JP2004018363A - 燃料改質装置 - Google Patents

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Hisashi Aoyama
青山　尚志
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】起動性に優れた燃料改質装置を提供する。
【解決手段】燃料を供給する燃料供給手段１と、燃料供給手段から供給された燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する改質手段５とを有する燃料改質装置であって、燃料供給手段から供給された燃料に対して空気を供給可能な第１の空気供給手段２と、第１の空気供給手段によって空気が供給された燃料に対して、さらに空気を供給可能な第２の空気供給手段３とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタノールやガソリンのような炭化水素系燃料に、酸化剤としての空気及び水を混入させて、水素リッチな改質ガスを生成可能な改質器を有する燃料改質装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこのような燃料改質装置としては、例えば、特開２０００−１９１３０４号公報に記載のものがある。この燃料改質装置は改質器の上流に起動用の触媒燃焼器を備えている。また、この触媒燃焼器には電気で加熱可能な予熱ヒーターが設けられている。
【０００３】
起動時は、この触媒燃焼器を電気で予熱してから、燃料及び空気を供給して触媒燃焼を開始させる。触媒燃焼を開始した後は、この触媒燃焼器を、触媒燃焼熱によって液体燃料や水を気化蒸発させる蒸発器として使用する。このようにすることで、蒸発器を短時間で起動させることができ、液体燃料や水をすぐに気化蒸発させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の燃料改質装置では、蒸発器を短時間で起動させることができるが、そのときはまだ改質器自体の温度が低いので、蒸発器から燃料蒸気が改質器本体に供給されても改質反応は行われず、供給された燃料蒸気がそのまま排出されたり、改質器内で凝縮することで改質器の起動を更に遅らせる可能性があった。
【０００５】
本発明の課題は、起動性に優れた燃料改質装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料を供給する燃料供給手段（１）と、前記燃料供給手段から供給された燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する改質手段（５）とを有する燃料改質装置であって、前記燃料供給手段から供給された燃料に対して空気を供給可能な第１の空気供給手段（２）と、前記第１の空気供給手段によって空気が供給された燃料に対して、さらに空気を供給可能な第２の空気供給手段（３）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【作用・効果】
本発明によれば、暖機運転中は、燃料を希薄混合状態の気体にして燃焼させることで触媒性能を劣化させることを防止することができ、また、暖機運転終了後は燃料を希薄混合状態から過濃混合状態に短時間で移行させることができ、スムーズに通常の改質運転に移ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
（燃料改質装置の第１実施形態）
図１は、本発明による燃料改質装置の第１実施形態を示す構成図である。
【０００９】
燃料改質装置は、燃料噴射弁１と、第１空気供給器２と、第２空気供給器３と、加熱ヒータ４と、改質器５と、熱交換器６と、水生ガス変性器７と、選択酸化型一酸化炭素除去器８と、ブロア９と、第１空気流量制御バルブ１０と、第２空気流量制御バルブ１１と、第１空気供給量測定計１２と、第２空気供給量測定計１３とを備える。
【００１０】
燃料噴射弁１は、本装置内に燃料を供給する燃料供給手段である。本装置では、炭化水素系の燃料を供給する。この燃料噴射弁１の開口部１ａに近接して第１空気供給器２が配設されている。この第１空気供給器２は燃料噴射弁１から噴射せれる燃料噴霧（液滴）の微粒化を促進するように配置すると一層効果的である。この第１空気供給器２には、空気供給源としてのブロア（もしくはコンプレッサ）９より、空気が供給され、その流量は第１空気流量制御バルブ１０によって制御される。さらに、第１空気供給器２の下流側には、第２空気供給器３が配設されている。この第２空気供給器３の流量は第２空気流量制御バルブ１１により制御される。
【００１１】
すなわち、空気供給源としてのブロア９から空気が供給されると、その空気供給量（ＡＦＭ１）が第１空気供給量測定計１２で測定され、第１空気流量制御バルブ１０で調整された所定量の空気が第１空気供給器２に送られる。残りの空気は、第２空気供給量測定計１３で空気供給量（ＡＦＭ２）が測定され、第２空気流量制御バルブ１１で調整された所定量の空気が第２空気供給器３に送られ、残りの空気は水生ガス変性器７及び選択酸化型一酸化炭素除去器８の間に送られる。なお、ブロア（もしくはコンプレッサ）９は、通常使用される回転系の装置を用いることができる。
【００１２】
この下流側には、電気で加熱可能な加熱ヒータ４が配設されている。この加熱ヒータ４には酸化触媒又は酸化触媒の機能を併せ持つ改質触媒が担持されていれば一層望ましい。
【００１３】
その直下流には改質器５が配設されている。この改質器５には、改質触媒の他に酸化触媒を担持するか、もしくは、酸化触媒機能を併せ持つ改質触媒が担持されている。この改質器５では、以下の改質反応が行われる。
【００１４】
炭化水素系燃料の通常の改質反応としては大きく水蒸気改質反応と部分酸化反応に分けられる。すなわち、水蒸気改質反応はおおむね次式によって表される。
【００１５】
【数１】
Figure 2004018363
【００１６】
同時に、
【００１７】
【数２】
Figure 2004018363
【００１８】
【数３】
Figure 2004018363
【００１９】
等の反応も行われる。改質雰囲気が高温に維持されている時は主に式（１）の反応が行われ、図に示すように、改質ガス中の水素、一酸化炭素濃度が増加する。低温時においては式（２）、式（３）の反応の割合が増加し改質ガス中の水素、一酸化炭素濃度が減少し、逆にメタン、水などの濃度が増加する。また、式（１）の反応は吸熱反応であり反応を維持する為には何がしかの手段で熱を与える必要がある。
【００２０】
一方、部分酸化反応は、炭化水素燃料と空気の量を調節することで概ね次式の反応が起こる。
【００２１】
【数４】
Figure 2004018363
【００２２】
この反応は、発熱反応であるため、改質反応場への燃料の供給量と酸素（空気）の供給量を調整すること反応を維持すること可能である。
【００２３】
また、水蒸気改質と部分酸化反応を同一反応場で行わせ、吸熱と発熱の熱的なバランスをとることで改質反応を維持するオートサーマル改質方式などが行われている。いずれの場合も通常の改質反応は、理論混合比から見ると過濃な雰囲気で行われている。
【００２４】
改質器５の下流には、改質器５からの流出ガスと熱交換をすることで第１空気供給器２および第２空気供給器３から装置内に供給される空気を予熱するための熱交換器６が設置されている。
【００２５】
その下流側には、改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度を燃料電池が許容する濃度以下まで低減するための一酸化炭素低減手段が配設されている。本実施形態では、一酸化炭素低減手段として、水生反応により除去する水生ガス変性器７及び選択酸化型一酸化炭素除去器８が設置されている。
【００２６】
（通常運転）
図２は、第１実施形態の燃料改質装置の通常運転動作を説明する図であり、図２（Ａ）はフローチャート、図２（Ｂ）は時間（横軸）に対する燃料及び空気供給量（縦軸）の変化を示す線図である。なお、図２（Ａ）のステップに対応する部分を図２（Ｂ）中に示してある。
【００２７】
ステップ（以下「Ｓ」という）１において、加熱ヒータ４に通電を開始する。
【００２８】
Ｓ２において、加熱ヒータ４の温度が目標温度（Ｔ０　）以上になったら、Ｓ３において、改質器５の温度（Ｔ１　）を測定し記憶する。
【００２９】
そして、Ｓ４において、燃料噴射弁１から燃料供給を開始するとともに、その燃料が希薄混合状態（λ＝２〜５）の気体になるように、第１空気供給器２から空気を供給する。このとき、空気量が不足するときは、さらに第２空気供給器３から空気を供給する。そして、Ｓ５において、改質器５の温度（Ｔ２　）を計測して記憶し、Ｓ６において、温度Ｔ２　とＴＳ　（改質器５の暖機目標温度）とを比較する。このとき、Ｔ２　≧ＴＳ　が成立しなければＳ７へ進み、成立すればＳ１３へ進む。
【００３０】
そして、Ｓ７において、温度Ｔ２　とＴ１　とを比較し、Ｔ２　≧Ｔ１　が成立しなければＳ８へ進み、成立すればＳ９へ進む。
【００３１】
Ｓ８において、Ｔ１　にＴ２　を代入し、再び、Ｓ５へ戻る。
【００３２】
Ｓ９において、加熱ヒータ４を停止し、Ｓ１０において、Ｔ２　−Ｔ１　とΔＴ０　とを比較する。ここに、ΔＴ０　は、改質器５の単位時間当たりの温度上昇目標値であり、この値が大きすぎると熱衝撃等で反応器が壊れるおそれがあるので投入熱量を調整する。Ｔ２　−Ｔ１　＞ΔＴ０　が成立しなければＳ１１へ進み、成立すればＳ１２へ進む。Ｓ１１において、Ｔ１　にＴ２　を代入し、再び、Ｓ４へ戻り、燃料噴射弁１から供給する燃料量を増大させるとともに、その燃料が希薄混合状態の気体になるように、第１空気供給器２から空気を供給し、さらに空気量が不足するときは、第２空気供給器３から空気を供給する（Ｓ４）。また、Ｓ１２において、空気増大量を減少させた後、Ｓ１１へ進む。
【００３３】
また、Ｓ１３において選択酸化型一酸化炭素除去器８の温度Ｔ３　を計測し、Ｓ１４において選択酸化型一酸化炭素除去器８の暖機目標温度ＴＳＰ　と比較してＴ３
≧ＴＳＰ　であればＳ１５に進み、そうでなければＳ１３に再び戻る。
【００３４】
Ｓ１５において、第２空気供給器３を含めた全体で希薄混合比を維持しつつ、燃料噴射弁１から供給する燃料に対して改質運転条件の混合比となるように第１空気供給器２の空気量を調整する。なお、このＳ１５については、さらに詳しく後述する。
【００３５】
Ｓ１６において、第２空気供給器３による空気供給を停止し、燃料を希薄混合状態（λ＝２〜５）から過濃混合状態（λ＝０．２〜０．５）に移行させ、改質に好適な状態にさせる。
【００３６】
図３は、第１実施形態の燃料改質装置の通常運転動作のＳ１５の詳細を説明するフローチャートである。
【００３７】
Ｓ１５０１において第１空気供給量測定計１２で空気供給量（ＡＦＭ１）を計測し、Ｓ１５０２において、そのＡＦＭ１をＡＦＭ０に代入する。そして、Ｓ１５０３において第２空気供給量測定計１３で空気供給量（ＡＦＭ２）を計測し、Ｓ１５０４においてＡＦＭ１−ＡＦＭ２を計算する。これによって第１空気供給器２から供給される空気量が算出される。
【００３８】
Ｓ１５０５において、第１空気供給器２からの空気量と、燃料噴射弁１からの燃料供給量との割合が、改質運転条件にならないときは、Ｓ１５０６へ進む。
【００３９】
Ｓ１５０６において第２空気流量制御バルブ１１を１ステップ開き、Ｓ１５０７において第１空気流量制御バルブ１０を１ステップ閉じた後、Ｓ１５０８において、再び、第１空気供給量測定計１２で空気供給量（ＡＦＭ１）を計測する。そして、Ｓ１５０９においてＡＦＭ１＞ＡＦＭ０が成立するときは再びＳ１５０７へ戻り、成立しないときはＳ１５１０へ進む。Ｓ１５１０において、｜ＡＦＭ１−ＡＦＭ０｜＜ΔＡＦＭが成立しなければＳ１５０６へ戻り、成立すればＳ１５０３へ戻る。なお、ΔＡＦＭは、空気の供給を第１空気供給器２から第２空気供給器３に移していくときの、第１空気供給器２での目標流量変化幅である。
【００４０】
このような制御によって、第１空気供給器２からの空気量と、燃料噴射弁１からの燃料供給量との割合が、改質運転条件になったら（Ｓ１５０５）、Ｓ１５を終了する（Ｓ１５１１）。
【００４１】
（負荷増加時運転）
図４は、第１実施形態の燃料改質装置の負荷増加時の運転動作を説明するフローチャートである。
【００４２】
Ｓ２１において負荷増加信号を検知したら、Ｓ２２において負荷増加量を算出し、Ｓ２３において増加すべき燃料量の計算を行う。そして、Ｓ２４において、その増加燃料の気化潜熱量を算出し、Ｓ２５において、その気化潜熱量と等価の熱量を発生するように、加熱ヒータ４に電力を通電させる。
【００４３】
（停止時運転）
図５は、第１実施形態の燃料改質装置の停止時の運転動作を説明するフローチャートである。
【００４４】
Ｓ４１において停止信号を検知したら、Ｓ４２において燃料噴射弁１からの燃料供給を停止し、Ｓ４３において第１空気供給器２から供給する空気量を最大流量にする。
【００４５】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４６】
（１）本実施形態では、上述の通り、燃料を希薄混合状態の気体にして燃焼させる。このようにすれば、この燃焼ガスの温度を高温にし過ぎることを防止でき、改質触媒の耐熱温度を超えることなく、暖機することができる。
【００４７】
（２）暖機終了後は、第２空気供給器３からの空気供給を停止することで、燃料を希薄混合状態から過濃混合状態に短時間で移行させることができる。したがって、理論混合比付近の状態にならない。このため、触媒燃焼器の触媒上で起こす反応温度を高温（２０００℃以上に達することがある）にすることがなく、触媒性能を著しく劣化させたり、触媒を担持させてある担体もしくは反応器自体を溶損させるなどの問題を生じさせない。
【００４８】
（３）ブロア９は通常使用される回転系の装置を用いることができる。この場合、例えば、燃料を希薄混合状態から過濃混合状態に移行させるときに、一旦、燃料及び空気の供給を完全に停止してから、過濃運転状態（λ＝０．２〜０．５）に燃料供給手段と空気供給手段を設定した後供給を再開するということも考えられるが、そのようにすると、回転系の装置では、停止してから再度運転を再開したときに所定の能力を発生するまでに時間的遅れが生じ、性能が安定するまでの間供給量を制御しきれない時間が存在するという問題がある。しかし、本実施形態では、第２空気供給器３からの空気供給を停止することで、燃料を希薄混合状態から過濃混合状態に移行させるので、回転系の装置を使用しても、短時間で安定的に希薄混合状態から過濃混合状態に移行させることが可能である。
【００４９】
（４）第１空気供給器２によって空気が供給された燃料を加熱可能な加熱ヒータ４を有し、その加熱ヒータ４が所定の温度に到達したら、燃料噴射弁１から燃料を供給するとともに、その燃料が希薄混合状態の気体となるように、第１空気供給器２から空気を供給して、その加熱ヒータ４で加熱して改質器５の改質触媒層で触媒燃焼を開始させ、加熱ヒータ４による加熱を停止した後、触媒燃焼場の温度低下が所定値以下になるように、燃料噴射弁１及び第１空気供給器２から、希薄混合状態を維持させながら、燃料及び空気を増加させるようにしたので、短時間で排気性能も良好に維持したまま燃料改質装置を起動させることができる。
【００５０】
（５）燃料噴射弁１から供給する燃料を増加させたときに、その燃料を希薄混合状態に維持できるように第１空気供給器２から空気を供給し、その第１空気供給器２からの供給では空気量が不足する場合には、さらに第２空気供給器３から空気を供給するようにしたので、第１空気供給器２が持つ空気のせん断力によって燃料噴霧を微粒化させる機能を損なうことなく起動時の設定希薄域での燃焼が可能となる。
【００５１】
（６）改質器５の暖機終了後、第１空気供給器２の空気供給量を、改質条件となるまで減少させるとともに、その減少分と等しい量の空気を第２空気供給器３から供給し、改質運転に移行時に、第２空気供給器３からの空気供給を停止して改質状態に移行させて改質運転を行うようにしたので、起動から通常の改質運転状態への移行時に触媒燃焼器内が理論混合比付近に晒されるさらされること無くスムーズに通常の改質運転に移行可能である。
【００５２】
（７）定常改質運転状態においては、投入された燃料、空気、水、による反応熱の一部を燃料や水を気化させる熱量としているので、運転要求負荷が増大し改質処理すべき燃料量が増加した時などは、燃料量を増加させた直後においては、反応熱が気化させる熱量に対して不足する時間が存在し、そのため触媒層の温度が下がることとなり、十分気化できない燃料が改質器に送り込まれることとなり、改質反応が良好に行われないなどの不具合が起こる可能性があった。しかし、本実施形態では、負荷増加時に、その負荷の増加量から増量すべき燃料量を算出し、その燃料を気化させるための気化潜熱量を算出し、加熱ヒータ４で、その算出気化潜熱量に相当する熱量を発生するように加熱させるようにしたので、改質器５へ供給すべき気化燃料の供給量を遅れなく供給可能になる。
【００５３】
（８）装置の運転を停止した後、装置内部の残留した微量の燃料が、装置運転停止後又は再始動時にそのまま排出されて排気性能を悪化させるなどの問題もあった。しかし、本実施形態によれば、装置の運転を停止させるときに、燃料噴射弁１からの燃料供給を停止させるとともに、空気供給量を増加させるようにしたので、燃料噴射弁１の先端に残留した燃料を空気でブロー処理して酸化雰囲気にすることで下流に位置する触媒（改質触媒等）で酸化処理することが可能であり、停止後や再起動時の排気性能の悪化を防止することができる。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、燃料改質装置の起動から定常運転状態、負荷変動運転、改質器の停止までの一連の運転状態を良好にコントロールすることができる。
【００５５】
（負荷増加時運転の第２実施形態）
図６は、負荷増加時の運転動作の第２実施形態を説明するフローチャートである。なお、以下に示す各実施形態では、前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００５６】
第１実施形態と同様に、Ｓ２１において負荷増加信号を検知し、Ｓ２２において負荷増加量を算出し、Ｓ２３において増加燃料量の計算し、Ｓ２４において、その増加燃料の気化潜熱量の算出を行う。
【００５７】
そして、Ｓ２６において、その気化潜熱量と等価の熱量を発生するために必要な燃料燃焼量を算出し、Ｓ２７において燃料燃焼に必要な酸素量を算出し、導入空気量を増加させる。
【００５８】
本実施形態によれば、負荷増加時に、その負荷の増加量から増量すべき燃料量を算出し、その燃料を気化させるための気化潜熱量を算出し、その気化潜熱量以上の熱量を発生するように空気の供給量を増加するようにしたので、改質器５へ供給すべき気化燃料の供給量を遅れなく供給可能になる。
【００５９】
（負荷増加時運転の第３実施形態）
図７は、負荷増加時の運転動作の第３実施形態を説明するフローチャートである。
【００６０】
上記第２実施形態と同様に、負荷増加信号の検知（Ｓ２１）から導入空気量の増加（Ｓ２７）までを行う。そして、Ｓ２８において改質場の温度上昇量を供給空気量と燃料量とから予測する。また、Ｓ２９において改質場の温度と供給燃料量、空気量とから平衡ＣＯ（一酸化炭素）発生量を予測する。さらに、Ｓ３０においてＣＯ除去に必要な酸素量を算出し、その酸素量を選択酸化型一酸化炭素除去器８に添加する。
【００６１】
本実施形態によれば、空気の供給量を増加させるときに、改質器５が生成する水素リッチな改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度の増加量を推定し、一酸化炭素の濃度を所定値以下にするように、選択酸化型一酸化炭素除去器８への空気供給量を増加させるようにしたので、燃料電池（ＣＳＡ）に導入する改質ガス中の一酸化炭素濃度を許容値以下に維持することが可能となる。
【００６２】
（停止時運転の第２実施形態）
図８は、停止時の運転動作の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【００６３】
上記第１実施形態と同様に、Ｓ４１において停止信号を検知し、Ｓ４２において燃料噴射弁１からの燃料供給を停止し、Ｓ４３において第１空気供給器２から供給する空気量を最大流量にした後、Ｓ４４において加熱ヒータ４に通電を行う。
【００６４】
本実施形態によれば、装置の運転を停止させるときに、装置内の残留燃料を加熱ヒータ４で加熱するようにしたので、より確実に残留燃料の酸化処理を行うことができる。
【００６５】
（燃料改質装置の第２実施形態）
図９は、本発明による燃料改質装置の第２実施形態を示す構成図である。
【００６６】
本実施形態の燃料改質装置においては、第２空気流量制御バルブ１１の一端は、燃料電池１４の空気供給口に接続されている。
【００６７】
本実施形態によれば、供給を停止した第２空気供給器３の空気を燃料電池１４の入り口に供給するので、起動から改質状態に移行した直後の改質反応がまだ十分に安定する以前に発生する一酸化炭素や未反応の炭化水素燃料などが、そのまま燃料電池に流入することを防止することができる。
【００６８】
（燃料改質装置の第３実施形態）
図１０は、本発明による燃料改質装置の第３実施形態を示す構成図である。
【００６９】
本実施形態の燃料改質装置においては、第２空気流量制御バルブ１１の一端は、排水素燃焼器１５のガス供給口に接続されている。なお、燃料電池はバイパスされているか、一酸化炭素や未反応の炭化水素燃料に対する耐性が高いことが前提である。
【００７０】
本実施形態によれば、供給を停止した第２空気供給器３の空気を排水素燃焼器入り口に供給するので、起動から改質状態に移行した直後の改質反応がまだ十分に安定する以前に発生する一酸化炭素や未反応の炭化水素燃料などが、装置外にそのまま排出されることを防止することができる。
【００７１】
（燃料改質装置の第４実施形態）
図１１は、本発明による燃料改質装置の第４実施形態を示す構成図である。
【００７２】
本実施形態の燃料改質装置においては、ブロア９と第１空気供給量測定計１２との間に、第３空気流量制御バルブ１６が設けられている。ブロア９から供給される空気は、この第３空気流量制御バルブ１６によって、熱交換器６の内部を通過・迂回させることができる。
【００７３】
これにより、通常運転時においては空気を熱交換器６で暖め、運転停止時は熱交換器６をバイパスさせることで、低温の空気で燃料噴射弁１を冷却しつつ、燃料噴射弁１の先端に残留した燃料をブロー処理して、停止後や再起動時の排気性能の悪化を防止することができる。
【００７４】
本実施形態によれば、装置の通常運転時においては空気を熱交換器６で暖め、運転停止時は熱交換器６をバイパスさせることで、低温の空気で燃料噴射弁１を冷却しつつ、燃料噴射弁１の先端に残留した燃料をブロー処理して、停止後や再起動時の排気性能の悪化を防止することができる。
【００７５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
【００７６】
例えば、燃料改質装置の第２実施形態や第３実施形態において、第１実施形態で説明した負荷増加時運転処理や停止時運転処理を組み合わせてもよいことは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料改質装置の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】第１実施形態の燃料改質装置の通常運転動作を説明する図である。
【図３】第１実施形態の燃料改質装置の通常運転動作のＳ１５の詳細を説明するフローチャートである。
【図４】第１実施形態の燃料改質装置の負荷増加時の運転動作を説明するフローチャートである。
【図５】第１実施形態の燃料改質装置の停止時の運転動作を説明するフローチャートである。
【図６】負荷増加時の運転動作の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【図７】負荷増加時の運転動作の第３実施形態を説明するフローチャートである。
【図８】停止時の運転動作の第２実施形態を説明するフローチャートである。
【図９】本発明による燃料改質装置の第２実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明による燃料改質装置の第３実施形態を示す構成図である。
【図１１】本発明による燃料改質装置の第４実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１　燃料噴射弁（燃料供給手段）
２　第１空気供給器（第１の空気供給手段）
３　第２空気供給器（第２の空気供給手段）
４　加熱ヒータ（加熱手段）
５　改質器（改質手段）
６　熱交換器（空気加熱手段）
７　水生ガス変性器
８　選択酸化型一酸化炭素除去器
９　ブロア（もしくはコンプレッサ）
１０　第１空気流量制御バルブ
１１　第２空気流量制御バルブ
１２　第１空気供給量測定計
１３　第２空気供給量測定計
１４　燃料電池
１５　排水素燃焼器（排水素燃焼手段）

Claims (12)

  1. 燃料を供給する燃料供給手段と、
    前記燃料供給手段から供給された燃料を改質して、水素リッチな改質ガスを生成する改質手段と
    を有する燃料改質装置であって、
    前記燃料供給手段から供給された燃料に対して空気を供給可能な第１の空気供給手段と、
    前記第１の空気供給手段によって空気が供給された燃料に対して、さらに空気を供給可能な第２の空気供給手段と
    を備えることを特徴とする燃料改質装置。
  2. 前記第１の空気供給手段によって空気が供給された燃料を加熱可能な加熱手段を有し、
    その加熱手段が所定の温度に到達したら、前記燃料供給手段から燃料を供給するとともに、その燃料が希薄混合状態の気体となるように、前記第１の空気供給手段から空気を供給して、その加熱手段で加熱して前記改質手段の改質触媒層で触媒燃焼を開始させ、前記加熱手段による加熱を停止した後、触媒燃焼場の温度低下が所定値以下になるように、前記燃料供給手段及び前記第１の空気供給手段から、希薄混合状態を維持させながら、燃料及び空気を増加させるようにした
    ことを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
  3. 前記燃料供給手段から供給する燃料を増加させたときに、その燃料を希薄混合状態に維持できるように前記第１の空気供給手段から空気を供給し、その第１の空気供給手段からの供給では空気量が不足する場合には、さらに前記第２の空気供給手段から空気を供給するようにした
    ことを特徴とする請求項２に記載の燃料改質装置。
  4. 前記改質手段の暖機終了後、前記第１の空気供給手段の空気供給量を、改質条件となるまで減少させるとともに、その減少分と等しい量の空気を前記第２の空気供給手段から供給し、
    改質運転に移行時に、前記第２の空気供給手段からの空気供給を停止して改質状態に移行させて改質運転を行うようにした
    ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料改質装置。
  5. 前記第２の空気供給手段からの空気供給を停止したときに、その空気を、前記改質ガスの供給により発電する燃料電池の空気取入口に供給するようにした
    ことを特徴とする請求項４に記載の燃料改質装置。
  6. 前記第２の空気供給手段からの空気供給を停止したときに、その空気を、前記改質ガスで発電する燃料電池から排出される水素を燃焼する排水素燃焼手段の空気取入口に供給するようにした
    ことを特徴とする請求項４に記載の燃料改質装置。
  7. 負荷増加時に、その負荷の増加量から増量すべき燃料量を算出し、その燃料を気化させるための気化潜熱量を算出し、前記加熱手段で前記算出気化潜熱量に相当する熱量を発生するように加熱させるようにした
    ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料改質装置。
  8. 負荷増加時に、その負荷の増加量から増量すべき燃料量を算出し、その燃料を気化させるための気化潜熱量を算出し、その気化潜熱量以上の熱量を発生するように空気の供給量を増加するようにした
    ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料改質装置。
  9. 空気の供給量を増加させるときに、前記改質手段が生成する水素リッチな改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度の増加量を推定し、一酸化炭素の濃度を所定値以下にするようにその改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減手段への空気供給量を増加させるようにした
    ことを特徴とする請求項８に記載の燃料改質装置。
  10. 運転を停止させるときに、前記燃料供給手段からの燃料供給を停止させるとともに、空気供給量を増加させるようにした
    ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の燃料改質装置。
  11. 運転を停止させるときに、内部に残留している残留燃料を前記加熱手段で加熱するようにした
    ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料改質装置。
  12. 運転を停止させるときに、改質手段の下流に位置する空気加熱手段を迂回させた空気供給手段から空気を供給するようにした
    ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の燃料改質装置。
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