圧に
することができる。

【００３８】また、請求項２４に記載の発明では、回転
蓄熱体（１９１）を含むとともに、水素以外の不純物を
改質ガスより除去する不純物除去部（１９０）を備え、
回転蓄熱体（１９１）の貫通孔表面に設けられた吸着剤
は不純物を選択的に吸着可能なものであり、回転蓄熱体
（１９１）を回転させることで、改質ガス通路（Ｃ）で
不純物を吸着剤に吸着させるとともに、排ガス通路
（Ｄ）で不純物を吸着剤より脱離させることを特徴とし
ている。

【００３９】これにより、改質ガス通路（Ｃ）において
改質ガス中の窒素、二酸化炭素等の不純物を選択的に物
理吸着して、排ガス通路（Ｄ）において脱離、放出する
ことができる。従って、燃料電池（１６０）に供給され
る改質ガス中の水素濃度を高めて良質な燃料を燃料電池
（１６０）に供給することができ、燃料電池（１６０）
の発電効率を向上させることができる。

【００４０】また、請求項２５に記載の発明では、改質
ガス通路（Ｃ）は、排ガス通路（Ｄ）より高圧になるよ
うに構成されていることを特徴としている。これによ
り、高圧側となる改質ガス通路（Ｃ）で吸着材による不
純物の吸着を進行させ、低圧側となる排ガス通路（Ｄ）
で不純物の脱離を進行させることができる。

【００４１】また、請求項２６に記載の発明では、ＣＯ
除去部（１４０）は、改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気
とを触媒反応させるシフト反応により該一酸化炭素を除
去するものであり、かつ回転蓄熱体（１４２）の貫通孔
表面に設けられた吸着剤は水蒸気を選択的に吸着可能な
ものであり、回転蓄熱体（１４２）を回転させること
で、排ガス通路（Ｄ）で水蒸気を吸着剤に吸着させると
ともに、改質ガス通路（Ｃ）で水蒸気を吸着剤より脱離
させ、脱離した水蒸気をシフト反応に用いることを特徴
としている。

【００４２】これにより、一酸化炭素を水蒸気と反応さ
せて二酸化炭素に変換して除去する場合、その水蒸気を
燃料電池排ガスから回収することができる。従って、Ｃ
Ｏ除去部（１４０）に水分を供給するために、改質原料
に改質反応に必要とされる以上の水分を含める必要が無
くなり、水素供給装置の蒸発気化手段を簡略化すること
ができる。

【００４３】また、請求項２７に記載の発明では、改質
反応により少なくとも水素化合物と空気とを含む改質原
料から水素を含む改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電
池（１６０）に供給する燃料電池システム用改質装置で
あって、改質原料に用いられる改質用空気を加湿する改
質用空気加湿部（２００）を備え、改質用空気加湿部
（２００）は、改質原料に用いられる空気が通過する改
質用空気通路（Ｅ）と、燃料電池（１６０）から排出さ
れる未反応の水素を少なくとも含む排ガスが通過する空
気加湿用排ガス通路（Ｆ）と、軸方向に多数の貫通孔が
形成され、回転することにより改質用空気通路（Ｅ）と
空気加湿用排ガス通路（Ｆ）とを交互に移動する回転蓄
熱体（２０１）とを有しており、回転蓄熱体（２０１）
の貫通孔表面には、水を選択的に吸着可能な水吸着剤が
設けられており、回転蓄熱体（２０１）を回転させるこ
とで、空気加湿用排ガス通路（Ｆ）において水を水吸着
剤に吸着させるとともに改質用空気通路（Ｅ）において
水吸着剤に吸着した水を水吸着剤より脱離させ、水吸着
剤より脱離した水を改質用空気の加湿に用いることを特
徴としている。

【００４４】これにより、燃料電池排ガス中の水蒸気を
回収して改質原料に用いられる空気を加湿することがで
きるため、改質原料供給部における水供給装置を小型化
あるいは不要とすることができる。

【００４５】また、請求項２８に記載の発明では、空気
加湿用排ガス通路（Ｆ）は、改質用空気通路（Ｅ）より
高圧になるように構成されていることを特徴としてい
る。これにより、高圧側となる空気加湿用排ガス通路
（Ｆ）で吸着材による水の吸着を進行させ、低圧側とな
る改質用空気通路（Ｅ）で水の脱離を進行させることが
できる。

【００４６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００４７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
適用した第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明す
る。本第１実施形態では、回転蓄熱式熱交換器を燃料電
池システムの燃料改質装置（水素供給装置）に用いてい
る。図１は改質装置の概略構成を示すブロック図であ
り、図２は改質装置の各構成要素の配置関係を示す概念
図である。本第１実施形態の改質装置は、水素消費装置
としての燃料電池５０に水素を供給するように構成され
ている。

【００４８】図１、図２に示すように、本第１実施形態
の改質装置は、改質原料供給部１０、熱交換部（蒸発
部）２０、改質部４０、ＣＯ除去部４３、燃焼ガス供給
部（オフガス供給部）６０等を備えている。また、改質
装置には、ハウジング１によって、改質原料が通過する
低温流体通路（改質原料通路）Ａと、燃焼ガスが通過す
る高温流体通路（燃焼ガス通路）Ｂとが並行して形成さ
れている。低温流体通路Ａと高温流体通路Ｂはそれぞれ
独立しており、熱交換部２０を介して熱の授受が行われ
る。

【００４９】低温流体通路Ａでは、改質原料供給部１０
で供給された改質原料（水と空気と改質燃料の混合気）
が熱交換部２０で加熱・気化（蒸発）される。気化され
た改質原料は、改質部４０にてＨ₂およびＣＯを含む改
質ガスに改質され、ＣＯ除去部４３にてＣＯが除去され
た後、燃料電池５０に供給される。

【００５０】燃料電池５０には、水素とともに空気（酸
素）が図示しない空気供給用ポンプにより供給されるよ
うに構成されており、水素と酸素との電気化学反応によ
り発電する。燃料電池５０では、発電に用いられなかっ
た未反応水素を含んだオフガスが排出される。

【００５１】高温流体通路Ｂでは、オフガスがオフガス
供給路６１を介して燃焼ガス供給部６０に供給され、燃
焼して燃焼ガスとなる。この燃焼ガスの燃焼熱は、熱交
換部２０を介して高温流体通路Ｂから低温流体通路Ａを
流れる改質原料に伝えられる。なお、本実施形態では、
改質燃料としてガソリンや灯油といった液体石油系燃料
を用いている。

【００５２】図２に示すように低温流体通路Ａの最上流
部には、改質原料（水、空気、改質燃料）を供給する改
質原料供給部１０が配置されている。改質原料供給部１
０には、水流量制御弁１１、空気流量制御弁１２、燃料
流量制御弁１３、噴霧ノズル１４、混合室１５が設けら
れている。

【００５３】水流量制御弁１１および燃料流量制御弁１
３にて流量制御された改質燃料および水は、噴霧ノズル
１４から混合室１５に噴霧され、図示ない空気供給用送
風機より供給された空気と混合されて、改質燃料と水と
空気の混合気が生成する。

【００５４】低温流体通路Ａにおける第１改質原料供給
部２０の下流側には、熱交換部（蒸発部）２０が配置さ
れている。本第１実施形態の熱交換部２０は回転式熱交
換器である。

【００５５】次に、熱交換部２０について図３〜図６に
基づいて説明する。図３は熱交換部２０の拡大断面図で
あり、図４は熱交換部２０の分解斜視図である。図３、
図４に示すように、熱交換部２０には、熱エネルギを蓄
える回転蓄熱体（マトリクス）２１と、回転蓄熱体２１
と微少隙間を介して密接してガス漏れを防止する一対の
静止シール部材２２、２３と、回転蓄熱体２１を回転駆
動する駆動用モータ２４が設けられている。

【００５６】熱交換部２０では、低温流体通路Ａを流れ
る高圧の改質原料が高温流体通路Ｂに漏れないように、
回転蓄熱体２１とハウジング１との間にシール部材２
２、２３を介在させることでシールしている。シール部
材２２、２３は、シール面２２ｃ、２３ｃで回転蓄熱体
２１を軸方向の両側から挟んだ状態でハウジング１に固
定されている。

【００５７】回転蓄熱体２１は、コージェライト等の耐
熱性セラミックからなり、円柱形状に形成されている。
回転蓄熱体２１は、軸方向に多数の貫通孔（セル）２１
ａが形成されたハニカム構造となっている。

【００５８】図５は、回転蓄熱体２１を構成するセル形
状の例を示している。図４（ａ）は矩形形状セル、図４
（ｂ）は三角形状セルであり、それぞれの表面には酸化
触媒（白金、パラジウム等の単体あるいは混合物）２１
ｂが添着（坦持）されている。これにより、高温流体通
路Ｂに供給される燃料電池５０のオフガスを触媒燃焼さ
せることができる。

【００５９】熱交換部２０には、回転蓄熱体２１を回転
駆動させるための電動モータ（駆動手段）２４が設けら
れている。回転蓄熱体２１の外周面にはリングギア２５
が設けられている。図３に示すように回転蓄熱体２１と
リングギア２５との間にはエラストマのような弾性部材
２６を介在させている。電動モータ２４からの回転力
は、電動モータ２４の回転軸２４ａに固定されたピニオ
ン２４ｂを介して、リングギア２５に伝えられる。回転
蓄熱体２１とリングギア２５との間に弾性部材２６を介
在させることで、回転蓄熱体２１の熱変形よる応力を吸
収してモータ２４の駆動力を回転蓄熱体２１に伝えるこ
とができる。

【００６０】シール部材２２、２３は、例えばステンレ
スのような耐熱性金属やセラミックのような耐熱性材料
から形成されている。本第１実施形態では、低温ガスに
接触する低温側シール部材２２にはステンレスを用い、
高温ガスに接触する高温側シール部材２３にはより耐熱
性の高いセラミックを用いている。

【００６１】図４に示すように、シール部材２２、２３
は、円筒状フランジ部２２ａ、２３ａとその中心を径方
向に通るクロスアーム部２２ｂ、２３ｂとが一体化して
Θ型に構成されている。回転蓄熱体２１は、シール部材
２２、２３のクロスアーム部２２ｂ、２３ｂにて２つの
領域に区画される。クロスアーム部２２ｂ、２３ｂに
は、クロスアーム部２２ｂ、２３ｂの熱膨張による伸び
を吸収するために所定間隔のスリット（間隙）２２ｄ、
２３ｄが形成されている。

【００６２】図４に示すように回転蓄熱体２１における
シール部材２２、２３と対向する外周側面部２１ｂに
は、回転蓄熱体２１が過度に熱変形した場合にシール部
材２２、２３と接触して損傷するのを防ぐために、セメ
ントコーティングされるか、あるいはソリッド状のセラ
ミックリングが固着されることによってシール面が形成
されていてもよい。

【００６３】低温側シール部材２２と高温側シール部材
２３の間に隙間保持部材２７、２８を介在させ、各シー
ル部材２２、２３と回転蓄熱体２１との間に微少隙間を
確保している。本第１実施形態では、隙間保持部材２
７、２８として外周部と中心部に回転蓄熱体２１の軸方
向長さより若干長いスペーサ２７、２８を介在させ、各
シール部材２２、２３と回転蓄熱体２１との間に微少隙
間を確保している。

【００６４】外周部に配置される円筒状スペーサ２７
は、回転蓄熱体２１より大径の円筒形状となっている。
中心部に配置される棒状スペーサ２８は、両端部にシー
ル部材２２、２３が保持される段差２８ａが設けられた
棒状となっている。これらのスペーサ２７、２８には、
インバーやセラミックのような低熱膨張材料を用いる。

【００６５】図６は熱交換部２０の平面図である。図６
に示すように円筒状スペーサ２７には、ピニオンギア２
４ｂとリングギア２５との接続を確保するともに、スペ
ーサ２７内に加熱前の改質原料を導入して回転蓄熱体２
１の駆動系を冷却するために複数のスリット２７ａが形
成されている。

【００６６】ところで、上記発明が解決しようとする課
題において図２１に基づいて述べたように、回転蓄熱体
２１の高温側では、高温の燃焼ガスに曝されることで熱
変形して回転蓄熱体２１本体が歪む。このとき、回転蓄
熱体２１は中心部に比較して外周部の方が熱変形量が大
きい。このため、回転蓄熱体２１が熱変形してもシール
部材２２、２３との間に隙間を確保できるように、スペ
ーサ２７、２８によって形成される回転蓄熱体２１とシ
ール部材２２、２３との隙間は、中心部より外周部の方
を大きくすることが望ましい。

【００６７】本第１実施形態では、外周部における隙
間、すなわち回転蓄熱体２１とシール部材フランジ部２
２ａ、２３ａとの隙間を２０〜３０μｍ程度とし、中心
部における隙間、すなわち回転蓄熱体２１とシール部材
クロスアーム部２２ｂ、２３ｂとの隙間を１０μｍ程度
としている。

【００６８】なお、回転蓄熱体２１が熱変形する際には
高温側の伸びが大きいため、回転蓄熱体２１の外周部は
図３中左側の低温側シール部材２２方向に変形する。従
って、外周部における隙間は、回転蓄熱体２１と低温側
シール部材２２との隙間のみを大きくするように構成し
てもよい。

【００６９】図３、図６に示すように、シール部材２
２、２３の外周部には複数のスプリング（弾性部材）３
１を設けている。シール部材２２、２３は外周部側面を
スプリング３１の収縮弾性力により押圧され、円筒状ス
ペーサ２７を挟み込むように固定されている。シール部
材２２、２３の外周部には、スプリング３１固定用の孔
２２ｄ、２３ｄが複数形成されている。

【００７０】また、図３に示すように、シール部材２
２、２３は、クロスアーム部２２ｂ、２３ｂを弾性ナッ
ト３２によって棒状スペーサ２８を挟み込むように押圧
固定されている。弾性ナット３２はバネ部３２ａからな
る弾性構造を有しており、バネ部３２ａで低温側シール
部材２２を押さえつけている。これにより、棒状スペー
サ２８は低温側シール部材２２および高温側シール部材
２３のクロスアーム部２２ｂ、２３ｂで支持される。

【００７１】このように本第１実施形態では、シール部
材２２、２３を溶接等によりスペーサ２７、２８に完全
に固定するのではなく、スプリング３１や弾性ナット３
２により押さえつけて固定することで、シール部材２
２、２３やスペーサ２７、２８の熱変形を吸収すること
が可能となる。

【００７２】回転蓄熱体２１は、回転式軸受け２９、３
０を介して円筒状スペーサ２７に回転可能に支持されて
いる。軸受け２９、３０は半径の異なる外輪と内輪と転
動体（球）とから構成されている。外輪は円筒状スペー
サ２７に固定され、内輪はリングギア２５に固定され回
転蓄熱体２１とともに回転する。本第１実施形態の回転
蓄熱体２１と棒状スペーサ２８との間は接触しておら
ず、隙間が形成されている。これにより、回転蓄熱体２
１は円筒状スペーサ２７を介してシール部材２２、２３
に固定される。

【００７３】シール部材２２、２３は、低温流体通路Ａ
の高温側と高温流体通路Ｂの高温側及び低温側におい
て、ベローズ２ａ〜４ａを介してケーシング１のフラン
ジ部２〜４に固定されている。これにより熱交換部２０
全体がベローズ２ａ〜４ａを介してケーシング１に固定
されることとなる。ベローズ２ａ〜４ａはステンレス薄
板のような耐熱性金属から構成されており弾性を有して
いる。

【００７４】また、低温流体通路Ａの低温側では、ケー
シング１と低温側シール部材２２は固定されていない。
このため、加熱前の低温の改質原料がケーシング１と熱
交換部２０との間に形成された空間に入り込むこととな
り、高温となる回転蓄熱体２１のリングギア２５や電動
モータ２４のピニオン２４ｂ等を冷却することができ
る。

【００７５】図３に示すように回転蓄熱体２１は、並行
する低温流体通路Ａと高温流体通路Ｂの双方を横断する
ように配置される。このとき、シール部材２２、２３の
クロスアーム部２２ｂ、２３ｂで区画された一方の領域
は低温流体通路Ａに位置し、他方の領域は高温流体通路
Ｂに位置する。回転蓄熱体２１はシール部材２２、２３
の間を摺動回転し、改質原料が通過する低温流体通路Ａ
とオフガス（燃焼ガス）が通過する高温流体通路Ｂとを
交互に移動する。回転蓄熱体２１は、高温流体通路Ｂに
おいて貫通孔２１ａを通過する燃焼ガスから熱を受け取
った後、低温流体通路Ａに移動して貫通孔２１ａを通過
する改質原料に熱を伝えて加熱・気化させる。

【００７６】熱交換部２０の下流側には改質部４０が設
けられている。本第１実施形態の改質部４０では、部分
酸化改質（発熱反応）と水蒸気改質（吸熱反応）とが併
用される。改質部４０には、改質触媒（酸化ニッケル、
酸化銅、白金、パラジウム等の単体あるいは混合物）が
添着されている。改質部４０では、熱交換部２０による
加熱で気化した改質原料を改質し、Ｈ₂とＣＯを含んだ
改質ガスを生成する。また、改質部４０には、改質触媒
の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）４１が設
けられている。

【００７７】改質部４０の下流側には、改質ガスをＣＯ
除去に必要な温度まで冷却するための冷却部４２が設け
られ、冷却部４２の下流側には改質ガスからＣＯを除去
するＣＯ除去部４３が設けられている。ＣＯ除去部４３
にてＣＯを除去された改質ガス（水素リッチガス）は、
水素消費装置としての燃料電池５０に供給される。燃料
電池５０には、水素とともに空気（酸素）が供給され、
水素と酸素との電気化学反応により発電する。燃料電池
５０では、発電に用いられなかった未反応水素を含んだ
オフガスが排出される。

【００７８】高温流体通路Ｂにおける熱交換部２０の上
流側には、熱交換部２０を加熱するための燃焼ガス供給
部（オフガス供給部）６０が設けられている。燃焼ガス
供給部６０には、オフガス流量制御弁６１、燃料流量制
御弁（燃焼用燃料供給部）６２、オフエア流量制御弁６
３、噴霧ノズル６４、点火プラグ（着火手段）６５、混
合・燃焼室６６が設けられている。

【００７９】燃焼ガス供給部６０には、燃料電池５０か
ら排出される未反応の水素を含むオフガスがオフガス供
給路５１を介して供給される。これにより低温流体通路
Ａと高温流体通路Ｂは改質ガス供給路５０およびオフガ
ス供給路５１を介して連通している。さらに燃焼ガス供
給部６０には、燃料電池５０から排出される未反応の酸
素を含むオフエアが、オフエア供給路５２を介して供給
される。

【００８０】オフガスおよびオフエアは噴霧ノズル６４
から混合・燃焼室６６に噴霧され、オフガス混合気とな
る。オフガス混合気は、熱交換部２０に供給され、熱交
換部２０に設けられた酸化触媒にて触媒燃焼して燃焼ガ
スを生ずる。この燃焼ガスの燃焼熱で回転蓄熱体２１が
加熱される。回転蓄熱体２１は高温流体通路Ｂで熱を受
け取り、回転して低温流体通路Ａにて改質原料を加熱す
る。

【００８１】改質装置の始動時には、オフガスに代え
て、燃料流量制御弁にて流量制御された始動用燃料（燃
焼用燃料）を燃焼室６６に噴霧し、点火プラグ６５にて
着火して、火炎燃焼により燃焼ガスを生じさせるように
構成されている。なお、本第１実施形態では、始動用燃
料として改質燃料と同様の液体石油系燃料を用いてい
る。

【００８２】図７は、本実施形態の改質装置の制御系を
示している。図７に示すように、本第１実施形態の改質
装置には、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）７０が設け
られている。制御部７０には、温度センサ４１にて検出
した温度信号等が入力され、各流量制御弁１１〜１３、
６１〜６３、回転蓄熱体駆動用モータ２４、点火プラグ
６５等に制御信号を出力するように構成されている。

【００８３】以下、上記構成の改質装置の作動について
説明する。まず、改質装置の始動時について説明する。
改質部４０において改質反応が開始するためには、改質
部４０に供給される改質原料が蒸発・気化しており、か
つ改質部４０の改質触媒が改質反応を開始可能な所定温
度まで昇温している必要がある。

【００８４】そこで、まず燃焼ガス供給部６０の燃焼室
６６にて始動用燃料と空気との混合気を生成し、点火プ
ラグ６５にて着火して火炎燃焼させる。この火炎燃焼に
より生成した燃焼ガスは、高温流体通路Ｂを流れて熱交
換部２０を貫流する。これにより、回転蓄熱体２１のう
ち高温流体通路Ｂに位置する部位は燃焼ガスにより加熱
される。回転蓄熱体２１が回転することで、燃焼ガスに
て加熱された部位が低温流体通路Ａに移動し、低温流体
通路Ａを流れる空気が加熱される。この加熱空気が低温
流体通路Ａを流れることにより、熱交換部２０の下流側
の各構成要素が急速に暖気される。

【００８５】燃焼ガスの燃焼熱により、熱交換部２０、
改質部４０、ＣＯ除去部（シフト部、浄化部）４３とい
った改質システムの各構成要素が急速に暖気（予熱）さ
れる。そして、温度センサ４１にて検出した改質部４０
の温度が所定改質反応開始温度に到達した場合に、改質
触媒を含めた改質システムの構成要素が改質反応を開始
することができる温度に到達したと判断して、燃焼ガス
供給部６０での始動用燃料の供給を中断して火炎燃焼を
停止する。

【００８６】各構成要素の暖気が完了すると、改質原料
供給部１０にて改質原料（水、空気、改質燃料の混合
気）の供給が開始される。改質原料は熱交換部２０にて
加熱・気化される。気化された改質原料は、改質部４０
にてＨ₂とＣＯを含む改質ガスに改質される。改質ガス
は、ＣＯ除去部４３にてＣＯが除去され、燃料電池５０
に供給される。

【００８７】燃料電池５０では、水素と酸素との化学反
応により発電するとともに、未反応水素を含むオフガス
と未反応の酸素を含むオフエアが排出される。オフガス
はオフガス導入経路５１を介して、オフエアはオフエア
供給路５２を介して高温流体通路Ｂの燃焼ガス供給部６
０に導入され、オフガス混合気となる。オフガス混合気
は、熱交換部２０に供給され、回転蓄熱体２１を通過す
る際に触媒燃焼を開始する。このオフガスの触媒燃焼に
よって発生した熱は回転蓄熱体２１に蓄えられ、回転蓄
熱体２１が回転移動することにより、低温流体通路Ａを
通過する改質原料を加熱・気化する。

【００８８】このように、オフガスの触媒燃焼による熱
により、改質原料を加熱して気化するとともに、加熱さ
れた改質原料を介して下流側の改質部４０をも加熱する
ことができる。これにより、熱交換部２０、改質部４０
の加熱は、始動用燃料の火炎燃焼による加熱からオフガ
ス燃焼による加熱に切り替わり、改質装置は自立運転を
開始することができる。

【００８９】本第１実施形態の熱交換部２０では、スペ
ーサ２７、２８により回転蓄熱体２１とシール部材２
２、２３とを完全に密着させずに微少な固定隙間を確保
しているので、回転蓄熱体２１が回転する際の摺動によ
る摩耗は極めて少ない。このため、シール効果を発揮さ
せてガス漏れを所定漏れ量に抑制しつつ、回転蓄熱体２
１やシール部材２２、２３の摩耗を防止ないし極力少な
くして装置の長寿命化を図ることができる。

【００９０】また、シール部材２２、２３で回転蓄熱体
２１を押圧しないので摩擦抵抗を極めて小さくすること
ができる。この結果、回転蓄熱体２１の駆動動力を大幅
に低減させることができ、駆動機構を簡便にすることが
できる。

【００９１】また、スペーサ２７、２８によって形成さ
れる回転蓄熱体２１とシール部材２２、２３との隙間
を、中心部に比較して外周部の方を大きくすることで、
中心部側ではガス漏れ量を最小限に抑えつつ、外周側で
は回転蓄熱体２１の熱変形を考慮した最適設計を行うこ
とができる。

【００９２】また、シール部材２２、２３のクロスアー
ム部２２ｂ、２３ｂに微少間隔のスリット２２ｄ、２３
ｄを設けることで、クロスアーム部２２ｂ、２３ｂの熱
膨張による応力を吸収してシール部材２２、２３の変形
を防ぐことができる。

【００９３】また、シール部材２２、２３を、スプリン
グ３１や弾性ナット３２によりスペーサ２７、２８に押
圧して固定することで、シール部材２２、２３の熱変形
を吸収することが可能となる。

【００９４】このような回転蓄熱式熱交換器であれば、
熱交換する流体が高圧力差であるとともに小流量という
特徴を有する燃料電池システムの燃料改質用熱交換器に
も好適に用いることができ、シール漏れと回転駆動力を
低減させてシステム効率の向上および耐久性の向上を図
ることができる。

【００９５】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を図８に基づいて説明する。本第２実施形態は、上
記第１実施形態に比較して回転蓄熱体２１の固定方法が
異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分につ
いては同一の符号を付して説明を省略する。

【００９６】図８は、本第２実施形態の改質装置におけ
る熱交換部２０の拡大断面図である。図８に示すよう
に、本第２実施形態では回転蓄熱体２１は、棒状スペー
サ２８に固定されている。棒状スペーサ２８の周囲には
円筒状のグラファイト部材（軸受け）３４が配置され、
回転蓄熱体２１にはエラストマといった弾性部材３３を
介して軸受け３４が接続されている。摺動部位である軸
受け３４は高温雰囲気で用いられるため、高温無潤滑材
料（硬質カーボン材等）によって形成されている。

【００９７】これにより、回転蓄熱体２１は、棒状スペ
ーサ２８を介してシール部材２２、２３に固定される。
このような構成により、回転蓄熱体２１は、棒状スペー
サ２８を回転軸として回転することとなる。

【００９８】以上、本第２実施形態の熱交換部２０の構
成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。

【００９９】また、回転蓄熱体２１と棒状スペーサ２８
との間に弾性部材３３を介在させているので、回転蓄熱
体２１や棒状スペーサ２８の軸方向の伸びに対する応力
を吸収することができる。

【０１００】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態を図９に基づいて説明する。本第３実施形態は、上
記第２実施形態に比較して回転蓄熱体２１の固定方法が
異なるものである。上記第２実施形態と同様の部分につ
いては同一の符号を付して説明を省略する。

【０１０１】図９は、本第３実施形態の改質装置におけ
る熱交換部２０の拡大断面図である。図９に示すよう
に、軸状スペーサ２８は低温側シール部材２２のみで支
持されている。なお、本第３実施形態では弾性ナットで
はなく、弾性構造を有しない通常のナット３２を用いて
いる。

【０１０２】以上、本第３実施形態の熱交換部２０の構
成によれば、棒状スペーサ２８は高温側シール部材２３
に固定されていないので、高温側シール部材２３が熱変
形しても棒状スペーサ２８はその影響を回避することが
でき、軸のずれが起きにくくなる。

【０１０３】また、棒状スペーサ２８が固定されていな
い高温側シール部材２３では、スリット２３ｄは必ずし
もクロスアーム部２３ｂの中心部に設ける必要はない。

【０１０４】（第４実施形態）次に、本発明の第４実施
形態を図１０、図１１に基づいて説明する。本第４実施
形態は、上記第１実施形態に比較して回転蓄熱体２１お
よび高温側シール部材２３に回転蓄熱体２１が熱変形し
た際のガス漏れ防止機構が設けられている点が異なるも
のである。上記第１実施形態と同様の部分については同
一の符号を付して説明を省略する。

【０１０５】図１０は本第４実施形態の改質装置におけ
る熱交換部２０の拡大断面図である。図１０に示すよう
に、回転蓄熱体２１の高温側（図１０中右側）における
外周角部には段差部２１ｃが形成されている。また、高
温側シール部材２３のフランジ部２３ａには、回転蓄熱
体２１の外周角部に対応する位置に突出部２３ｅが形成
されている。回転蓄熱体２１の段差２１ｃと高温側シー
ル部材２３の突出部２３ｄは、それぞれ対応する相対ス
テップ面となっている。

【０１０６】図１１は図１０中Ｃの部分拡大断面図であ
り、図１１中の回転蓄熱体２１は熱変形後の状態を示
し、図１１中の一点鎖線が熱変形前の回転蓄熱体２１を
示している。回転蓄熱体２１は熱変形により高温側の伸
びが大きくなるため、図１１に示すように高温側に凸状
に湾曲する。この結果、回転蓄熱体２１と高温側シール
部材２３との間隔ΔＬｏが大きくなる。しかしながら、
回転蓄熱体２１の外周角部と突出部２３ｄとの間隔δが
小さくなるため、結果として回転蓄熱体２１と高温側シ
ール部材２３との間隔は増大しない。従って、回転蓄熱
体２１と高温側ガスシール２３との隙間を自動調整で
き、回転蓄熱体２１の熱変形に伴うガスの漏れ量増加を
防止できる。

【０１０７】（第５実施形態）次に、本発明の第５実施
形態を図１２に基づいて説明する。本第５実施形態は、
上記第１実施形態に比較して回転蓄熱体２１の駆動部に
低温流体が導入できるように構成されている点が異なる
ものである。上記第１実施形態と同様の部分については
同一の符号を付して説明を省略する。

【０１０８】図１２は本第５実施形態の改質装置におけ
る熱交換部２０の拡大断面図である。図１２に示すよう
に、本第５実施形態では、ハウジング１における熱交換
部２０近傍に、熱交換部２０に低温流体を導入するため
の低温流体導入路５が設けられている。シール部材２
２、２３には、ピニオンギア２４ｂやリングギア２５等
からなる回転蓄熱体２１の駆動部に低温流体を流通させ
るための貫通孔２２ｆ、２３ｆが形成されている。さら
に、リングギア２５にも貫通孔２５ａが形成されてい
る。

【０１０９】低温流体としては、改質原料供給部１０か
ら供給される改質原料に合流させる必要があるので、改
質原料を構成する空気、水、改質燃料のいずれかを用い
ることができる。本第５実施形態では低温流体として空
気を用いている。なお、低温流体が通過する通路を改質
原料が通過する低温流体通路Ａと別個に設け、低温流体
が改質原料と合流しない構成にした場合には、低温流体
として改質原料を構成する空気、水、改質燃料以外の流
体を用いることができる。

【０１１０】低温流体導入路５より導入された低温流体
は、一部がケーシング１と熱交換部２０との間の空間を
貫流するとともに、高温側シール部材２３の貫通孔２３
ｆより回転蓄熱体２１の外周部と円筒状スペーサ２７と
シール部材２２、２３とから構成される内部空間に導入
される。低温流体は、リングギア２５、弾性部材２６、
ピニオンギア２４ｂ、軸受け２９、３０等を冷却した後
に、低温側シール部材２２の貫通孔２２ｆより流出し、
上流側の改質原料供給部１０から供給される改質原料に
合流して、改質原料の一部となる。

【０１１１】以上、第５実施形態の構成によれば、熱交
換により高温となるリングギア２５、弾性部材２６、ピ
ニオンギア２４ｂ、軸受け２９、３０等を積極的に冷却
することができる。これにより、これらの部材の過熱を
防止し、潤滑性を維持することができ、耐久性及び信頼
性を確保することができる。また、リングギア２５等か
ら熱を受け取った低温流体は、加熱すべき改質原料に合
流するため、外部への熱損失を防止することができる。

【０１１２】（第６実施形態）次に、本発明の第６実施
形態を図１３〜図１５に基づいて説明する。本第６実施
形態は、上記第５実施形態に比較して回転蓄熱体２１の
熱変形に対応させてシール部材２２、２３を変形させる
ように構成されている点が異なるものである。上記第５
実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説
明を省略する。

【０１１３】図１３は本第６実施形態の改質装置におけ
る熱交換部２０の拡大断面図である。図１３に示すよう
に、本第６実施形態では、高温側シール部材２３とハウ
ジング１の間に、サポート部材３５が高温側シール部材
２３と平行に配置されている。サポート部材３５はシー
ル部材２２、２３と同様の形状であり、フランジ部３５
ａとクロスアーム部３５ｂを備えている。

【０１１４】フランジ部３５ａには、低温流体導入路５
から流入した低温流体を通過させるために貫通孔３５ｃ
が形成されている。本第６実施形態では、高温側シール
部材２３に代えてサポート部材３５がベローズ２ａ、３
ａを介してケーシング１に固定されている。

【０１１５】なお、高温側シール部材２３とサポート部
材３５との間は、略半円断面形の高温側流体通路Ａおよ
び低温側流体通路Ｂのそれぞれにおいて、伸縮自在な筒
状部材であるベローズ（半円断面形）５ａ、６ａにて連
結されている。これにより、高温側シール部材２３とサ
ポート部材３５との間には、高温側と低温側の流体流路
が分離して形成され、高温流体と低温流体とが混合され
るのを防ぐことができる。

【０１１６】また、本第６実施形態では、外周部におけ
る隙間（回転蓄熱体２１とシール部材フランジ部２２
ａ、２３ａとの隙間）と、中心部における隙間（回転蓄
熱体２１とシール部材クロスアーム部２２ｂ、２３ｂと
の隙間）を等しくしている。

【０１１７】高温側シール部材２３とサポート部材３５
との間には、高温側シール部材２３とサポート部材３５
との間隔を保持するために、直径の異なる２つの円筒形
状のスペーサ（間隔保持部材）３６、３７が介在してい
る。外周部スペーサ３６は高温側シール部材２３のフラ
ンジ部２３ａとサポート部材３５のフランジ部３５ａと
の間に配置され、中心部スペーサ３７は高温側シール部
材２３のクロスアーム部２３ｂとサポート部材３５のク
ロスアーム部３５ｂとの間に配置される。本第６実施形
態では、棒状スペーサ２８は高温側シール部材２３側が
長く形成されており、中心部スペーサ３７およびサポー
ト部材３５のクロスアーム部３５ｂは棒状スペーサ２８
にはめ込まれて固定される。

【０１１８】外周部スペーサ３６および中心部スペーサ
３７は、それぞれ熱膨張係数の異なる材質から構成さ
れ、外周部スペーサ３６の方が中心部スペーサ３７より
熱膨張係数が大きくなるように構成されている。それぞ
れのスペーサ３６、３７は、熱膨張していない状態では
同一の軸方向長さを有している。

【０１１９】外周部に配置される外周部スペーサ３６に
は、耐熱鋼である炭素鋼やステンレス鋼といった高熱膨
張材料を用いる。一方、中心部に配置される中心部スペ
ーサ３７には、インバーやセラミックといった低熱膨張
材料を用いる。外周部スペーサ３６の熱膨張率は温度、
長さ、材質等により異なるが、本第６実施形態では、外
周部スペーサ３６の熱膨張率は中心部スペーサ３７に比
較して十数倍となるように設定されている。この外周部
スペーサ３６の熱膨張率の設定は、回転蓄熱体２１の外
周部の熱変形量と、外周部スペーサ３６の熱膨張に伴う
ガスシール２２、２３の移動量がほぼ等しくなるように
行われる。

【０１２０】なお、本第６実施形態では、低温側シール
部材２２、高温側シール部材２３、サポート部材３５の
いずれも、外周部スペーサ３６の熱膨張により変形させ
る必要があるので、セラミック材は用いず、ステンレス
といった耐熱性金属材料を用いている。また、シール部
材２２、２３と、サポート部材３５は同軸上で固定され
ている。このため、シール部材２２、２３とサポート部
材３５は中心部が固定され、シール部材２２、２３およ
びサポート部材３５の外周部のみが、外周部スペーサ３
６の熱膨張により変形する。

【０１２１】次に、熱変形の前後における熱交換部２０
を図１４、図１５に基づいて説明する。図１４は熱変形
前の熱交換部２０の概略断面図であり、図１５は熱変形
後の熱交換部２０の概略断面図である。

【０１２２】熱変形前では、図１４に示すように、回転
蓄熱体２１とシール部材２２、２３との間には所定の微
少隙間が保持されている。これに対し、熱変形後には、
図１５に示すように、回転蓄熱体２１は、高温側（図１
５中右側）の伸びが低温側（図１５中左側）より大きく
なるため、高温側が凸状となるように熱変形する。

【０１２３】このとき、高熱膨張材である外周部スペー
サ３６は高熱により膨張し、高温側シール部材２３とサ
ポート部材３５の外周を押し広げることとなる。これに
対し、低熱膨張材である中心部スペーサ３７は、外周部
スペーサ３６に比較して熱膨張係数が小さいため、高温
側シール部材２３とサポート部材の中心部は固定された
ままとなる。

【０１２４】従って、図１５に示すように高温側シール
部材２３とサポート部材３５との間は、中心部が引きつ
けられたまま外周部のみが押し広げられる。これに伴
い、低熱膨張材であるスペーサ２７、２８で間隔を規定
されている低温側シール部材２２と高温側シール部材２
３は、熱膨張前と同様の間隔を保持したまま図１５中左
側に平行に変形することとなる。なお、高温側シール部
材２３とサポート部材３５とを連結しているベローズ５
ａ、６ａは伸縮可能に構成されているので、高温側ガス
シール２３とサポート部材３５の変形に対応して変形す
る。

【０１２５】これにより、回転蓄熱体２１の熱変形に対
応してシール部材２２、２３が移動し、回転蓄熱体２１
が熱変形して回転蓄熱体２１とシール部材２２、２３と
の間隔が大きくなることを防止することができる。従っ
て、回転蓄熱体２１とシール部材２２、２３との間隔を
常に最適値に維持することができ、回転蓄熱体２１が熱
変形してもガスのシール漏れ増加を抑制することでき
る。

【０１２６】また、本第６実施形態では、回転蓄熱体２
１とシール部材２２、２３との間隔を常に最適値に維持
することができるので、外周部における隙間（回転蓄熱
体２１とシール部材フランジ部２２ａ、２３ａとの隙
間）を、中心部における隙間（回転蓄熱体２１とシール
部材クロスアーム部２２ｂ、２３ｂとの隙間）より大き
くする必要がない。

【０１２７】（第７実施形態）次に本発明の第７実施形
態を図１６に基づいて説明する。図１６は本第７実施形
態の水素供給装置の概略構成を示す概念図である。な
お、図１６中の実線矢印は熱の移動方向を示し、破線矢
印は水分（水蒸気）の移動方向を示している。

【０１２８】図１６に示すように、本第７実施形態の水
素供給装置は、改質原料供給部１１０、蒸発部１２０、
改質部１３０、ＣＯ除去部１４０、ガス圧縮機（加圧手
段）１５１、燃焼ガス供給部１７０等を備えている。本
第７実施形態では、蒸発部１２０、改質部１３０、ＣＯ
除去部１４０が回転蓄熱体として構成されている。

【０１２９】また、水素供給装置には、ハウジング１０
０によって、改質原料が通過する低温流体通路（改質原
料通路）Ａと、燃焼ガスが通過する高温流体通路（燃焼
ガス通路）Ｂとが並行して形成されている。低温流体通
路Ａと高温流体通路Ｂはそれぞれ独立しており、蒸発部
１２０および改質部１３０を介して熱の授受が行われ
る。

【０１３０】また、本第７実施形態の水素供給装置にお
いては、低温流体通路Ａの下流側には改質部１３０にて
生成した改質ガスが通過する改質ガス通路Ｃが形成さ
れ、高温流体通路Ｂの上流側には燃料電池１６０より排
出される排ガスが通過する排ガス通路Ｄが形成されてい
る。改質ガス通路Ｃと排ガス通路Ｄはそれぞれ独立して
並列的に形成されており、ＣＯ除去部１４０を介して熱
の授受および排ガス通路Ｄから改質ガス通路Ｃへの水分
（水蒸気）の回収が行われる。

【０１３１】低温流体通路Ａでは、改質原料供給部１０
で供給された第１改質原料（水と空気との混合気）が蒸
発部１２０で加熱・気化（蒸発）される。蒸発部１２０
の下流側で第１改質原料に第２の改質原料（改質燃料）
が混合され、改質原料（水と空気と改質燃料との混合
気）が生成する。改質原料は改質部１３０にてＨ₂およ
びＣＯを含む改質ガスに改質され、改質ガス通路Ｃにお
いてＣＯ除去部１４０によりＣＯが除去された後、水素
リッチガスとして燃料電池１６０に供給される。なお、
ＣＯ除去部１４０においてＣＯ除去反応に必要な特定物
質としての水分（水蒸気）は、排ガス通路Ｄの排ガスか
ら回収した水分が用いられる。

【０１３２】燃料電池１６０には、水素とともに空気
（酸素）が供給され、水素と酸素との電気化学反応によ
り発電する。燃料電池１６０では、未反応水素を含むオ
フガスと未反応酸素を含むオフエアとが排ガスとして排
出される。燃料電池１６０に供給される水素および空気
は加湿されており、さらに燃料電池１６０内の電気化学
反応によって水分が生成するので、燃料電池１６０から
排出される排ガスは水蒸気を多量に含んだ湿潤状態とな
っている。

【０１３３】燃料電池１６０より排出された排ガスは、
水素供給装置の排ガス通路Ｄにて水分（水蒸気）を回収
された後、高温流体通路Ｂに供給される。高温流体通路
Ｂでは、オフガスおよびオフエアが燃焼ガス供給部１７
０に供給され、燃焼して燃焼ガスとなる。この燃焼ガス
の燃焼熱は、改質部１３０および蒸発部１２０を介して
高温流体通路Ｂから低温流体通路Ａを流れる改質原料に
伝えられる。なお、本実施形態では、改質燃料としてガ
ソリンや灯油といった液体石油系燃料を用いている。

【０１３４】図１６に示すように低温流体通路Ａの最上
流部には、第１の改質原料（水、空気）を供給する改質
原料供給部１０が配置されている。改質原料供給部１１
０には、水流量制御弁１１１、空気流量制御弁１１２、
噴霧ノズル１１４、混合室１１５が設けられている。な
お、空気は後述のガス圧縮機１５１による吸入によって
混合室１１５に供給されるように構成されている。

【０１３５】低温流体通路Ａにおける改質原料供給部１
１０の下流側には、蒸発部１２０が配置されている。本
第７実施形態の蒸発部１２０は回転式熱交換器であり、
上記第１実施形態の蒸発部２０と同様の構成を有してい
る。蒸発部１２０は、一対のガスシールに挟まれた回転
蓄熱体１２１を備えている。また、蒸発部１２０の下流
側には、蒸発部１２０にて蒸発気化された第１の改質原
料（水、空気）に、第２の改質原料（改質燃料）を供給
・混合するための燃料流量制御弁１１３、噴霧ノズル１
１６、混合室１１７が設けられている。

【０１３６】蒸発部１２０の下流側には改質部１３０が
設けられている。本第７実施形態の改質部１３０は、蒸
発部１２０と同様の回転蓄熱体１３１を備えており、回
転蓄熱体１３１の貫通孔内部の表面には改質触媒が添着
されている。このような構成により、本第７実施形態の
改質部１３０では高温流体通路Ｂの燃焼ガスの燃焼熱に
よって改質触媒を加熱できる。また、改質部１３０の下
流側には、改質触媒の温度を間接的に検出する温度セン
サ（温度検出手段）１３２が設けられている。

【０１３７】改質部３０の下流側には、改質ガスから一
酸化炭素（ＣＯ）を除去するＣＯ除去部１４０が設けら
れている。ＣＯ除去部１４０では、ＣＯシフト反応（Ｃ
Ｏ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂＋ＣＯ）と、ＣＯ酸化反応（Ｃ
Ｏ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂）により改質ガス中のＣＯを除去
するように構成されている。ＣＯシフト反応ではＣＯ除
去のために水分が必要とされる。また、ＣＯ除去部１４
０の上流側には改質ガス温度をＣＯ除去反応に必要な温
度に冷却するための冷却部１４１が設けられている。

【０１３８】本第７実施形態におけるＣＯ除去部１４０
は、蒸発部１２０と同様の構成を有する回転蓄熱体１４
２を備えている。ＣＯ除去部１４０の回転蓄熱体１４２
は、低温流体通路Ａの下流側に位置する改質ガス通路Ｃ
と、高温流体通路Ｂの上流側に位置する排ガス通路Ｄと
を横切るように配置されており、回転することにより改
質ガス通路Ｃと排ガス通路Ｄとを交互に移動する。

【０１３９】ＣＯ除去部１４０の回転蓄熱体１４２にお
ける貫通孔内部の表面（伝熱面）には、水蒸気吸着層が
形成されている。水蒸気吸着層は、例えばゼオライトや
シリカゲルといった水分を吸着可能な多孔質の吸着剤か
ら構成されている。吸着剤には多数の細孔が形成されて
おり、水分を選択的に吸着できるように細孔の大きさが
定められている。ＣＯ除去部１４０では、ＣＯシフト反
応のためのシフト触媒（例えばＦｅ−Ｃｒ系触媒、Ｃｕ
−Ｚｎ系触媒等）と、ＣＯ酸化反応のための酸化触媒
（例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等）が設けられており、水蒸
気吸着層の表面にこれらのシフト触媒や酸化触媒からな
るＣＯ浄化触媒が添着されている。

【０１４０】なお、蒸発部１２０、改質部１３０、ＣＯ
除去部１４０における回転蓄熱体１２１、１３１、１４
２は、それぞれ同一の回転軸１２３上に配置されてお
り、蒸発部１２０の回転モータ１２２により回転駆動さ
れるように構成されている。

【０１４１】改質ガスを燃料電池１６０に供給するため
の改質ガス供給路１５０には押し込み式のガス圧縮機１
５１が設けられている。ガス圧縮機１５１は電動モータ
により駆動される。ガス圧縮機１５１は、燃料電池１６
０に対する出力要求の変化に応じて燃料電池１６０への
改質原料の供給量を変化させる。ガス圧縮機１５１によ
る吸入により、改質原料供給部１１０に空気が吸引供給
される。ガス圧縮機１５１は、吸入側より吐出側の圧力
が高くなるため、吸入側に位置する低温流体通路Ａの圧
力Ｐａより高温流体通路Ｂの圧力Ｐｂの方が高くなるよ
うに圧力調整できる。同様に改質ガス通路Ｃの圧力Ｐｃ
より排ガス通路Ｄの圧力Ｐｄが高くなるように圧力調整
することができる。

【０１４２】水素供給装置にて生成した水素を含んだ改
質ガスは、燃料電池１６０に供給される。燃料電池１６
０には、水素とともに空気側ガス圧縮機１５２により空
気（酸素）が供給されることで、以下の水素と酸素との
電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。（負極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （正極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ燃料電池１６０では、発電時の電気化学反応のために燃
料電池１６０内部の電解質膜を水分を含んだ状態にして
おく必要がある。このため、通常運転時において燃料電
池１６０には加湿された空気および水素が供給される。
これにより、燃料電池１６０内部は湿潤状態で作動す
る。また、酸素極側では上記電気化学反応により水分が
生成する。

【０１４３】燃料電池１６０では、発電に用いられなか
った未反応水素を含んだオフガスと発電に用いられなか
った酸素を含むオフエアが排出される。オフガスおよび
オフエアからなる排ガスは、多量の水蒸気を含んだ状態
（通常は飽和状態）でオフガス供給路１６１、オフエア
供給路１６２を介して排ガス通路Ｄに供給される。

【０１４４】排ガス通路Ｄの下流側であって高温流体通
路Ｂにおける改質部１３０の上流側には、改質部１３０
および蒸発部１２０を加熱するための燃焼ガス供給部１
７０が設けられている。燃焼ガス供給部１７０には、燃
料流量制御弁（燃焼用燃料供給部）１７１、噴霧ノズル
１７２、点火プラグ（着火手段）１７３、混合・燃焼室
１７４が設けられている。

【０１４５】燃焼ガス供給部１７０には、排ガス通路Ｄ
を通過したオフガスおよびオフエアからなる排ガスが供
給される。排ガスは改質部１３０および蒸発部１２０に
供給され、改質部１３０および蒸発部１２０に設けられ
た酸化触媒にて触媒燃焼して燃焼ガスを生ずる。この燃
焼ガスの燃焼熱で回転蓄熱体１３１、１２１が加熱され
る。これにより改質部１３０の回転蓄熱体１３１は改質
触媒を加熱するとともに、蒸発部１２０の回転蓄熱体１
２１は低温流体通路Ａにて改質原料を加熱して蒸発させ
る。

【０１４６】水素供給装置の始動時には、オフガスに代
えて、燃料流量制御弁１７１にて流量制御された始動用
燃料（燃焼用燃料）を燃焼室１７４に噴霧し、点火プラ
グ１７３にて着火して、火炎燃焼により燃焼ガスを生じ
させるように構成されている。なお、本第７実施形態で
は、始動用燃料として改質燃料と同様の液体石油系燃料
を用いている。

【０１４７】また、高温流体通路Ｂにおける蒸発部１２
０の下流側には絞り管部（燃焼ガス排気通路）１０１が
設けられ、絞り管部１０１には通路面積を変化させるこ
とができる排気制御弁（圧力調整手段）１０２が設けら
れている。上記ガス圧縮機１５１および排気制御弁１０
２とで高温流体通路Ｂおよび排ガス通路Ｄを加圧するこ
とができる。具体的にはガス圧縮機５１の作動時に、燃
焼ガス排気通路８２の通路面積を排気制御弁８３で小さ
くして排気抵抗を大きくすることで、低温流体通路圧力
Ｐａおよび改質ガス通路圧力Ｐｃに比較して、高温流体
通路圧力Ｐｂおよび排ガス通路圧力Ｐｄを高くすること
ができる。

【０１４８】本第７実施形態の水素供給装置において
も、上記第１実施形態と同様の各種制御を行う制御部
（ＥＣＵ）１８０が設けられている。

【０１４９】以下、上記構成の水素供給装置の作動につ
いて説明する。まず、水素供給装置の始動時について説
明する。改質部１３０において改質反応が開始するため
には、改質部１３０に供給される改質原料が蒸発・気化
しており、かつ改質部１３０の改質触媒が改質反応を開
始可能な所定温度まで昇温している必要がある。

【０１５０】そこで、まず燃焼ガス供給部１７０の燃焼
室１７４にて始動用燃料と空気との混合気を生成し、点
火プラグ１７３にて着火して火炎燃焼させる。この火炎
燃焼により生成した燃焼ガスは、高温流体通路Ｂを流れ
て改質部１３０および蒸発部１２０を貫流する。これに
より、回転蓄熱体１２１、１３１のうち高温流体通路Ｂ
に位置する部位は燃焼ガスにより加熱される。このとき
ガス圧縮機１５１を作動させ、改質原料供給部１１０に
空気のみを供給する。

【０１５１】蒸発部１２０の回転蓄熱体１２１が回転す
ることで、燃焼ガスにて加熱された部位が低温流体通路
Ａに移動し、低温流体通路Ａを流れる空気が加熱され
る。この加熱空気が低温流体通路Ａを流れることによ
り、熱交換部１２０の下流側の各構成要素が急速に暖気
される。また、改質部１３０の回転蓄熱体１３１が回転
することで、改質触媒は高温流体通路Ｂで直接的に加熱
される。

【０１５２】燃焼ガスの燃焼熱により、蒸発部１２０、
改質部１３０、ＣＯ除去部１４０といった改質システム
の各構成要素が急速に暖気（予熱）される。そして、温
度センサ１３２にて検出した改質部１３０の温度が所定
改質反応開始温度に到達した場合に、改質触媒を含めた
改質システムの構成要素が改質反応を開始することがで
きる温度に到達したと判断して、燃焼ガス供給部１７０
での始動用燃料の供給を中断して火炎燃焼を停止する。
なお、所定改質反応開始温度は改質燃料の種類等に応じ
て任意に設定できるが、本第７実施形態のように改質燃
料として石油系燃料を用いる場合には３００℃〜４００
℃と設定することができる。

【０１５３】各構成要素の暖気が完了すると、改質原料
供給部１１０にて第１の改質原料（水、空気の混合気）
の供給が開始される。第１の改質原料は蒸発部１２０に
て加熱・気化される。蒸発部１２０にて気化された第１
の改質原料は、蒸発部１２０の下流側にて第２の改質原
料（改質燃料）が混合され、水、空気、改質燃料からな
る改質原料となり、改質部３０に供給される。改質原料
は、改質部１３０にてＨ₂とＣＯを含む改質ガスに改質
される。改質ガスはＣＯ除去部１４０にてＣＯが除去さ
れ、ガス圧縮機１５１により燃料電池１６０に供給され
る。

【０１５４】燃料電池１６０では、水素と酸素との電気
化学反応により発電するとともに、未反応水素を含むオ
フガスと未反応の酸素を含むオフエアが排出される。電
気化学反応の際、燃料電池１６０内部は湿潤状態にある
ので、オフガスおよびオフエアは多量の水蒸気を含んだ
状態で排出される。オフガスはオフガス供給路１６１を
介して、オフエアはオフエア供給路１６２を介して排ガ
ス通路Ｄに導入される。

【０１５５】このとき、改質ガス通路Ｃより排ガス通路
Ｄの方が高圧となっており、さらに、改質ガス（１００
〜１２０℃程度）の方が燃料電池１６０の排ガス（８０
〜９０℃程度）より高温となっている。

【０１５６】従って、ＣＯ除去部１４０では、低温高圧
の排ガス通路Ｄ側で燃料電池１６０の排ガス中に含まれ
る水蒸気を回転蓄熱体１４２の水蒸気吸着層に吸着させ
ることができる。そして、回転蓄熱体１４２が回転する
ことにより水蒸気が吸着した部位が改質ガス通路Ｃ側に
移動し、高温低圧の改質ガス通路Ｃにおいて水蒸気を脱
離させることができる。この水蒸気はＣＯシフト反応に
用いられる。

【０１５７】また、ＣＯ除去部１４０におけるＣＯ除去
反応（シフト反応、酸化反応）はいずれも発熱反応を呈
する。改質ガス通路Ｃ側で高温となった回転蓄熱体１４
２は排ガス通路Ｄ側で冷却されるため、触媒の劣化を防
止して最適な反応速度を維持することができる。

【０１５８】排ガス通路Ｄを通過して水蒸気を回収され
た排ガスは、高温流体通路Ｂの燃焼ガス供給部７０に導
入される。排ガスは、改質部３０および蒸発部２０に供
給され、回転蓄熱体１３１、１２１を通過する際に触媒
燃焼を開始する。このオフガスの触媒燃焼によって発生
した熱は回転蓄熱体１２１、１３１に蓄えられる。これ
により、改質部１３０の回転蓄熱体１３１は改質触媒を
加熱するとともに、蒸発部１２０の回転蓄熱体１２１は
低温流体通路Ａにて改質原料を加熱して蒸発させる。

【０１５９】このように、オフガスの触媒燃焼による熱
により、蒸発部１２０においては改質原料を加熱して気
化するとともに、改質部１３０においては改質触媒を加
熱することができる。これにより、蒸発部１２０、改質
部１３０の加熱は、始動用燃料の火炎燃焼による加熱か
らオフガス燃焼による加熱に切り替わり、水素供給装置
は自立運転を開始することができる。

【０１６０】このとき、ガス圧縮機１５１の出力調整お
よび排気制御弁１０２の開度調整により、高温流体通路
圧力Ｐｂの方が低温流体通路圧力Ｐａより高くなるよう
に圧力調整を行う。

【０１６１】次に、燃料電池１６０における負荷が変動
した場合には、燃料電池１６０での負荷変動に応じてガ
ス圧縮機１５１、１５２により改質原料の供給量を調整
して、燃料電池１６０への水素供給量および空気供給量
を調整する。このとき、ガス圧縮機１５１による改質ガ
ス供給量が増加した場合には高温流体通路圧力Ｐｂおよ
び排ガス通路圧力Ｐｄが高くなり、減少した場合には高
温流体通路圧力Ｐｂおよび排ガス通路圧力Ｐｄが低くな
る。このため、排気制御弁８２の開度を調整すること
で、各通路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの圧力差が適正になるように
圧力調整を行う。

【０１６２】水素供給装置から燃料電池６０への水素の
供給を停止する場合には、改質燃料と水の供給を停止
し、次に空気の供給を停止する。この間、低温流体通路
Ａ内に残存する可燃混合気は、高温流体通路Ｂにおいて
蒸発部１２０および改質部１３０内またはその表面部で
の触媒燃焼により燃焼完結するので、エミッションの排
出を抑制することができる。

【０１６３】以上、本第７実施形態の水素供給装置のよ
うにＣＯ除去部１４０に吸着剤を備えた回転蓄熱体１４
２を設けることで、ＣＯ除去反応に必要とされる水分は
燃料電池１６０より排出される排ガスから回収すること
ができる。これにより、ＣＯ除去部１４０に水分を供給
するために、改質原料に改質反応に必要とされる以上の
水分を含める必要が無くなり、水素供給装置の蒸発気化
手段を簡略化することができる。

【０１６４】このように回転蓄熱体１４２の貫通孔表面
に特定物質を選択的に吸着できる吸着剤を設けること
で、２つの通路間において熱のみならず物質をも移送さ
せることができるようになる。

【０１６５】さらに、本第７実施形態のように、回転蓄
熱体１４２に水蒸気吸着層とシフト触媒とを設けること
で、排ガス通路Ｄにおいて排ガスより回収した水蒸気を
液化することなく、水蒸気の状態で改質ガス通路Ｃに移
送してＣＯ除去反応に用いることができる。

【０１６６】また、ＣＯ除去部１４０に回転蓄熱体１４
２を設けることで、改質ガス通路ＣにおけるＣＯ除去反
応により発熱した触媒を、低温の排ガス通路Ｄにて冷却
することができる。これにより、触媒の劣化を防止する
とともに最適な反応温度を維持することができる。

【０１６７】なお、改質部１３０とＣＯ除去部１４０と
の間に設けられた冷却部１４１は、過剰な温度となった
改質ガスを冷却するために、外部に設けられた図示しな
い冷却装置と熱媒体を介して熱交換できるように構成し
てもよい。

【０１６８】（第８実施形態）次に、本発明の第８実施
形態を図１７に基づいて説明する。図１７は、本第８実
施形態の水素供給装置の概略構成を示す概念図である。
本第８実施形態は、上記第７実施形態と比較して、ＣＯ
除去部１４０の構成の点が異なるものである。上記第７
実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略
する。

【０１６９】図１７に示すように、本第８実施形態の水
素供給装置におけるＣＯ除去部１４０には、蒸発部１２
０の回転蓄熱体１２１と同様の構成を有する２つの回転
蓄熱体１４２、１４４が設けられている。第１の回転蓄
熱体１４２は、改質ガス通路Ｃにおいては第２の回転蓄
熱体１４４の上流側に位置し、排ガス通路Ｄにおいては
第２の回転蓄熱体１４４の下流側に位置する。第１の回
転蓄熱体１４２では排ガス通路Ｄを流れる燃料電池排ガ
スからの水分（水蒸気）回収を行い、第２の回転蓄熱体
１４４ではＣＯ除去反応（シフト反応、酸化反応）を行
うように構成されている。

【０１７０】第１の回転蓄熱体１４２には、貫通孔内部
の表面（伝熱面）にゼオライト等からなる水蒸気吸着層
が形成されている。また、第２の回転蓄熱体１４４に
は、貫通孔内部の表面（伝熱面）にＣＯ除去反応のため
のＣＯ除去触媒（シフト触媒、酸化触媒）が添着されて
いる。また、改質ガス通路Ｃには高温の改質ガスを冷却
するために、第１の回転蓄熱体１４２の上流側には第１
の冷却部１４１が設けられ、第１の回転蓄熱体１４２と
第２の回転蓄熱体１４４と間には第２の冷却部１４３が
設けられている。

【０１７１】このような構成により、本第８実施形態の
水素供給装置におけるＣＯ除去部１４０は以下のように
作動する。

【０１７２】まず、第１の回転蓄熱体１４２で低温高圧
の排ガス通路Ｄを流れる燃料電池排ガスから水蒸気を吸
着回収し、改質ガス通路Ｃに移送する。第１の回転蓄熱
体１４２にて吸着された水蒸気は、高温低圧の改質ガス
通路Ｃにて脱離する。このとき、第１の回転蓄熱体１４
２では、改質ガスの熱を排ガス通路Ｄに放熱することで
改質ガス通路Ｃを流れる改質ガスを冷却することができ
る。

【０１７３】改質ガス通路Ｃにて第１の回転蓄熱体１４
２より脱離した水蒸気は、第２の回転蓄熱体１４４に供
給される。第２の回転蓄熱体１４４では、この水蒸気を
用いたＣＯ除去反応が起こり、改質ガス中のＣＯを除去
することができる。このとき、第２の回転蓄熱体１４４
ではＣＯ除去反応に伴い発熱するが、低温の排ガス通路
Ｄにて触媒を冷却することができる。

【０１７４】以上、本第８実施形態の水素供給装置の構
成によっても、上記第７実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。また、本第８実施形態のように、ＣＯ除去
部１４０において、２つの回転蓄熱体１４２、１４４を
用いて水分回収とＣＯ除去反応を分離して行うことで、
水分（水蒸気）の吸着効率を向上させることができる。

【０１７５】（第９実施形態）次に、本発明の第９実施
形態を図１８に基づいて説明する。図１８は、本第９実
施形態の水素供給装置の概略構成を示す概念図である。
本第９実施形態は、上記第７実施形態と比較して、改質
用空気加湿部２００が付加された点が異なるものであ
る。上記第７実施形態と同様の部分は同一の符号を付し
て説明を省略する。

【０１７６】図１８に示すように、本第９実施形態の水
素供給装置では、改質原料に用いられる空気を加湿する
ための改質用空気加湿部２００が設けられている。改質
用空気加湿部２００には、改質用空気が通過する改質用
空気通路Ｅと、燃料電池１６０から排出される排ガスが
通過する空気加湿用排ガス通路Ｆとが形成されている。
改質用空気通路Ｅを通過した空気は改質原料供給部１１
０に供給され、改質原料の一部として用いられる。ま
た、空気加湿用排ガス通路Ｆを通過した排ガスは、排ガ
ス通路Ｄに供給される。

【０１７７】また、改質原料加湿部２００の改質用空気
通路Ｅと改質原料供給部１１０の間には、空気圧送のた
めのガス圧縮機１１８が設けられている。これにより、
ガス圧縮機１１８の吸入側に位置する改質原料加湿部２
００の改質用空気通路Ｅは低圧となる。

【０１７８】改質用空気加湿部２００には、蒸発部１２
０における回転蓄熱体１２１と同様の構成を有する回転
蓄熱体２０１が設けられている。回転蓄熱体２０１に
は、貫通孔内部の表面（伝熱面）にゼオライト等からな
る水蒸気吸着層が形成されている。回転蓄熱体２０１
は、回転軸２０２を中心にして図示しない駆動機構によ
り回転駆動される。

【０１７９】このような構成により、改質用空気加湿部
２００では、空気加湿用排ガス通路Ｆにおいて燃料電池
１６０から排出される排ガスより水蒸気を吸着回収し、
改質用空気通路Ｅにて水蒸気を脱離する。このとき、空
気加湿用排ガス通路Ｆと改質用空気通路Ｅとの間の温度
差は小さいが、改質用空気通路Ｅの方が空気加湿用排ガ
ス通路Ｆより低圧であるため、空気加湿用排ガス通路Ｆ
の水蒸気を吸着により改質用空気通路Ｅに移送させるこ
とができる。空気加湿用排ガス通路Ｆを通過した排ガス
は排ガス通路Ｄに供給され、さらに水分を回収された後
に高温流体通路Ｂにて燃焼ガスとして利用される。

【０１８０】以上のような本第９実施形態の構成によれ
ば、燃料電池１６０の排ガス中の水蒸気を回収して改質
原料に用いられる空気を加湿することができるため、改
質原料供給部１１０における水供給装置を小型化あるい
は不要とすることができる。

【０１８１】なお、改質用空気加湿部２００にて回収し
た水蒸気を水蒸気のまま改質原料供給部１１０に移送す
るために、改質用空気加湿部２００における改質用空気
通路Ｅと改質原料供給部１１０との間の経路を断熱構造
とすることが望ましい。また、高温流体通路Ｂの下流側
で水素供給装置から排出される燃焼ガスによって、改質
用空気加湿部２００における改質用空気通路Ｅと改質原
料供給部１１０との間の経路を加熱できるように構成し
てもよい。

【０１８２】（第１０実施形態）次に、本発明の第１０
実施形態を図１９に基づいて説明する。図１９は、本第
８実施形態の水素供給装置の概略構成を示す概念図であ
る。本第１０実施形態は、上記第７実施形態と比較し
て、改質ガス中に含まれる水素以外の不純物（窒素、二
酸化炭素等）を吸着除去する不純物除去部１９０が設け
られている点が異なるものである。上記第７実施形態と
同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。な
お、図１９中の交差斜線矢印は不純物の移動方向を示し
ている。

【０１８３】改質部１３０では、改質反応により改質原
料（水、空気、改質燃料の混合気）を改質して、水素、
一酸化炭素、二酸化炭素を生成する。また、改質原料に
含まれる空気には、窒素等が含まれている。従って、改
質ガス中には、水素以外の不純物が含まれており、水素
濃度が低いものとなっている。

【０１８４】そこで、本第１０実施形態における水素供
給装置では、図１９に示すように、改質ガス通路Ｃにお
けるＣＯ除去部１４０の下流側には、改質部１３０にて
生成した改質ガス中に含まれる水素以外の不純物（窒
素、二酸化炭素等）を吸着除去するための不純物除去部
１９０が設けられている。

【０１８５】不純物除去部１９０は、蒸発部１２０にお
ける回転蓄熱体１２１と同様の構成を有する回転蓄熱体
１９１を備えている。回転蓄熱体１９１には、貫通孔内
部の表面（伝熱面）に不純物吸着層が形成されている。
不純物吸着層は、多孔質材料のゼオライト等から構成さ
れており、表面には多数の細孔が形成されている。

【０１８６】不純物吸着層では、吸着しようとする不純
物分子の大きさに応じて細孔の大きさを設定することに
より、特定の不純物を選択的に吸着することができる。
本第１０実施形態における改質ガス中の主な不純物は窒
素および二酸化炭素である。

【０１８７】本第１０実施形態の水素供給装置では、改
質原料供給部１１０における空気流量制御弁１１０の上
流側には、図示しない押し込み式のガス圧縮機が設けら
れている。これにより、改質ガス通路Ｃより下流側に位
置する排ガス通路Ｄは、圧力損失のため圧力低下し、排
ガス通路圧力Ｐｄは改質ガス通路圧力Ｐｃより低圧とな
る。

【０１８８】このような構成により、不純物除去部１９
０は以下のように作動する。まず、不純物除去部１９０
には、改質ガス通路ＣにおいてＣＯ除去部１４０で一酸
化炭素を除去された改質ガスが供給される。不純物除去
部１９０では、不純物吸着層により改質ガス中に含まれ
る窒素、二酸化炭素を選択的に物理吸着する。このと
き、改質ガス通路Ｃと排ガス通路Ｄとの間の温度差は小
さいが、排ガス通路Ｄの方が改質ガス通路Ｃより低圧で
あるため、改質ガス通路Ｃの不純物を吸着により排ガス
通路Ｄに移送させることができる。

【０１８９】次に、回転蓄熱体１９１が回転することに
より窒素等を吸着した部位が排ガス通路Ｄ側に移動す
る。ここで、不純物吸着層に吸着された窒素等は脱離し
て、排ガスとともに水素供給装置の外部に排出される。

【０１９０】以上の本第１０実施形態の構成によれば、
不純物除去部１９０により改質ガス中の窒素、二酸化炭
素を選択的に物理吸着して、排ガス通路Ｄ側に脱離、放
出することができ、燃料電池１６０に供給される改質ガ
ス中の水素濃度を高めて良質な燃料を燃料電池１６０に
供給することができる。これにより燃料電池１６０にお
ける発電効率を向上させることができる。

【０１９１】なお、不純物除去部１９０は改質ガス通路
ＣにおけるＣＯ除去部１４０の上流側に設けてもいい。
但し、ＣＯ除去部１４０においてもＣＯ除去反応により
二酸化炭素が発生するため、不純物除去部１９０は改質
ガス通路ＣにおけるＣＯ除去部１４０の下流側に設ける
ことが望ましい。また、ＣＯ除去反応後の低温となった
改質ガスから不純物を除去することで、吸着剤の吸着効
率を高くすることができる。

【０１９２】（他の実施形態）なお、上記各実施形態で
は、シール部材２２、２３と回転蓄熱体２１との間に所
定の微少隙間を確保するための隙間保持部材２７、２８
として、外周部に円筒状スペーサ２７、中心部に棒状ス
ペーサ２８を配置したが、これに限らず、シール部材２
２、２３と回転蓄熱体２１との間に所定の微少隙間を確
保できれば、円筒状スペーサ２７あるいは棒状スペーサ
２８のいずれか一方のみを配置するように構成してもよ
い。

【０１９３】また、図１７で示した第８実施形態では、
第１の回転蓄熱体１４２で水分回収を行い、第２の回転
蓄熱体１４４でＣＯ除去（シフト反応、酸化反応）を行
うように構成したが、これに限らず、シフト反応と酸化
反応を分離し、第１の回転蓄熱体１４２にて水分回収と
同時にシフト反応を行い、下流側の第２の回転蓄熱体１
４４では酸化反応のみを行うように構成してもよい。こ
の場合には、第１の回転蓄熱体１４２にシフト触媒を設
ければよい。

【０１９４】また、上記各実施形態では、本発明の回転
蓄熱式熱交換器を燃料電池システムの改質装置に適用し
たが、これに限らず、例えばガスタービン等にも適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の改質装置のブロック図である。

【図２】図１の改質装置の概念図である。

【図３】図１の改質装置における熱交換部の断面図であ
る。

【図４】図１の改質装置の熱交換部の分解斜視図であ
る。

【図５】図４の熱交換部の流体流れ方向における断面図
である。

【図６】図３の熱交換部の平面図である。

【図７】図１の改質装置の制御系の説明図である。

【図８】第２実施形態の改質装置における熱交換部の断
面図である。

【図９】第３実施形態の改質装置における熱交換部の断
面図である。

【図１０】第４実施形態の改質装置における熱交換部の
断面図である。

【図１１】図１０の熱交換部の部分拡大図である。

【図１２】第５実施形態の改質装置における熱交換部の
断面図である。

【図１３】第６実施形態の改質装置における熱交換部の
断面図である。

【図１４】図１３の熱交換部の熱変形前の状態を示す断
面図である。

【図１５】図１３の熱交換部の熱変形後の状態を示す断
面図である。

【図１６】上記第７実施形態の改質装置の概念図であ
る。

【図１７】上記第８実施形態の改質装置の概念図であ
る。

【図１８】上記第９実施形態の改質装置の概念図であ
る。

【図１９】上記第１０実施形態の改質装置の概念図であ
る。

【図２０】従来技術の回転蓄熱式熱交換装置における熱
変形前の状態を示す断面図である。

【図２１】従来技術の回転蓄熱式熱交換装置における熱
変形後の状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…改質原料供給部、２０…熱交換器、２１…回転蓄
熱体、２２、２３…シール部材、２５…リングギア、２
７…円筒状スペーサ、２８…棒状スペーサ、２９、３０
…軸受け、３１…スプリング、３２…弾性ナット、４０
…改質部、５０…燃料電池。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上原昌徳愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者川口清司愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3K023 QA18 QB02 QC01 QC08 SA01 SA03 4G040 EA03 EA06 EA07 EB32 4G140 EA03 EA06 EA07 EB32 5H027 AA02 BA01 BA17 BA19 BC11 KK41 MM16 MM20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に多数の貫通孔（２１ａ）が形成
され、回転することにより低温流体が通過する低温流体
通路（Ａ）と高温流体が通過する高温流体通路（Ｂ）と
を交互に移動して、前記高温流体の熱を前記低温流体に
移送する回転蓄熱体（２１）と、前記回転蓄熱体（２１）における前記貫通孔（２１ａ）
が開口する両端面に対向するように配置され、前記高温
流体通路（Ｂ）において前記高温流体の流入側に位置す
る高温側シール部材（２３）および前記高温流体の流出
側に位置する低温側シール部材（２２）とからなる一対
のシール部材（２２、２３）とを備え、前記各シール部材（２２、２３）は、フランジ部（２２
ａ、２３ａ）とその中心を径方向に通るクロスアーム部
（２２ｂ、２３ｂ）とを有しており、前記回転蓄熱体
（２１）における前記貫通孔（２１ａ）が開口する両端
面のそれぞれが前記クロスアーム部（２２ｂ、２３ｂ）
により２つの領域に区画されており、一方の領域は前記
低温流体通路（Ａ）に位置するとともに、他方の領域は
前記高温流体通路（Ｂ）に位置するように構成された回
転蓄熱式熱交換器であって、前記一対のシール部材（２２、２３）の間には、前記各
シール部材（２２、２３）と前記回転蓄熱体（２１）と
の間に所定の隙間が保持されるように、前記回転蓄熱体
（２１）の軸方向長さより長い軸方向長さを有する隙間
保持部材（２７、２８）が配置されていることを特徴と
する回転蓄熱式熱交換器。
【請求項２】前記隙間保持部材は、前記回転蓄熱体
（２１）より大きい直径を有する円筒形状であって、前
記一対のシール部材（２２、２３）のフランジ部（２２
ａ、２３ａ）の間に配置される円筒状スペーサ（２
７）、あるいは前記回転蓄熱体（２１）の回転中心部を
貫通する棒形状であって、前記一対のシール部材（２
２、２３）のクロスアーム部（２２ｂ、２３ｂ）の間に
配置される棒状スペーサ（２８）の少なくとも一方であ
ることを特徴とする請求項１に記載の回転蓄熱式熱交換
器。
【請求項３】前記隙間保持部材として少なくとも前記
円筒状スペーサ（２７）を備えている場合には、前記回
転蓄熱体（２１）は前記円筒状スペーサ（２７）に支持
されていることを特徴とする請求項２に記載の回転蓄熱
式熱交換器。
【請求項４】前記隙間保持部材として少なくとも前記
棒状スペーサ（２８）を備えている場合には、前記回転
蓄熱体（２１）は前記棒状スペーサ（２８）に支持され
ていることを特徴とする請求項２に記載の回転蓄熱式熱
交換器。
【請求項５】前記棒状スペーサ（２８）は、前記一対
のシール部材のうち前記低温側シール部材（２２）のク
ロスアーム部（２２ｂ）のみによって支持されているこ
とを特徴とする請求項４に記載の回転蓄熱式熱交換器。
【請求項６】前記回転蓄熱体（２１）と前記棒状スペ
ーサ（２８）との間には、弾性部材（３３）が介在して
いることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の
回転蓄熱式熱交換器。
【請求項７】前記回転蓄熱体（２１）と前記シール部
材（２２、２３）のフランジ部（２２ａ、２３ａ）との
間に形成される隙間は、前記回転蓄熱体（２１）と前記
シール部材（２２、２３）のクロスアーム部（２２ｂ、
２３ｂ）との間に形成される隙間より大きくなるように
構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のい
ずれか１つに記載の回転蓄熱式熱交換器。
【請求項８】前記一対のシール部材（２２、２３）の
クロスアーム部（２２ｂ、２３ｂ）には、所定間隔の間
隙（２２ｄ、２３ｄ）が形成されていることを特徴とす
る請求項１ないし７のいずれか１つに記載の回転蓄熱式
熱交換器。
【請求項９】前記高温側シール部材フランジ部（２３
ａ）の前記回転蓄熱体（２１）側における前記回転蓄熱
体（２１）の外周角部に対応する部位に、突出部（２３
ｅ）が形成されており、前記回転蓄熱体（２１）が熱変形したときに、前記突出
部（２３ｅ）と前記回転蓄熱体（２１）の外周角部との
隙間が減少するように構成されていることを特徴とする
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の回転蓄熱式熱
交換器。
【請求項１０】前記回転蓄熱体（２１）の外周部と前
記円筒状スペーサ（２７）との間に低温流体が導入され
ることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに
記載の回転蓄熱式熱交換器。
【請求項１１】前記高温側シール部材（２３）におけ
る前記回転蓄熱体（２１）の反対側に前記高温ガスシー
ル（２３）と平行に配置され、前記高温側シール部材
（２３）に対応するフランジ部（３５ａ）とクロスアー
ム部（３５ｂ）とを有するサポート部材（３５）と、前記高温側シール部材クロスアーム部（２３ｂ）と前記
サポート部材クロスアーム部（３５ｂ）との間に配置さ
れる中心部スペーサ（３７）と、前記中心部スペーサ（３７）と同一の軸方向長さを有
し、前記高温側シール部材フランジ部（２３ａ）と前記
サポート部材フランジ部（３５ａ）との間に配置される
外周部スペーサ（３６）とを備え、前記外周部スペーサ（３６）は、前記中心部スペーサ
（３７）より熱膨張係数が大きいものであることを特徴
とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の回転
蓄熱式熱交換器。
【請求項１２】前記一対のシール部材（２２、２３）
と、前記サポート部材（３５）は同軸上で固定されてい
ることを特徴とする請求項１１に記載の回転蓄熱式熱交
換器。
【請求項１３】前記外周部スペーサ（３６）の熱膨張
により前記高温側シール部材（２３）と前記サポート部
材（３５）との間が押し広げられることを特徴とする請
求項１０または請求項１２に記載の回転蓄熱式熱交換
器。
【請求項１４】前記外周部スペーサ（３６）の熱膨張
により生じる前記シール部材（２２、２３）の変形量
は、前記回転蓄熱体（２１）の熱変形による生じる変形
量と略同一に設定されていることを特徴とする請求項１
３に記載の回転蓄熱式熱交換器。
【請求項１５】前記低温流体通路（Ａ）および前記高
温流体通路（Ｂ）のそれぞれにおいて、前記高温側シー
ル部材（２３）と前記サポート部材（３５）の間は伸縮
可能な筒状部材（５ａ、６ａ）にて連結されていること
を特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか１つに記
載の回転蓄熱式熱交換器。
【請求項１６】前記低温側シール部材（２２）は耐熱
性金属材料から構成され、前記高温側シール部材（２
３）はセラミック材料から構成されていることを特徴と
する請求項１ないし９のいずれか１つに記載の回転蓄熱
式熱交換器。
【請求項１７】前記低温側シール部材（２２）および
前記高温側シール部材（２３）は耐熱性金属材料から構
成されていることを特徴とする請求項１０ないし１５の
いずれか１つに記載の回転蓄熱式熱交換器。
【請求項１８】請求項１ないし１６のいずれか１つに
記載の回転蓄熱式熱交換器を用い、改質反応により改質
原料から水素を生成する燃料電池システム用改質装置で
あって、前記低温流体は前記改質原料であり、前記高温
流体は燃焼ガスであることを特徴とする燃料電池システ
ム用改質装置。
【請求項１９】改質反応により少なくとも水素化合物
を含む改質原料から水素を含む改質ガスを生成する改質
部（１３０）を備え、前記改質ガスを燃料電池（１６
０）に供給する燃料電池システム用改質装置であって、前記改質ガスが通過する改質ガス通路（Ｃ）と、前記燃料電池（１６０）から排出される未反応の水素を
少なくとも含む排ガスが通過する排ガス通路（Ｄ）と、軸方向に多数の貫通孔が形成され、回転することにより
前記改質ガス通路（Ｃ）と前記排ガス通路（Ｄ）とを交
互に移動する回転蓄熱体（１４２、１９２）とを備え、前記回転蓄熱体（１４２、１９２）の貫通孔表面には、
特定の物質を選択的に吸着可能な吸着剤が設けられてお
り、前記回転蓄熱体（１４２、１９２）を回転させること
で、前記改質ガス通路（Ｃ）あるいは前記排ガス通路
（Ｄ）のうち一方の通路で前記特定の物質を前記吸着剤
に吸着させるとともに、他方の通路で前記特定の物質を
前記吸着剤より脱離させることを特徴とする燃料電池シ
ステム用改質装置。
【請求項２０】前記回転蓄熱体（１４２）を含むとと
もに、前記改質ガスから触媒反応により一酸化炭素を除
去するＣＯ除去部（１４０）を備えていることを特徴と
する請求項１９に記載の燃料電池システム用改質装置。
【請求項２１】前記ＣＯ除去部（１４０）は前記一酸
化炭素を触媒反応により二酸化炭素に変換して除去する
触媒を備えており、前記触媒は前記回転蓄熱体（１４
２）の貫通孔表面に設けられていることを特徴とする請
求項２０に記載の燃料電池システム用改質装置。
【請求項２２】前記ＣＯ除去部（１４０）は前記一酸
化炭素を触媒反応により二酸化炭素に変換して除去する
触媒を備えており、前記触媒は前記改質ガス通路（Ｃ）
における前記回転蓄熱体（１４２）の下流側に設けられ
ていることを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池シ
ステム用改質装置。
【請求項２３】前記排ガス通路（Ｄ）は、前記改質ガ
ス通路（Ｃ）より高圧になるように構成されていること
を特徴とする請求項２０ないし２２のいずれか１つに記
載の燃料電池システム用改質装置。
【請求項２４】前記回転蓄熱体（１９１）を含むとと
もに、水素以外の不純物を前記改質ガスより除去する不
純物除去部（１９０）を備え、前記回転蓄熱体（１９１）の貫通孔表面に設けられた吸
着剤は前記不純物を選択的に吸着可能なものであり、前記回転蓄熱体（１９１）を回転させることで、前記改
質ガス通路（Ｃ）で前記不純物を前記吸着剤に吸着させ
るとともに、前記排ガス通路（Ｄ）で前記不純物を前記
吸着剤より脱離させることを特徴とする請求項１９に記
載の燃料電池システム用改質装置。
【請求項２５】前記改質ガス通路（Ｃ）は、前記排ガ
ス通路（Ｄ）より高圧になるように構成されていること
を特徴とする請求項２４に記載の燃料電池システム用改
質装置。
【請求項２６】前記ＣＯ除去部（１４０）は、前記改
質ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを触媒反応させるシフ
ト反応により該一酸化炭素を除去するものであり、かつ
前記回転蓄熱体（１４２）の前記貫通孔表面に設けられ
た前記吸着剤は水蒸気を選択的に吸着可能なものであ
り、前記回転蓄熱体（１４２）を回転させることで、前記排
ガス通路（Ｄ）で前記水蒸気を前記吸着剤に吸着させる
とともに、前記改質ガス通路（Ｃ）で前記水蒸気を前記
吸着剤より脱離させ、脱離した水蒸気を前記シフト反応
に用いることを特徴とする請求項２０ないし２３のいず
れか１つに記載の燃料電池システム用改質装置。
【請求項２７】改質反応により少なくとも水素化合物
と空気とを含む改質原料から水素を含む改質ガスを生成
し、前記改質ガスを燃料電池（１６０）に供給する燃料
電池システム用改質装置であって、前記改質原料に用いられる改質用空気を加湿する改質用
空気加湿部（２００）を備え、前記改質用空気加湿部（２００）は、前記改質原料に用いられる空気が通過する改質用空気通
路（Ｅ）と、前記燃料電池（１６０）から排出される未反応の水素を
少なくとも含む排ガスが通過する空気加湿用排ガス通路
（Ｆ）と、軸方向に多数の貫通孔が形成され、回転することにより
前記改質用空気通路（Ｅ）と前記空気加湿用排ガス通路
（Ｆ）とを交互に移動する回転蓄熱体（２０１）とを有
しており、前記回転蓄熱体（２０１）の貫通孔表面には、水を選択
的に吸着可能な水吸着剤が設けられており、前記回転蓄熱体（２０１）を回転させることで、前記空
気加湿用排ガス通路（Ｆ）において水を前記水吸着剤に
吸着させるとともに前記改質用空気通路（Ｅ）において
前記水吸着剤に吸着した水を前記水吸着剤より脱離さ
せ、前記水吸着剤より脱離した水を前記改質用空気の加
湿に用いることを特徴とする燃料電池システム用改質装
置。
【請求項２８】前記空気加湿用排ガス通路（Ｆ）は、
前記改質用空気通路（Ｅ）より高圧になるように構成さ
れていることを特徴とする請求項２７に記載の燃料電池
システム用改質装置。