JP7187848B2 - 燃料改質装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料改質装置に関する。

従来、燃料としての水（Ｈ_２Ｏ）を１つの触媒体へ供給し、電流印加部が触媒体に印加する電流を可変制御することにより、触媒体からＨ_２ガスまたはＯ_２ガスのいずれを放出するかを切り替え制御する燃料改質装置が記載されている。

特開２０１７－４７４０５号公報

上述した従来の燃料改質装置は、触媒体を１つしか用いないため、連続的にＨ_２ガスの生成、Ｏ_２ガスの放出を行うことが難しい。また、従来の燃料改質装置は、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスの分離が必要となる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、連続的にＨ_２ガスの生成、Ｏ_２ガスの放出を行うことが可能であり、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスの分離を不要にすることが可能な燃料改質装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、水素原子および酸素原子を含む燃料の分解によるＨ_２ガスの生成と上記燃料の分解時に捕捉した酸素を用いたＯ_２ガスの放出との両方を促す複数の触媒体と、
複数の上記触媒体を別々に収容する複数の触媒体収容部を備え、各上記触媒体収容部の位置を移動させることが可能に構成された移動機構と、
上記触媒体収容部に収容された上記触媒体に上記燃料を供給可能に構成された燃料供給路と、
上記燃料供給路から供給された上記燃料を上記触媒体により分解して上記Ｈ_２ガスを生成させるとともに上記燃料の分解時に生じた上記酸素を上記触媒体に捕捉させる第１触媒反応領域と、
上記燃料の分解時に上記触媒体に捕捉した上記酸素を用いて上記Ｏ_２ガスを放出させる第２触媒反応領域と、
上記第２触媒反応領域において上記触媒体に電場を印加可能に構成された第２電場印加部と、
上記第２電場印加部が上記触媒体に印加する電場を制御する第２電場制御部と、
上記移動機構を制御する移動機構制御部と、を有しており、
上記燃料は、水（Ｈ_２Ｏ）であり、
上記触媒体は、Ｐｒ－Ｚｒ－Ｎｄ系酸化物、Ｐｒ－Ｚｒ系酸化物、Ｃｅ－Ｃｒ－Ｐｄ系酸化物、および、これら酸化物の表面に貴金属元素が担持されたものからなる群より選択される少なくとも１種であり、
上記移動機構制御部は、各上記触媒体収容部が、上記第１触媒反応領域を経由して上記第２触媒反応領域へ移動した後、再び上記第１触媒反応領域に戻るように上記移動機構を制御するよう構成されている、燃料改質装置にある。

上記燃料改質装置は、上記構成を有している。そのため、上記燃料改質装置は、例えば、次のように動作させることができる。先ず、移動機構制御部による移動機構の制御により、ある一つの触媒体収容部を第１触媒反応領域に移動させる前または移動させた後、当該触媒体収容部に収容された触媒体に燃料供給路を通じて燃料を供給する。次いで、第１触媒反応領域にある触媒体収容部の触媒体により燃料を分解してＨ_２ガスを生成させるとともに燃料の分解時に生じた酸素を触媒体に捕捉させる。次いで、移動機構制御部による移動機構の制御により、第１触媒反応領域を経由した触媒体収容部を第２触媒反応領域へ移動させる。次いで、第２触媒反応領域にある触媒体に第２電場印加部にて電場を印加し、燃料の分解時に触媒体に捕捉した酸素を用いてＯ_２ガスを放出させる。次いで、移動機構制御部による移動機構の制御により、第２触媒反応領域を経由した触媒体収容部を再び第１触媒反応領域に戻す。そして、上記の動作を各触媒体収容部について順次繰り返し実施する。

上記燃料改質装置によれば、移動機構制御部による移動機構の制御によって第１触媒反応領域と第２触媒反応領域との間を、触媒体を収容した各触媒体収容部が移動することで、第１触媒反応領域から連続的にＨ_２ガスが生成するとともに、第２触媒反応領域から連続的にＯ_２ガスが放出される。また、Ｈ_２ガスが生成する第１触媒反応領域と、Ｏ_２ガスが放出される第２触媒反応領域とが互いに独立して存在するため、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスの分離が不要となる。

よって、上記燃料改質装置によれば、連続的にＨ_２ガスの生成、Ｏ_２ガスの放出を行うことができ、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスの分離を不要にすることができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、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り、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、燃料改質装置の構成を示した説明図である。 図１における燃料改質装置のＩＩ－ＩＩ線断面を示した断面図である。 図２示した燃料改質装置のＩＩ－ＩＩ線断面の変形例を示した説明図である。 実施形態１における、回転機構が備える回転体の変形例を示した説明図である。 実施形態２における、燃料改質装置の構成を示した説明図である。 実施形態３における、燃料改質装置の構成を示した説明図である。 実施形態４における、燃料改質装置の構成を示した説明図である。 図７における燃料改質装置のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面を示した断面図である。 図８示した燃料改質装置のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面の変形例を示した説明図である。 実施形態５における、燃料改質装置の構成を示した説明図である。

（実施形態１）
実施形態１の燃料改質装置について、図１～図４を用いて説明する。図１および図２に例示されるように、本実施形態の燃料改質装置１は、複数の触媒体２と、移動機構３と、燃料供給路４と、第１触媒反応領域５と、第２触媒反応領域６と、第２電場印加部６２と、第２電場制御部６２０と、移動機構制御部７と、を有している。以下、これを詳説する。

燃料改質装置１において、触媒体２は、水素原子および酸素原子を含む燃料の分解によるＨ_２ガスの生成と燃料の分解時に捕捉した酸素を用いたＯ_２ガスの放出との両方を促す。水素原子および酸素原子を含む燃料は、具体的には、水（Ｈ_２Ｏ）である。燃料がＨ_２Ｏである場合には、比較的安価で入手しやすく、取り扱いの容易なＨ_２Ｏを改質し、連続的にＨ_２ガスおよびＯ_２ガスを分離状態で取り出すことが可能な燃料改質装置１が得られる。

触媒体２としては、Ｐｒ－Ｚｒ－Ｎｄ系酸化物、Ｐｒ－Ｚｒ系酸化物、Ｃｅ－Ｃｒ－Ｐｄ系酸化物、これら酸化物の表面に貴金属元素が担持されたものなどが用いられる。これらは１種または２種以上併用することができる。なお、Ｐｒ－Ｚｒ－Ｎｄ系酸化物は、Ｐｒ、Ｚｒ、Ｎｄ、Ｏを構成元素として含む複合酸化物である。Ｐｒ－Ｚｒ系酸化物は、Ｐｒ、Ｚｒ、Ｏを構成元素として含む複合酸化物である。Ｃｅ－Ｃｒ－Ｐｄ系酸化物は、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｏを構成元素として含む複合酸化物である。貴金属元素としては、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇなどを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。

触媒体２は、好ましくは、Ｃｅ－Ｃｒ－Ｐｄ系酸化物を有しているとよい。この構成によれば、水素環境下に曝されたり、電場を印加されたりした場合などでも、触媒体２の結晶構造が変化し難いため、触媒体２の安定性が高い。そのため、この構成によれば、同じ触媒体２を繰り返し使用して、Ｈ_２ガス、Ｏ_２ガスを連続的に取り出しやすい燃料改質装置１が得られる。Ｃｅ－Ｃｒ－Ｐｄ系酸化物としては、具体的には、Ｃｅ_{（１－ｙ－ｘ）}Ｃｒ_ｙＰｄ_ｘＯ_２(０．０３≦ｘ≦０．０５、０．１≦ｙ＜０．５)などを例示することができる。

なお、本実施形態では、触媒体２は、多孔質に形成されることができ、ガス状の燃料を通気させることが可能とされている。多孔性の触媒体２は、例えば、ハニカム構造を有する触媒体２、粉末状の触媒体２などから構成することができる。

燃料改質装置１において、移動機構３は、複数の触媒体２を別々に収容する複数の触媒体収容部３０を備え、各触媒体収容部３０の位置を移動させることが可能に構成されている。移動機構３は、例えば、一定方向に並んで形成された複数の触媒体収容部３０を備え、各触媒体収容部３０の位置を隣接する触媒体収容部３０の位置まで一定方向に順次移動させることが可能に構成することができる。

本実施形態では、移動機構３は、各触媒体収容部３０が回転方向Ｒに並んで形成された回転体３１を備えている。なお、回転方向Ｒは、回転軸３１０を回転中心とする。図１および図２では、具体的には、回転体３１が、円筒状に形成された筒体３１３と、筒体３１３の内部を複数に区画（ここでは、八等分に区画）する内部隔壁３１４とを有する例が示されている。回転体３１では、内部隔壁３１４によって区画された各領域が各触媒体収容部３０とされている。内部隔壁３１４は、回転軸３１０から筒体３１３の半径方向に放射状に延び、筒体３１３の内側面に連結されている。回転体３１は、回転軸３１０方向の両端に第１端面３１１と第２端面３１２とを有している。第１端面３１１は、例えば、燃料が導入される上流側端面とされ、第２端面３１２は、例えば、Ｈ_２ガス、Ｏ_２ガスが導出される下流側端面とされる。各触媒体収容部３０は、回転軸３１０方向に貫通しており、第１端面３１１および第２端面３１２に開口している。回転体３１の材質としては、例えば、金属材料、樹脂材料、セラミック材料、ガラス材料、これらの組み合わせ等を例示することができる。

各触媒体収容部３０に収容された触媒体２は、例えば、回転軸３１０方向の両触媒体端面が回転体３１の両端面と同じとなるように収容されることができる。また、両触媒体端面には、触媒体２に電場を印加する際に使用可能な一対の触媒側電極（不図示）を形成することができる。触媒側電極は、ガス透過可能に構成することができる。

本実施形態では、移動機構３は、回転体３１を回転させることにより各触媒体収容部３０の位置を移動させることが可能に構成されている。図１および図２では、具体的には、複数の触媒体収容部３０のうち位置Ａにある触媒体収容部３０に着目したときに、回転体３１は、回転方向Ｒへの回転により、位置Ａにある触媒体収容部３０を、位置Ｂ→位置Ｃ→位置Ｄ→位置Ｅ→位置Ｆ→位置Ｇ→位置Ｈ→位置Ａ→・・・と順次移動させる例が示されている。つまり、回転体３１は、回転方向Ｒへの回転により、各触媒体収容部３０の位置を、回転方向Ｒで隣接する各触媒体収容部３０の位置まで順次移動させることが可能とされている。なお、回転体３１は、駆動源（不図示）により回転軸３１０を回転させることで回転させることができる。

燃料改質装置１において、燃料供給路４は、触媒体収容部３０に収容された触媒体２に燃料を供給可能に構成されている。図１では、燃料供給路４は、具体的には、燃料源（不図示）に接続されるとともに複数の触媒体収容部３０のうちの一つの触媒体収容部３０に接続可能とされている。より具体的には、回転体３１の回転により、複数の触媒体収容部３０のうちの一つの触媒体収容部３０が燃料供給路４の設置部位に移動してきたときに、燃料供給路４が、移動してきた触媒体収容部３０に接続され、第１端面３１１側の触媒体収容部３０の開口から触媒体２に燃料を供給可能とされている。本実施形態では、図１および図２に例示されるように、触媒体収容部３０が位置Ａにあるときに、当該触媒体収容部３０に燃料供給路４が接続され、触媒体２に燃料が供給される。なお、本実施形態では、触媒体収容部３０が位置Ａにあるときに、当該触媒体収容部３０に燃料排出路４１が接続され、触媒体収容部３０から燃料が排出される。

燃料改質装置１において、第１触媒反応領域５は、燃料供給路４から供給された燃料を触媒体２により分解してＨ_２ガスを生成させるとともに燃料の分解時に生じた酸素を触媒体２に捕捉させる領域である。本実施形態では、燃料の供給を受けた触媒体２を有する触媒体収容部３０が移動する移動先の位置に、第１触媒反応領域５が形成される。図１および図２では、具体的には、位置Ａに対して回転方向Ｒに隣接する位置Ｂが、燃料の供給を受けた触媒体２を有する触媒体収容部３０が移動する移動先の位置であり、この位置Ｂにある触媒体収容部３０の領域が、第１触媒反応領域５とされる。

燃料改質装置１において、第２触媒反応領域６は、燃料の分解時に触媒体２に捕捉した酸素を用いてＯ_２ガスを放出させる領域である。本実施形態では、第１触媒反応領域５を経た触媒体収容部３０が移動する移動先の位置に、第２触媒反応領域６が形成される。つまり、第２触媒反応領域６は、第１触媒反応領域５の後段に形成される。図１および図２では、具体的には、位置Ｂ対して回転方向Ｒに隣接する位置Ｃが、第１触媒反応領域５を経た触媒体収容部３０が移動する移動先の位置であり、この位置Ｃにある触媒体収容部３０の領域が、第２触媒反応領域６とされる。なお、図１および図２では、第２触媒反応領域６が、１つの触媒体収容部３０の領域から構成される場合を示しているが、図３に例示するように、第２触媒反応領域６は、２つ以上の触媒体収容部３０を合わせた領域から構成することもできる。

燃料改質装置１において、第１触媒反応領域５の下流には、第１触媒反応領域５にて生成したＨ_２ガスを取り出すためのＨ_２ガス流路８１を設けることができる。また、第２触媒反応領域６の下流には、第２触媒反応領域６にて生成したＯ_２ガスを取り出すためのＯ_２ガス流路８２を設けることができる。

燃料改質装置１において、第２電場印加部６２は、第２触媒反応領域６において触媒体２に電場を印加可能に構成されている。本実施形態では、第２電場印加部６２は、電源６２１と、一対の電極６２２とを備えている。一対の電極６２２は、配線６２３を介して電源６２１に電気的に接続されるとともに、触媒体収容部３０に収容された触媒体２の両端部と接触可能に構成されている。本実施形態では、一対の電極６２２は、例えば、金属材料等より形成することができ、複数の触媒体収容部３０のうちの１つの触媒体収容部３０に収容された触媒体２の両端部と接触可能に構成されている。図１では、具体的には、回転体３１の回転により、複数の触媒体収容部３０のうちの一つの触媒体収容部３０が第２電場印加部６２の設置部位に移動してきたときに、一対の電極６２２が、移動してきた触媒体収容部３０に収容された触媒体２の両端部と接触可能とされている。なお、図３に例示するように、複数の触媒体収容部３０を合わせた領域から第２触媒反応領域６を構成する場合には、一対の電極６２２は、複数の触媒体収容部３０に収容された各触媒体２の両端部と接触可能に構成すればよい。なお、第２電場印加部６２の電極６２２は、ガス透過可能に構成することができる。

燃料改質装置１において、第２電場制御部６２０は、第２電場印加部６２が触媒体２に印加する電場を制御する。本実施形態では、第２電場制御部６２０は、触媒体２に流す電流を可変制御可能に構成されており、これによって第２電場印加部６２が触媒体２に印加する電場を制御するよう構成すされている。

本実施形態において、燃料改質装置１は、図１および図２に例示されるように、第１電場印加部５１と、第１電場制御部５２０とをさらに有することができる。

燃料改質装置１において、第１電場印加部５１は、第１触媒反応領域５において触媒体２に電場を印加可能に構成されている。本実施形態では、第１電場印加部５１は、電源５１１と、一対の電極５１２とを備えている。一対の電極５１２は、配線５１３を介して電源５１１に電気的に接続されるとともに、触媒体収容部３０に収容された触媒体２の両端部と接触可能に構成されている。本実施形態では、一対の電極５１２は、金属材料等より形成することができ、複数の触媒体収容部３０のうちの１つの触媒体収容部３０に収容された触媒体２の両端部と接触可能に構成されている。図１では、具体的には、回転体３１の回転により、複数の触媒体収容部３０のうちの一つの触媒体収容部３０が第１電場印加部５１の設置部位に移動してきたときに、一対の電極５１２が、移動してきた触媒体収容部３０に収容された触媒体２の両端部と接触可能とされている。なお、第１電場印加部５１の電極５１２は、ガス透過可能に構成することができる。

燃料改質装置１において、第１電場制御部５２０は、第１電場印加部５１が触媒体２に印加する電場を制御する。本実施形態では、第１電場制御部５２０は、触媒体２に流す電流を可変制御可能に構成されており、これによって第１電場印加部５１が触媒体２に印加する電場を制御するよう構成されている。

なお、本実施形態では、第１電場制御部５２０と第２電場制御部６２０とは、それぞれ独立して電場を制御可能に構成されている。

燃料改質装置１において、移動機構制御部７は、移動機構３を制御する。具体的には、移動機構制御部７は、各触媒体収容部３０が、第１触媒反応領域５を経由して第２触媒反応領域６へ移動した後、再び第１触媒反応領域５に戻るように移動機構３を制御するよう構成されている。

本実施形態では、より具体的には、移動機構制御部７は、移動機構３が備える回転体３１の回転を制御し、各触媒体収容部３０の位置を、回転方向Ｒに隣接する各触媒体収容部３０の位置まで順次移動させる。ここでは、移動機構制御部７は、複数の触媒体収容部３０のうち位置Ａにある触媒体収容部３０に着目したとき、回転体３１の回転を制御し、位置Ａにある触媒体収容部３０を、位置Ｂ→位置Ｃ→位置Ｄ→位置Ｅ→位置Ｆ→位置Ｇ→位置Ｈ→位置Ａ→・・・と順次移動させる。

本実施形態の燃料改質装置１は、例えば、次のよう動作させることができる。

第１触媒反応領域５に移動させる前の位置Ａにある触媒体収容部３０に収容された触媒体２に、燃料供給路４を通じて燃料を供給する。供給された燃料は、触媒体２に吸着される。次いで、移動機構３が備える回転体３１の回転を移動機構制御部７にて制御し、触媒体２に燃料が供給されてなる位置Ａの触媒体収容部３０を位置Ｂまで回転移動させる。これにより、触媒体２に燃料が供給されてなる触媒体収容部３０が第１触媒反応領域５まで移動する。この際、第１電場印加部５１が備える一対の電極５１２と触媒体２の両端部とが接触し、電気的に接続される。そして、第１触媒反応領域５において触媒体２に電場が印加される。本実施形態では、この電場が存在する条件下において、第１触媒反応領域５にある触媒体収容部３０の触媒体２により燃料が分解されてＨ_２ガスが生成するとともに燃料の分解時に生じた酸素が触媒体２に捕捉される。生成したＨ_２ガスは、触媒体収容部３０からＨ_２ガス流路８１を通じて外部に取り出される。なお、Ｈ_２ガスの生成時に、触媒体収容部３０内の触媒体２によって分解されなかった燃料は、Ｈ_２ガスとともに排出される。

Ｈ_２ガスの生成終了後、移動機構３が備える回転体３１の回転を移動機構制御部７にて制御し、位置Ｂの触媒体収容部３０を位置Ｃまで回転移動させる。これにより、Ｈ_２ガスを生成後の触媒体２を有する触媒体収容部３０が第１触媒反応領域５から第２触媒反応領域６まで移動する。この際、第２電場印加部６２が備える一対の電極６２２と触媒体２の両端部とが接触し、電気的に接続される。そして、第２触媒反応領域６において触媒体２に電場が印加される。本実施形態では、この電場が存在する条件下において、燃料の分解時に触媒体２に捕捉された酸素を用いてＯ_２ガスが放出される。放出されたＯ_２ガスは、触媒体収容部３０からＯ_２ガス流路８２を通じて外部に取り出される。なお、Ｏ_２ガスの放出時に、触媒体収容部３０内に未分解の燃料が残存していた場合には、Ｏ_２ガスとともに排出される。

次いで、移動機構３が備える回転体３１の回転を移動機構制御部７にて制御し、位置Ｃの第２触媒反応領域６にある触媒体収容部３０を位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆ、位置Ｇ、位置Ｈ、位置Ａと順に回転移動させる。そして、位置Ａにて、触媒体収容部３０に収容された触媒体２に、燃料供給路４を通じて再び燃料を供給する。次いで、移動機構３が備える回転体３１の回転を移動機構制御部７にて制御し、触媒体２に燃料が再度供給されてなる位置Ａの触媒体収容部３０を位置Ｂまで回転移動させる。これにより、第２触媒反応領域６を経由した触媒体収容部３０が再び第１触媒反応領域５に戻る。そして、上記の動作を各触媒体収容部３０について順次繰り返し実施する。

本実施形態の燃料改質装置１によれば、移動機構制御部７による移動機構３の制御によって第１触媒反応領域５と第２触媒反応領域６との間を、触媒体２を収容した各触媒体収容部３０が移動することで、第１触媒反応領域５から連続的にＨ_２ガスが生成するとともに、第２触媒反応領域６から連続的にＯ_２ガスが放出される。また、Ｈ_２ガスが生成する第１触媒反応領域５と、Ｏ_２ガスが放出される第２触媒反応領域６とが互いに独立して存在するため、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスの分離が不要となる。

よって、 本実施形態の燃料改質装置１によれば、連続的にＨ_２ガスの生成、Ｏ_２ガスの放出を行うことができ、Ｈ_２ガスとＯ_２ガスの分離を不要にすることができる。

また、本実施形態の燃料改質装置１では、移動機構３は、各触媒体収容部３０が回転方向Ｒに並んで形成された回転体３１を備え、回転体３１の回転により各触媒体収容部３０の位置を移動させることが可能に構成されている。この構成によれば、回転体３１が回転することにより、各触媒体収容部３０の位置を回転方向Ｒに隣接する触媒体収容部３０の位置まで順次移動させることができる。そのため、この構成によれば、比較的小スペースで、各触媒体収容部３０が、第１触媒反応領域５を経由して第２触媒反応領域６へ移動した後、再び第１触媒反応領域５に戻るように構成しやすくなる。

また、本実施形態の燃料改質装置１は、第２触媒反応領域６から第１触媒反応領域５に触媒体収容部３０が戻るまでの間に、触媒体収容部３０に収容された触媒体２に燃料供給路４を通じて燃料を供給するように構成されている。この構成によれば、次のＨ_２ガスの生成、Ｏ_２ガスの放出のサイクルに入る前に、確実に燃料を触媒体２に供給することができ、連続的なＨ_２ガスの生成、Ｏ_２ガスの放出を確実なものとすることができる。

また、本実施形態の燃料改質装置１は、第１電場印加部５１と、第１電場制御部５２０とをさらに有している。この構成によれば、第１触媒反応領域５に移動してきた触媒体収容部３０の触媒体２に電場を印加することが可能となる。そのため、この構成によれば、触媒体２に印加された電場によって、触媒体２による燃料の分解をより促進させることが可能となり、Ｈ_２ガスの生成量を増大させやすくなる。

また、本実施形態の燃料改質装置１では、第１電場制御部５２０と第２電場制御部６２０とが、それぞれ独立して電場を制御可能に構成されている。この構成によれば、Ｈ_２ガスの生成量、Ｏ_２ガスの放出量が最適となるように独立して各電場を制御することが可能になる。

また、本実施形態の燃料改質装置１では、１つの触媒体収容部３０からなる領域から第２触媒反応領域６を構成した場合について説明した。本実施形態の燃料改質装置１において、図３に例示するように、２つ以上の触媒体収容部３０を合わせた領域から第２触媒反応領域６を構成するようにした場合には、次の利点がある。この場合、Ｏ_２ガスを放出した触媒体２を収容する触媒体収容部３０が次の移動先の位置に移動したときに、その移動先の位置においても、触媒体２がＯ_２ガスを放出することができる。つまり、前の位置で触媒体２がＯ_２ガスを放出しきれなかったときに、次の移動先の位置で、触媒体２から残分のＯ_２ガスを放出させることが可能になる。そのため、この構成によれば、Ｏ_２ガスの放出量の総量を増大させやすくなる。図３では、２つの触媒体収容部３０からなる領域から第２触媒反応領域６を構成する例を例示したが、これに限定されない。なお、図示はしないが、本実施形態の燃料改質装置１において、第１触媒反応領域５は、複数の触媒体収容部３０からなる領域から構成することも可能である。

また、本実施形態の燃料改質装置１では、図２に例示するように、円筒状に形成された筒体３１３の内部が、回転軸３１０方向から見て、内部隔壁３１４によって複数に区画され、各区画された領域が各触媒体収容部３０とされている回転体３１を示した。回転体３１の構造は、例えば、図４に例示される構造等に変形することもできる。

図４（ａ）では、回転体３１は、円筒状に形成された内側筒体３１３ａと、内側筒体３１３ａの外周に円筒状に形成された外側筒体３１３ｂとを備える二重筒状に構成されており、内側筒体３１３ａと外側筒体３１３ｂとの間の二重筒状の部分が内部隔壁３１４によって複数に区画（ここでは、八等分に区画）されている。そして、各区画された領域が各触媒体収容部３０とされている。また、内側筒体３１３ａの内側には、内側筒体３１３ａを支持する支持部３１５が形成されている。

図４（ｂ）～（ｄ）に例示される回転体３１の構造は、内側筒体３１３ａ、外側筒体３１３ｂがいずれも多角形筒状に形成されている点以外は、図４（ａ）の回転体３１の構造と同様である。具体的には、図４（ｂ）では、内側筒体３１３ａ、外側筒体３１３ｂがいずれも五角形筒状に形成されており、図４（ｃ）では、内側筒体３１３ａ、外側筒体３１３ｂがいずれも六角形筒状に形成されており、図４（ｄ）では、内側筒体３１３ａ、外側筒体３１３ｂがいずれも三角形筒状に形成されている。

図４（ｅ）では、回転体３１は、円筒状に形成された筒体３１３の筒厚み部分に、回転軸方向に沿って延びる複数の貫通孔３１６が回転軸３１０周りに離間した状態で並べられている。そして、各貫通孔３１６の内部が各触媒体収容部３０とされている。また、筒体３１３の内側には、筒体３１３を支持する支持部３１５が形成されている。

図４（ｆ）では、回転体３１は、回転軸３１０周りに複数の小筒体３１３ｃが離間した状態で並べられ、各小筒体３１３ｃ間は、連結部材３１７によって繋がっている。そして、各小筒体３１３ｃの内部が各触媒体収容部３０とされている。また、各小筒体３１３ｃの内側には、各小筒体３１３ｃを支持する支持部３１５が形成されている。

このように回転体３１の構造は、各触媒体収容部３０が回転軸３１０周りに並んで形成されておれば、図２、図３に示される構造に限定されない。

（実施形態２）
実施形態２の燃料改質装置について、図５を用いて説明する。なお、実施形態２以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図５に例示されるように、本実施形態の燃料改質装置１は、第１電場印加部５１を有していない。したがって、燃料改質装置１では、位置Ｂにおける第１触媒反応領域５においては、触媒体２に電場が印加されない。つまり、本実施形態では、触媒体２に電場を印加することなく、触媒体２からＨ_２ガスを生成させる。その他の構成は、実施形態１と同様である。

本実施形態の燃料改質装置１によれば、第１電場印加部５１を有していないので、実施形態１に比べ、装置構成を簡略化することができる。その他の作用効果は、実施形態１と同様である。

（実施形態３）
実施形態３の燃料改質装置について、図６を用いて説明する。

図６に例示されるように、本実施形態の燃料改質装置１は、第１触媒反応領域５の下流側に、生成したＨ_２ガスを回収するＨ_２ガス回収部８１０を有している。また、本実施形態の燃料改質装置１は、第２触媒反応領域６の下流側に、放出されたＯ_２ガスを回収するＯ_２ガス回収部８２０を有している。

この構成によれば、第１触媒反応領域５から流出したＨ_２ガスをＨ_２ガス回収部８１０に一旦貯留し、このＨ_２ガス回収部８１０からＨ_２ガス流路８１にＨ_２ガスを流すように構成することが可能になる。つまり、Ｈ_２ガス回収部８１０を、Ｈ_２ガスのバッファタンクとして機能させることができる。そのため、この構成によれば、Ｈ_２ガス回収部８１０の下流におけるＨ_２ガスの流量を安定させやすくなる。また、この構成によれば、第２触媒反応領域６から流出したＯ_２ガスをＯ_２ガス回収部８２０に一端貯留し、このＯ_２ガス回収部８２０からＯ_２ガス流路８２にＯ_２ガスを流すように構成することが可能になる。つまり、Ｏ_２ガス回収部８２０を、Ｏ_２ガスのバッファタンクとして機能させることができる。そのため、この構成によれば、Ｏ_２ガス回収部８２０の下流におけるＯ_２ガスの流量を安定させやすくなる。

なお、Ｈ_２ガス回収部８１０は、例えば、第１触媒反応領域５の下流に配設されるＨ_２ガス流路８１の途中に配置することができる。また、Ｏ_２ガス回収部８２０は、例えば、第２触媒反応領域６の下流に配設されるＯ_２ガス流路８２の途中に配置することができる。

その他の構成および作用効果は、実施形態１と同様である。

（実施形態４）
実施形態４の燃料改質装置について、図７～図９を用いて説明する。

図７および図８に例示されるように、本実施形態の燃料改質装置１は、各触媒体収容部３０に収容された触媒体２の温度を調整可能な温度制御部９を有している。

この構成によれば、第１触媒反応領域５および第２触媒反応領域６における触媒反応に有利な温度となるように温度制御部９によって各触媒体収容部３０に収容された触媒体２の温度を調整することが可能になる。そのため、この構成によれば、Ｈ_２ガス生成量、Ｏ_２ガス放出量を増大させやすくなる。

本実施形態では、温度制御部９は、具体的には、回転体３１の外周面を覆うヒーター部９０を有している。ヒーター部９０は、図７および図８に例示するように、回転体３１の一部を覆っていてもよいし、図９の変形例に示すように、回転体３１の外周全体を覆っていてもよい。温度制御部９は、ヒーター部９０以外にも、例えば、測温用熱電対、温度調節器、電磁開閉器などにより、各触媒体収容部３０に収容された触媒体２の温度を調整することができる。なお、図７および図８では、ヒーター部９０が、位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｇ、および、位置Ｈにおける各触媒体収容部３０の外周を覆っている例が示されている。

本実施形態では、温度制御部９は、第１触媒反応領域５における触媒体２の温度よりも、第２触媒反応領域６における触媒体２の温度の方が高くなるよう制御する構成とすることができる。この構成によれば、Ｈ_２ガス生成量、Ｏ_２ガス放出量をより増大させやすくなる。具体的には、温度制御部９は、第１触媒反応領域５における触媒体２の温度を例えば３００℃、第２触媒反応領域６における触媒体２の温度を例えば３５０℃となるように制御可能に構成できる。

本実施形態では、温度制御部９は、各触媒体収容部３０が、第２触媒反応領域６から再び第１触媒反応領域５に戻るまでの間において、触媒体２の温度を、第１触媒反応領域５における触媒体２の温度以下に制御するように構成されている。具体的には、温度制御部９は、各触媒体収容部３０が、第２触媒反応領域６から再び第１触媒反応領域５に戻るまでの間において、触媒体２の温度を、第１触媒反応領域５に近づくにつれて触媒体２の温度が第１触媒反応領域５における触媒体２の温度以下の範囲で徐々に大きくなるよう制御する構成とすることができる。ここでは、より具体的には、温度制御部９は、位置Ｇにおける触媒体２の温度を例えば１００℃、位置Ｈにおける触媒体２の温度を例えば２００℃、位置Ａにおける触媒体２の温度を例えば２５０℃となるように制御可能に構成できる。

その他の構成および作用効果は、実施形態２と同様である。

（実施形態５）
実施形態５の燃料改質装置について、図１０を用いて説明する。

図１０に例示されるように、本実施形態の燃料改質装置１は、第１触媒反応領域５および第２触媒反応領域６のうち少なくとも一方の下流側に、ガス状の燃料を凝縮させる凝縮器８１１、８２１を有している。

第１触媒反応領域５の下流側に凝縮器８１１を有する構成によれば、第１触媒反応領域５から流出したＨ_２ガスに未分解のガス状の燃料が含まれる場合に、凝縮器８１１により未分解のガス状の燃料を凝縮させることができるので、上記構成によれば、純度の高いＨ_２ガスを取り出しやすくなる。また、第２触媒反応領域６から流出したＯ_２ガスに未分解のガス状の燃料が含まれる場合に、凝縮器８２１により未分解のガス状の燃料を凝縮させることができるので、上記構成によれば、純度の高いＯ_２ガスを取り出しやすくなる。

なお、第１触媒反応領域５の下流側の凝縮器８１１は、例えば、第１触媒反応領域５の下流に配設されるＨ_２ガス流路８１の途中に配置することができる。また、第２触媒反応領域６の下流側の凝縮器８２１は、例えば、第２触媒反応領域６の下流に配設されるＯ_２ガス流路８２の途中に配置することができる。また、図１０に例示されるように、燃料改質装置１が上述したＨ_２ガス回収部８１０を有している場合には、第１触媒反応領域５の下流側の凝縮器８１１は、第１触媒反応領域５とＨ_２ガス回収部８１０との間に配置することができる。同様に、燃料改質装置１が上述したＯ_２ガス回収部８２０を有している場合には、第２触媒反応領域６の下流側の凝縮器８２１は、第２触媒反応領域６とＯ_２ガス回収部８２０との間に配置することができる。

本実施形態の燃料改質装置１は、触媒体収容部３０が第１触媒反応領域５にあるときに、触媒体収容部３０に収容された触媒体２に燃料供給路４を通じて燃料を供給するように構成されている。つまり、本実施形態では、図１０に例示されるように、触媒体収容部３０が上述した位置Ｂにあるときに、当該触媒体収容部３０に燃料供給路４が接続され、触媒体２に燃料が供給される。

その他の構成および作用効果は、実施形態２と同様である。

本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。例えば、上述した実施形態では、移動機構制御部７と第２電場制御部６２０、または、移動機構制御部７と第２電場制御部６２０と第１電場制御部５２０とが別個に構成されている場合を例示したが、移動機構制御部７と第２電場制御部６２０、または、移動機構制御部７と第２電場制御部６２０と第１電場制御部５２０とは、１つの中央制御部（不図示）が有する各制御部として構成されていてもよい。

１ 燃料改質装置
２ 触媒体
３ 移動機構
３０触媒収容部
４ 燃料供給路
５ 第１触媒反応領域
６ 第２触媒反応領域
６２ 第２電場印加部
６２０ 第２電場制御部
７ 移動機構制御部

Claims (9)

1. 水素原子および酸素原子を含む燃料の分解によるＨ_２ガスの生成と上記燃料の分解時に捕捉した酸素を用いたＯ_２ガスの放出との両方を促す複数の触媒体（２）と、
   複数の上記触媒体を別々に収容する複数の触媒体収容部（３０）を備え、各上記触媒体収容部の位置を移動させることが可能に構成された移動機構（３）と、
   上記触媒体収容部に収容された上記触媒体に上記燃料を供給可能に構成された燃料供給路（４）と、
   上記燃料供給路から供給された上記燃料を上記触媒体により分解して上記Ｈ_２ガスを生成させるとともに上記燃料の分解時に生じた上記酸素を上記触媒体に捕捉させる第１触媒反応領域（５）と、
   上記燃料の分解時に上記触媒体に捕捉した上記酸素を用いて上記Ｏ_２ガスを放出させる第２触媒反応領域（６）と、
   上記第２触媒反応領域において上記触媒体に電場を印加可能に構成された第２電場印加部（６２）と、
   上記第２電場印加部が上記触媒体に印加する電場を制御する第２電場制御部（６２０）と、
   上記移動機構を制御する移動機構制御部（７）と、を有しており、
   上記燃料は、水（Ｈ_２Ｏ）であり、
   上記触媒体は、Ｐｒ－Ｚｒ－Ｎｄ系酸化物、Ｐｒ－Ｚｒ系酸化物、Ｃｅ－Ｃｒ－Ｐｄ系酸化物、および、これら酸化物の表面に貴金属元素が担持されたものからなる群より選択される少なくとも１種であり、
   上記移動機構制御部は、各上記触媒体収容部が、上記第１触媒反応領域を経由して上記第２触媒反応領域へ移動した後、再び上記第１触媒反応領域に戻るように上記移動機構を制御するよう構成されている、燃料改質装置（１）。
2. 上記移動機構は、上記各触媒体収容部が回転方向（Ｒ）に並んで形成された回転体（３１）を備え、
   上記回転体の回転により各上記触媒体収容部の位置を移動させることが可能に構成されている、請求項１に記載の燃料改質装置。
3. 上記第２触媒反応領域から上記第１触媒反応領域に上記触媒体収容部が戻るまでの間に、上記触媒体収容部に収容された上記触媒体に上記燃料供給路を通じて上記燃料を供給するように構成されている、または、
   上記触媒体収容部が上記第１触媒反応領域にあるときに、上記触媒体収容部に収容された上記触媒体に上記燃料供給路を通じて上記燃料を供給するように構成されている、請求項１または２に記載の燃料改質装置。
4. 上記各触媒体収容部に収容された上記触媒体の温度を調整可能な温度制御部（９）をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
5. 上記第１触媒反応領域における上記触媒体に電場を印加可能に構成された第１電場印加部（５１）と、
   上記第１電場印加部が上記触媒体に印加する電場を制御する第１電場制御部（５２０）と、をさらに有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
6. 上記第１電場制御部と上記第２電場制御部とは、それぞれ独立して電場を制御可能に構成されている、請求項５に記載の燃料改質装置。
7. 上記第１触媒反応領域の下流側に、生成した上記Ｈ_２ガスを回収するＨ_２ガス回収部（８１０）を有するとともに、
   上記第２触媒反応領域の下流側に、放出された上記Ｏ_２ガスを回収するＯ_２ガス回収部（８２０）を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
8. 上記第１触媒反応領域および上記第２触媒反応領域のうち少なくとも一方の下流側に、ガス状の上記燃料を凝縮させる凝縮器（８１１、８２１）を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
9. 上記第２触媒反応領域は、２つ以上の上記触媒体収容部を合わせた領域から構成される、請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料改質装置。

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