(57)【要約】      （修正有）【課題】改質反応が開始されるまでの時間を短縮することができる改質システムを提供する。【解決手段】改質システム１は、電気ヒータ付き改質器５と、電気ヒータ付き改質器５の上流側の流路を開閉する前開閉バルブ２０と、電気ヒータ付き改質器５の下流側の流路を開閉する後開閉バルブ２１と、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂ、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を制御する制御ユニット７とを備え、制御ユニット７は、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を閉じた状態で改質触媒５ａを加熱するように電気ヒータ５ｂ、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を制御する制御する第１制御処理を実行し、その後前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開いた状態でアンモニアガス及び空気を電気ヒータ付き改質器５に供給するように前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を制御する第２制御処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを水素に分解する改質触媒を有し、前記燃料ガスを改質して前記水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、
前記改質部に供給される前記燃料ガスが流れる燃料ガス流路と、
前記改質部に供給される酸化性ガスが流れる酸化性ガス流路と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが流れる改質ガス流路と、
前記改質触媒または前記改質部に供給される前記燃料ガスを加熱するヒータ部と、
前記ヒータ部の上流側の流路を開閉する第１開閉バルブと、
前記ヒータ部の下流側の流路を開閉する第２開閉バルブと、
前記ヒータ部、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの少なくとも一方を閉じた状態で前記改質触媒または前記燃料ガスを加熱するように前記ヒータ部、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する第１制御処理を実行し、その後前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを開いた状態で前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する第２制御処理を実行する改質システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの両方を閉じた状態で前記改質触媒または前記燃料ガスを加熱するように前記ヒータ部、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する請求項１記載の改質システム。
【請求項３】
前記燃料ガス流路に配設され、前記燃料ガスの流れを制御する第１制御バルブと、
前記酸化性ガス流路に配設され、前記酸化性ガスの流れを制御する第２制御バルブとを更に備え、
前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブの少なくとも一方を閉じた状態で前記改質触媒または前記燃料ガスを加熱するように前記ヒータ部、前記第１制御バルブ、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御し、前記第２制御処理を実行するときは、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを開いた状態で前記燃料ガス及び前記酸化性ガスを前記改質部に供給するように前記第１制御バルブ、前記第２制御バルブ、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを制御する請求項１記載の改質システム。
【請求項４】
前記ヒータ部は、前記改質触媒を加熱し、
前記改質部は、前記ヒータ部に前記改質触媒が設けられたヒータ付き改質器であり、
前記第１開閉バルブは、前記燃料ガス流路に配設されており、
前記第２開閉バルブは、前記改質ガス流路に配設されている請求項１〜３の何れか一項記載の改質システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１制御処理を実行した後、前記改質触媒の温度が規定温度以上になったときに、前記第２制御処理を実行する請求項４記載の改質システム。
【請求項６】
前記ヒータ部は、前記燃料ガス流路に配設され、前記燃料ガスを加熱し、
前記第１開閉バルブは、前記燃料ガス流路における前記ヒータ部の上流側に配設されており、
前記第２開閉バルブは、前記燃料ガス流路における前記ヒータ部の下流側に配設されている請求項１〜３の何れか一項記載の改質システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記第１開閉バルブを開くように制御し、前記第２開閉バルブを閉じるように制御すると共に、前記燃料ガスを前記ヒータ部に向けて供給するように前記第１制御バルブを制御した後、前記第１開閉バルブ及び前記第２開閉バルブを閉じるように制御すると共に、前記燃料ガスの供給を停止するように前記第１制御バルブを制御する請求項３記載の改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の改質システムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の改質システムは、液体状の改質原料を気化させる蒸発部と、この蒸発部により気化された改質原料ガスを改質する改質部とを備えている。改質部の入口部及び中央部には、改質原料ガスの改質反応を促進させるための改質触媒と、この改質触媒を加熱する電気加熱式ヒータとがそれぞれ設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１２５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のような改質システムでは、起動時に改質原料ガスが改質部に供給されても、改質原料ガスの改質反応が開始されるまでは、未改質の改質原料ガスが改質部から流出してしまう。従って、後工程において、改質原料ガスを除去する装置が必要となる場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、改質反応が開始されるまでの時間を短縮することができる改質システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る改質システムは、燃料ガスを水素に分解する改質触媒を有し、燃料ガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、改質部に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス流路と、改質部に供給される酸化性ガスが流れる酸化性ガス流路と、改質部により生成された改質ガスが流れる改質ガス流路と、改質触媒または改質部に供給される燃料ガスを加熱するヒータ部と、ヒータ部の上流側の流路を開閉する第１開閉バルブと、ヒータ部の下流側の流路を開閉する第２開閉バルブと、ヒータ部、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御する制御部とを備え、制御部は、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブの少なくとも一方を閉じた状態で改質触媒または燃料ガスを加熱するようにヒータ部、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御する第１制御処理を実行し、その後第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御する第２制御処理を実行する。
【０００７】
このような改質システムにおいては、まず第１開閉バルブ及び第２開閉バルブの少なくとも一方を閉じた状態で、ヒータ部により改質触媒または燃料ガスを加熱することにより、ヒータ部において燃料ガスの流動が抑制された状態で改質触媒または燃料ガスが加熱されることになる。その後、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給することにより、改質部において燃料ガスの燃焼反応が起こり、その燃焼熱により燃料ガスの改質反応が開始される。ここで、ヒータ部による改質触媒または燃料ガスの加熱は、上述したように燃料ガスの流動が抑制された状態で行われる。従って、改質触媒に熱が伝わりやすくなるため、改質触媒が迅速に昇温する。このため、燃料ガスの燃焼及び改質という段階的な反応が一気に行われる。これにより、改質反応が開始されるまでの時間が短縮される。
【０００８】
制御部は、第１制御処理を実行するときは、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブの両方を閉じた状態で改質触媒または燃料ガスを加熱するようにヒータ部、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御してもよい。このような構成では、ヒータ部による改質触媒または燃料ガスの加熱は、ヒータ部の上流側及び下流側の流路が第１開閉バルブ及び第２開閉バルブにより閉じられた閉鎖空間で行われることになる。このため、ヒータ部の加熱容積が限定される。従って、改質触媒に熱が更に伝わりやすくなるため、改質触媒がより迅速に昇温する。
【０００９】
改質システムは、燃料ガス流路に配設され、燃料ガスの流れを制御する第１制御バルブと、酸化性ガス流路に配設され、酸化性ガスの流れを制御する第２制御バルブとを更に備え、制御部は、第１制御処理を実行するときは、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブの少なくとも一方を閉じた状態で改質触媒または燃料ガスを加熱するようにヒータ部、第１制御バルブ、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御し、第２制御処理を実行するときは、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを開いた状態で燃料ガス及び酸化性ガスを改質部に供給するように第１制御バルブ、第２制御バルブ、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを制御してもよい。このような構成では、ヒータ部の上流側の流路を開閉する第１開閉バルブと改質部に供給される燃料ガスの流れを制御する第１制御バルブとが別々であるため、バルブのメンテナンス等が行いやすくなる。
【００１０】
ヒータ部は、改質触媒を加熱し、改質部は、ヒータ部に改質触媒が設けられたヒータ付き改質器であり、第１開閉バルブは、燃料ガス流路に配設されており、第２開閉バルブは、改質ガス流路に配設されていてもよい。このような構成では、ヒータ部により改質触媒が直接加熱される。このとき、上述したように燃料ガスの流動が抑制されるため、流動する燃料ガスに熱が奪われることが少ない。従って、改質触媒が更に迅速に昇温するため、改質反応が開始されるまでの時間が一層短縮される。
【００１１】
制御部は、第１制御処理を実行した後、改質触媒の温度が規定温度以上になったときに、第２制御処理を実行してもよい。このような構成では、改質触媒の温度を検出または推定することにより、第２制御処理の実行を開始する判断を容易に行うことができる。
【００１２】
ヒータ部は、燃料ガス流路に配設され、燃料ガスを加熱し、第１開閉バルブは、燃料ガス流路におけるヒータ部の上流側に配設されており、第２開閉バルブは、燃料ガス流路におけるヒータ部の下流側に配設されていてもよい。このような構成では、ヒータ部により加熱された燃料ガスが改質部に供給され、その燃料ガスの熱によって改質触媒が加熱される。このとき、上述したように燃料ガスの流動が抑制されるため、ヒータ部により燃料ガスが早く暖められ、高温の燃料ガスが改質部に早く供給される。従って、改質部の構造を簡素化しつつ、改質反応が開始されるまでの時間を短縮することができる。
【００１３】
制御部は、第１制御処理を実行するときは、第１開閉バルブを開くように制御し、第２開閉バルブを閉じるように制御すると共に、燃料ガスをヒータ部に向けて供給するように第１制御バルブを制御した後、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを閉じるように制御すると共に、燃料ガスの供給を停止するように第１制御バルブを制御してもよい。このような構成では、燃料ガスを無駄に流通させることなく、第１開閉バルブ及び第２開閉バルブを閉じた状態で改質触媒または燃料ガスを加熱することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、改質反応が開始されるまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示された電気ヒータ付き改質器の一例を示す正面図である。
【図３】図１に示された制御ユニットにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図４】改質システムの状態とアンモニアガス、空気、電気ヒータ付き改質器の電気ヒータ、前開閉バルブ及び後開閉バルブの制御内容との関係を示す表である。
【図５】改質システムが起動されてからの時間とアンモニアガスの改質率及び電気ヒータ付き改質器の改質触媒の温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。
【図７】図６に示された改質器の一例を示す正面図である。
【図８】図６に示された制御ユニットにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図１において、本実施形態の改質システム１は、アンモニアタンク２と、気化器３と、空気供給部４と、電気ヒータ付き改質器５と、温度センサ６と、制御ユニット７とを備えている。
【００１８】
アンモニアタンク２は、燃料であるアンモニア（ＮＨ３）を液体状態で貯蔵するタンクである。気化器３は、アンモニア流路８を介してアンモニアタンク２と接続されている。気化器３は、アンモニアタンク２から導出された液体状態のアンモニアを気化させて、アンモニアガス（燃料ガス）を生成する。空気供給部４は、酸化性ガスである空気を電気ヒータ付き改質器５に供給する。空気供給部４としては、例えば送風機等が用いられる。
【００１９】
電気ヒータ付き改質器５は、気化器３により生成されたアンモニアガスを改質して、水素を含有した改質ガスを生成する改質部を構成する。電気ヒータ付き改質器５は、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒５ａを有している。改質触媒５ａは、アンモニアガスを水素に分解する機能に加え、アンモニアガスを燃焼させる機能も有している。改質触媒５ａとしては、例えばパラジウム、ロジウムまたは白金等が用いられる。
【００２０】
電気ヒータ付き改質器５は、アンモニアガス流路９（燃料ガス流路）を介して気化器３と接続されていると共に、空気流路１０（酸化性ガス流路）を介して空気供給部４と接続されている。アンモニアガス流路９は、電気ヒータ付き改質器５に供給されるアンモニアガスが流れる流路である。空気流路１０は、電気ヒータ付き改質器５に供給される空気が流れる流路である。
【００２１】
アンモニアガス流路９には、アンモニアガス流路９を流れるアンモニアガスの流量を制御する電磁式の流量制御バルブ１１（第１制御バルブ）が配設されている。空気流路１０は、アンモニアガス流路９における流量制御バルブ１１と電気ヒータ付き改質器５との間の部分に接続されている。空気流路１０には、空気流路１０を流れる空気の流量を制御する電磁式の流量制御バルブ１２（第２制御バルブ）が配設されている。
【００２２】
電気ヒータ付き改質器５には、改質ガス流路１３を介して水素利用装置１４が接続されている。改質ガス流路１３は、電気ヒータ付き改質器５により生成された改質ガスが流れる流路である。水素利用装置１４は、改質ガスに含有された水素を利用する装置である。水素利用装置１４としては、例えば水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池、アンモニアを燃料としたアンモニアエンジンまたはアンモニアガスタービン等が挙げられる。
【００２３】
電気ヒータ付き改質器５は、図２に示されるように、ステンレス鋼等の金属からなる担体１５を有している。担体１５は、螺旋状に形成されたベース壁部１６と、このベース壁部１６と接合されると共にベース壁部１６に沿って螺旋状に形成された波状壁部１７とを有している。担体１５に波状壁部１７を設けることにより、アンモニアガスと担体１５との接触面積が増えるため、熱交換効率が高くなる。波状壁部１７には、上記の改質触媒５ａ（図１参照）が塗布されている。なお、担体１５は、積層構造を有していてもよい。
【００２４】
担体１５は、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂを構成している。電気ヒータ５ｂは、改質触媒５ａを加熱する。電気ヒータ付き改質器５は、触媒加熱ヒータ（ＥＨＣ：ElectricalHeating Catalyst）である。担体１５のベース壁部１６には、電極端子１８ａ，１８ｂが固定されている。電極端子１８ａ，１８ｂには、電源１９が接続されている。電源１９がＯＮされると、電気ヒータ５ｂが通電される。電気ヒータ５ｂ、電極端子１８ａ，１８ｂ及び電源１９は、アンモニアガスを加熱するヒータ部を構成する。
【００２５】
アンモニアガス流路９における流量制御バルブ１１と電気ヒータ付き改質器５との間には、アンモニアガス流路９を開閉する電磁式の前開閉バルブ２０（第１開閉バルブ）が配設されている。つまり、前開閉バルブ２０は、電気ヒータ付き改質器５の上流側の流路を開閉する。
【００２６】
改質ガス流路１３には、改質ガス流路１３を開閉する電磁式の後開閉バルブ２１（第２開閉バルブ）が配設されている。つまり、後開閉バルブ２１は、電気ヒータ付き改質器５の下流側の流路を開閉する。
【００２７】
温度センサ６は、電気ヒータ付き改質器５の改質触媒５ａの温度を検出するセンサである。温度センサ６は、例えば担体１５に取り付けられている。
【００２８】
制御ユニット７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。制御ユニット７は、温度センサ６の検出値に基づいて、電源１９、流量制御バルブ１１，１２、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を制御する制御部である。
【００２９】
図３は、図１に示された制御ユニット７により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、図示しない手動スイッチ等により改質システム１の起動が指示されると実行される。また、本処理の実行前は、流量制御バルブ１１，１２、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１は、何れも閉じた状態となっている。前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１が閉じた状態とは、全閉状態（開度が０の状態）だけでなく、僅かに開いて微少量のアンモニアガスが流動する状態も含む。
【００３０】
図３において、制御ユニット７は、改質システム１の起動が指示されると、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂを通電するように電源１９を制御する（手順Ｓ１０１）。これにより、電気ヒータ付き改質器５の改質触媒５ａが加熱される。
【００３１】
続いて、制御ユニット７は、前開閉バルブ２０を開くように制御する（手順Ｓ１０２）。そして、制御ユニット７は、電気ヒータ付き改質器５にアンモニアガスを供給するように流量制御バルブ１１を制御する（手順Ｓ１０３）。
【００３２】
続いて、制御ユニット７は、電気ヒータ付き改質器５へのアンモニアガスの供給を開始してから規定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。規定時間は、電気ヒータ付き改質器５内にアンモニアガスが充満するようになる時間であり、例えば数秒〜数十秒である。
【００３３】
制御ユニット７は、規定時間が経過したと判断したときは、前開閉バルブ２０を閉じるように制御する（手順Ｓ１０５）。そして、制御ユニット７は、電気ヒータ付き改質器５へのアンモニアガスの供給を停止するように流量制御バルブ１１を制御する（手順Ｓ１０６）。
【００３４】
続いて、制御ユニット７は、温度センサ６の検出値を取得する（手順Ｓ１０７）。そして、制御ユニット７は、温度センサ６により検出された改質触媒５ａの温度が規定温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０８）。規定温度は、アンモニアガスの改質反応が可能となるような温度であり、例えば２００℃〜５００℃程度である。制御ユニット７は、電気ヒータ付き改質器５の温度が規定温度以上でないと判断したときは、手順Ｓ１０７を再度実行する。
【００３５】
制御ユニット７は、改質触媒５ａの温度が規定温度以上であると判断したときは、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開くように制御する（手順Ｓ１０９）。そして、制御ユニット７は、アンモニアガスを電気ヒータ付き改質器５に供給するように流量制御バルブ１１を制御すると共に、空気を電気ヒータ付き改質器５に供給するように流量制御バルブ１２を制御する（手順Ｓ１１０）。その後、制御ユニット７は、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂの通電を停止させるように電源１９を制御する（手順Ｓ１１１）。
【００３６】
以上において、手順Ｓ１０１〜Ｓ１０６は、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を閉じた状態で改質触媒５ａを加熱するように電源１９、流量制御バルブ１１、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を制御する第１制御処理として機能する。手順Ｓ１０７〜Ｓ１１０は、第１制御処理を実行した後、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開いた状態でアンモニアガス及び空気を電気ヒータ付き改質器５に供給するように流量制御バルブ１１，１２、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を制御する第２制御処理として機能する。
【００３７】
図４は、改質システム１の状態とアンモニアガス、空気、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂ、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１の制御内容との関係を示す表である。図５は、改質システム１が起動されてからの時間とアンモニアガスの改質率及び改質触媒５ａの温度との関係を示すグラフである。なお、図５中の実線Ｐは、アンモニアガスの改質率を示し、破線Ｑは、改質触媒５ａの温度を示している。
【００３８】
図４及び図５において、改質システム１が起動されると、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂが通電されると共に、前開閉バルブ２０が開弁され、後開閉バルブ２１が閉弁された状態で、アンモニアガスが流通して電気ヒータ付き改質器５に供給される。そして、電気ヒータ付き改質器５内にアンモニアガスが充満すると、前開閉バルブ２０が閉弁されると共に、アンモニアガスの流通が停止する。
【００３９】
これにより、アンモニアガスが導入された電気ヒータ付き改質器５の上流側及び下流側の流路は、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１により閉じられた状態となる。つまり、アンモニアガスは、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１により区切られた閉鎖空間に存在することになる。閉鎖空間では、アンモニアガスの流動が抑制される。そして、その閉鎖空間において、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂによって改質触媒５ａが直接加熱される。すると、改質触媒５ａの温度が徐々に上昇する。
【００４０】
そして、改質触媒５ａの温度が規定温度に達すると、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１が開弁されると共に、アンモニアガス及び空気が流通して電気ヒータ付き改質器５に供給される。
【００４１】
すると、改質触媒５ａによりアンモニアが酸化されて燃焼熱が発生する。具体的には、下記式のように、一部のアンモニアと空気中の酸素とが化学反応することで、アンモニアが着火して燃焼する燃焼反応が起こり、燃焼熱が発生する（発熱反応）。
ＮＨ３＋３／４Ｏ２→１／２Ｎ２＋３／２Ｈ２Ｏ＋Ｑ
【００４２】
そして、改質触媒５ａによりアンモニアが改質されて改質ガスが生成される。具体的には、下記式のように、燃焼熱によってアンモニアが水素と窒素とに分解される改質反応が起こり、水素がリッチな状態の改質ガスが生成される（吸熱反応）。
ＮＨ３→３／２Ｈ２＋１／２Ｎ２−Ｑ
【００４３】
アンモニアガスの改質反応が開始されると、改質触媒５ａの温度が急激に上昇すると共に、アンモニアガスの改質率が急激に高くなる。その後、アンモニアガスの改質反応が安定化するようになる。なお、アンモニアガスの改質反応が開始されると、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂの通電が停止する。
【００４４】
以上のように本実施形態にあっては、まず前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を閉じた状態で、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂにより改質触媒５ａを加熱することにより、電気ヒータ付き改質器５においてアンモニアガスの流動が抑制された状態で改質触媒５ａが加熱されることになる。その後、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開いた状態でアンモニアガス及び空気を電気ヒータ付き改質器５に供給することにより、電気ヒータ付き改質器５においてアンモニアガスの燃焼反応が起こり、その燃焼熱によりアンモニアガスの改質反応が開始される。ここで、電気ヒータ５ｂによる改質触媒５ａの加熱は、上述したようにアンモニアガスの流動が抑制された状態で行われる。従って、改質触媒５ａに熱が伝わりやすくなるため、改質触媒５ａが迅速に昇温する。このため、アンモニアガスの燃焼及び改質という段階的な反応が一気に行われる。これにより、改質反応が開始されるまでの時間（図５中のＸ参照）が短縮される。その結果、電気ヒータ付き改質器５を通り抜ける未改質のアンモニアガスの量が減少するため、未改質のアンモニアガスを除去するアンモニア除去装置を小型化したり、或いは不要とすることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、電気ヒータ５ｂによる改質触媒５ａの加熱は、電気ヒータ付き改質器５の上流側及び下流側の流路が前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１により閉じられた閉鎖空間で行われることになる。このため、電気ヒータ５ｂの加熱容積が限定される。従って、改質触媒５ａに熱が更に伝わりやすくなるため、改質触媒５ａがより迅速に昇温する。
【００４６】
また、本実施形態では、電気ヒータ付き改質器５の上流側の流路を開閉する前開閉バルブ２０と電気ヒータ付き改質器５に供給されるアンモニアガスの流れを制御する流量制御バルブ１１とが別々であるため、バルブのメンテナンス等が行いやすくなる。
【００４７】
また、本実施形態では、電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂにより改質触媒５ａが直接加熱される。このとき、上述したようにアンモニアガスの流動が抑制されるため、流動するアンモニアガスに熱が奪われることが少ない。従って、改質触媒５ａが更に迅速に昇温するため、改質反応が開始されるまでの時間が一層短縮される。
【００４８】
また、本実施形態では、温度センサ６により改質触媒５ａの温度を検出するので、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開いた状態でアンモニアガス及び空気を電気ヒータ付き改質器５に供給する動作を開始する判断を容易に行うことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、前開閉バルブ２０を開き、後開閉バルブ２１を閉じると共に、アンモニアガスを電気ヒータ付き改質器５に向けて供給した後、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を閉じると共に、アンモニアガスの供給を停止するので、アンモニアガスを無駄に流通させることなく、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を閉じた状態で改質触媒５ａを加熱することができる。
【００５０】
図６は、本発明の第２実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図６において、本実施形態の改質システム１Ａは、上記のアンモニアタンク２、気化器３及び空気供給部４と、電気ヒータ３０と、改質器３１と、上記の流量制御バルブ１１，１２、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１と、上記の温度センサ６及び制御ユニット７とを備えている。
【００５１】
電気ヒータ３０は、気化器３と改質器３１とを接続するアンモニアガス流路９に配設されている。電気ヒータ３０は、電極端子１８ａ，１８ｂを介して電源１９と接続されている。電気ヒータ３０は、例えば上記の第１実施形態における電気ヒータ付き改質器５の電気ヒータ５ｂと同じ構造を有している。電源１９がＯＮされると、電気ヒータ３０が通電される。電気ヒータ３０、電極端子１８ａ，１８ｂ及び電源１９は、アンモニアガスを加熱するヒータ部を構成する。
【００５２】
改質器３１は、気化器３により生成されたアンモニアガスを改質して、水素を含有した改質ガスを生成する改質部を構成する。改質器３１は、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒３１ａを有している。改質触媒３１ａは、上記の第１実施形態における改質触媒５ａと同様である。
【００５３】
改質器３１は、例えば図７に示されるように、セラミックからなる担体３２を有している。担体３２は、ハニカム構造の壁部３３を有している。壁部３３には、改質触媒３１ａが塗布されている。
【００５４】
前開閉バルブ２０は、アンモニアガス流路９における電気ヒータ３０の上流側に配設されている。具体的には、前開閉バルブ２０は、アンモニアガス流路９における流量制御バルブ１１と電気ヒータ３０との間に配設されている。
【００５５】
後開閉バルブ２１は、アンモニアガス流路９における電気ヒータ３０の下流側に配設されている。具体的には、後開閉バルブ２１は、アンモニアガス流路９における電気ヒータ３０と改質器３１との間に配設されている。空気流路１０は、アンモニアガス流路９における後開閉バルブ２１と改質器３１との間の部分に接続されている。
【００５６】
温度センサ６は、電気ヒータ３０により加熱されたアンモニアガスの温度を検出するセンサである。温度センサ６は、例えば電気ヒータ３０に取り付けられていてもよいし、アンモニアガス流路９における電気ヒータ３０と後開閉バルブ２１との間に取り付けられていてもよい。
【００５７】
図８は、図６に示された制御ユニット７により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。図８において、制御ユニット７は、改質システム１Ａが起動されると、電気ヒータ３０を通電するように電源１９を制御する（手順Ｓ１０１）。
【００５８】
続いて、制御ユニット７は、前開閉バルブ２０を開くように制御する（手順Ｓ１０２）。そして、制御ユニット７は、電気ヒータ３０に向けてアンモニアガスを供給するように流量制御バルブ１１を制御する（手順Ｓ１０３）。続いて、制御ユニット７は、アンモニアガスの供給を開始してから規定時間が経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。制御ユニット７は、規定時間が経過したと判断したときは、前開閉バルブ２０を閉じるように制御する（手順Ｓ１０５）。そして、制御ユニット７は、アンモニアガスの供給を停止するように流量制御バルブ１１を制御する（手順Ｓ１０６）。これにより、電気ヒータ３０によってアンモニアガスが加熱される。
【００５９】
続いて、制御ユニット７は、温度センサ６の検出値を取得する（手順Ｓ１０７）。そして、制御ユニット７は、温度センサ６により検出されたアンモニアガスの温度が規定温度以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０８）。ここでの規定温度は、アンモニアガスの熱によって改質触媒３１ａを改質温度まで加熱することが可能な温度であり、例えば２００℃〜５００℃程度である。
【００６０】
制御ユニット７は、アンモニアガスの温度が規定温度以上であると判断したときは、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開くように制御する（手順Ｓ１０９）。これにより、電気ヒータ３０により暖められたアンモニアガスが改質器３１に供給される。
【００６１】
その後、制御ユニット７は、アンモニアガスを改質器３１に供給するように流量制御バルブ１１を制御すると共に、空気を改質器３１に供給するように流量制御バルブ１２を制御する（手順Ｓ１１０）。その後、制御ユニット７は、電気ヒータ３０の通電を停止させるように電源１９を制御する（手順Ｓ１１１）。
【００６２】
以上のように構成された改質システム１Ａが起動されると、電気ヒータ３０が通電されると共に、前開閉バルブ２０が開弁され、後開閉バルブ２１が閉弁された状態で、アンモニアガスが電気ヒータ３０に供給される。そして、電気ヒータ３０内にアンモニアガスが充満すると、前開閉バルブ２０が閉弁されると共に、アンモニアガスの流通が停止する。
【００６３】
これにより、アンモニアガスが導入された電気ヒータ３０の上流側及び下流側の流路は、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１により閉じられた状態となる。つまり、アンモニアガスは、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１により区切られた閉鎖空間に存在することになる。そして、その閉鎖空間において、電気ヒータ３０によってアンモニアガスが加熱される。
【００６４】
そして、アンモニアガスの温度が規定温度に達すると、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１が開弁される。すると、電気ヒータ３０により暖められたアンモニアガスが改質器３１に供給される。従って、アンモニアガスの熱により改質器３１の改質触媒３１ａが加熱されるため、改質触媒３１ａの温度が上昇する。
【００６５】
そして、アンモニアガス及び空気が改質器３１に供給される。すると、アンモニアの燃焼反応により燃焼熱が発生し、その燃焼熱によってアンモニアの改質反応が起こり、改質ガスが生成される。改質反応が開始されると、電気ヒータ３０の通電が停止する。
【００６６】
以上のような本実施形態においては、まず前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を閉じた状態で、電気ヒータ３０によりアンモニアガスを加熱することにより、電気ヒータ３０においてアンモニアガスの流動が抑制された状態でアンモニアガスが加熱されることになる。その後、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１を開いた状態でアンモニアガス及び空気を改質器３１に供給することにより、改質器３１においてアンモニアガスの燃焼反応が起こり、その燃焼熱によりアンモニアガスの改質反応が開始される。ここで、電気ヒータ３０によるアンモニアガスの加熱は、上述したようにアンモニアガスの流動が抑制された状態で行われる。従って、アンモニアガスの熱が改質触媒３１ａに伝わりやすくなるため、改質触媒３１ａが迅速に昇温する。このため、アンモニアガスの燃焼及び改質という段階的な反応が一気に行われる。これにより、改質反応が開始されるまでの時間が短縮される。
【００６７】
また、本実施形態では、電気ヒータ３０により加熱されたアンモニアガスが改質器３１に供給され、そのアンモニアガスの熱によって改質触媒３１ａが加熱される。このとき、上述したようにアンモニアガスの流動が抑制されるため、電気ヒータ３０によりアンモニアガスが早く暖められ、高温のアンモニアガスが改質器３１に早く供給される。従って、改質器３１の構造を簡素化しつつ、改質反応が開始されるまでの時間を短縮することができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、温度センサ６により改質触媒５ａまたはアンモニアガスの温度を検出しているが、特にその形態には限られず、例えばアンモニアガスの流量、時間、電源１９の出力電力及び室温等に基づいて改質触媒５ａまたはアンモニアガスの温度を推定してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、アンモニアガス流路９には、アンモニアガスの流量を制御する流量制御バルブ１１が配設され、空気流路１０には、空気の流量を制御する流量制御バルブ１２が配設されていているが、特にその形態には限られず、アンモニアガス及び空気の流量を制御せずに、アンモニアガス及び空気の流れを制御するだけであれば、流量制御バルブの代わりに開閉バルブを使用してもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１の両方を閉じた状態で、改質触媒またはアンモニアガスを加熱しているが、特にその形態には限られず、前開閉バルブ２０及び後開閉バルブ２１の何れか一方のみを閉じた状態で、改質触媒またはアンモニアガスを加熱してもよい。この場合でも、アンモニアガスの流動が抑制された状態となるため、改質触媒を迅速に昇温させることができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、ヒータ部の上流側の流路を開閉する前開閉バルブ２０が備えられているが、前開閉バルブ２０については特に無くてもよい。このとき、アンモニアガスの流れを制御する流量制御バルブ１１が、ヒータ部の上流側の流路を開閉する第１開閉バルブとして機能することになる。この場合には、バルブの数が少なくて済み、改質システムの構成を簡素化することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、酸化性ガスとして空気を使用しているが、特にその形態には限られず、酸化性ガスとして酸素を使用してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、燃料ガスとしてアンモニアガスを使用しているが、本発明は、燃料ガスとして炭化水素ガス等を使用した改質システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ…改質システム、５…電気ヒータ付き改質器（改質部）、５ａ…改質触媒、５ｂ…電気ヒータ（ヒータ部）、７…制御ユニット（制御部）、９…アンモニアガス流路（燃料ガス流路）、１０…空気流路（酸化性ガス流路）、１１…流量制御バルブ（第１制御バルブ）、１２…流量制御バルブ（第２制御バルブ）、１３…改質ガス流路、１８ａ，１８ｂ…電極端子（ヒータ部）、１９…電源（ヒータ部）、２０…前開閉バルブ（第１開閉バルブ）、２１…後開閉バルブ（第２開閉バルブ）、３０…電気ヒータ（ヒータ部）、３１…改質器（改質部）、３１ａ…改質触媒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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