(57)【要約】  本発明の改質器１は、改質燃料を改質触媒５で改質する改質層２と、燃焼触媒８による発熱反応で改質層２を加熱する加熱層３とを積層して構成されており、加熱層３の加熱通路２５に被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスを供給し、加熱通路２５は燃焼触媒８が塗布された壁面に平行な分離壁１１、１３で複数の分離通路３１ａ〜３１ｃに分離され、複数の分離通路３１ａ〜３１ｃはそれぞれ燃焼触媒８の異なる位置に混合ガスを吐出する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質燃料を改質触媒で改質する改質層と、燃焼触媒による発熱反応で前記改質層を加熱する加熱層とを積層して構成される改質器であって、
前記加熱層内の加熱通路に被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスを供給し、前記加熱通路は前記燃焼触媒が塗布された壁面に平行な分離壁で複数の分離通路に分離され、前記複数の分離通路はそれぞれ前記燃焼触媒の異なる位置に前記混合ガスを吐出することを特徴とする改質器。
【請求項２】
改質層で改質燃料が流れる方向は加熱層で混合ガスが流れる方向に対して反対方向であり、
前記複数の分離通路が前記混合ガスを吐出する位置は、前記改質層内の改質通路の出口側よりも入口側に近く配置されることを特徴とする請求項１に記載の改質器。
【請求項３】
改質層で改質燃料が流れる方向は加熱層で混合ガスが流れる方向に対して反対方向であり、
前記複数の分離通路の断面積は、前記混合ガスを吐出する位置が前記改質通路の入口側に近い分離通路ほど大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の改質器。
【請求項４】
前記複数の分離通路は前記加熱通路の途中で前記燃焼触媒が塗布された壁面からの配置が切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の改質器。
【請求項５】
前記燃焼触媒が塗布された壁面からの配置が切り替えられる位置は、前記改質通路の出口側よりも入口側に近く配置されることを特徴とする請求項４に記載の改質器。
【請求項６】
前記複数の分離通路の断面積は、前記改質通路の入口側で前記燃焼触媒に近い分離通路ほど大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の改質器。
【請求項７】
前記改質層又は前記加熱層にはガスを拡散するための拡散構造が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の改質器。
【請求項８】
前記拡散構造は千鳥状に配置されたフィンであることを特徴とする請求項７に記載の改質器。
【請求項９】
前記拡散構造は多孔体金属であることを特徴とする請求項７に記載の改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質層と加熱層とを積層して構成された改質器に係り、特に燃焼触媒による発熱反応で改質層を加熱して改質ガスを供給する改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題への関心の高まりから、近年では各種の燃料電池の利用が検討されている。この中で効率のよい固体酸化物型燃料電池の場合には、水素の多く含まれたガスを燃料ガスとして供給し、酸素を酸化剤として用いて水素、一酸化炭素及び炭化水素との電気化学反応で発電を行っている。【０００３】
また、燃料ガスとしては、液体燃料を改質して得られた改質ガスを供給する方法が取られることもあり、この改質に際しては改質燃料としてガソリンをはじめとする高炭素数有機液体を蒸発ガス化したり、ガス燃料を用いて改質反応に必要な他成分と一緒に改質器に導入したりして改質が行われている。この際、改質燃料は改質器内の改質触媒によって改質されるが、改質反応には熱が必要となるので、改質触媒への熱の供給が触媒全体で過不足なく広範囲に行われることが重要である。【０００４】
そこで、従来では燃焼層と改質層とを分離した構造の改質器が提案されており、このような改質器の一例として特許文献１が開示されている。特許文献１に開示された改質器では、燃焼通路と改質通路が壁を隔てて設置され、燃焼通路に供給された燃焼用ガスが燃焼触媒上で燃焼することによって発熱し、この熱を改質通路の改質触媒に伝達することによって改質層での改質反応を行わせている。【０００５】
従来、このような改質器では、燃焼ガスを供給する際に外部で被燃焼ガスと支燃ガスとを予め混合して改質器に供給すれば、最も簡単に燃焼ガスを供給することができる。しかし、この方法では燃焼通路の入口付近で発熱反応が偏って起こるために、燃焼通路の下流側では十分な発熱量が得られず改質反応が十分に行われないという問題があった。【０００６】
そこで、特許文献１に開示された改質器では、被燃焼ガスを支燃ガスとは分離して燃焼通路内の発熱させたい場所までパイプを使って導入することによって、燃焼触媒の全体で発熱反応が起こるようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−８０２０３号公報
【発明の概要】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された改質器では、パイプを使って被燃焼ガスを燃焼通路内の各部に導入しているので、パイプの配設などによって装置が複雑になってしまうという問題点があった。特に、燃焼層をより多く積層すればするほど、装置の複雑さは増大してしまうので、この問題を解決することは重要であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な構造で燃焼触媒の全体で広く発熱反応を起こすことのできる改質器を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明に係る改質器は、改質燃料を改質触媒で改質する改質層と、燃焼触媒による発熱反応で改質層を加熱する加熱層とを積層して構成されており、加熱層の加熱通路には被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスを供給している。そして、加熱通路は燃焼触媒が塗布された壁面に平行な分離壁で複数の分離通路に分離され、複数の分離通路はそれぞれ燃焼触媒の異なる位置に混合ガスを吐出することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る改質器の構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明を適用した第１実施形態に係る改質器に設置される多孔体金属を示す図である。
【図３】図３は、本発明を適用した第１実施形態に係る改質器の改質層と加熱層の詳細な断面構造を示す図である。
【図４】図４は、本発明を適用した第１実施形態に係る改質器の改質層と加熱層の詳細な断面構造を示す図である。
【図５】図５は、本発明を適用した第２実施形態に係る改質器の改質層と加熱層の詳細な断面構造を示す図である。
【図６】図６は、本発明を適用した第３実施形態に係る改質器の改質層と加熱層の詳細な断面構造を示す図である。
【図７】図７は、本発明を適用した第３実施形態に係る改質器の切替部の構造を示す図である。
【図８】図８は、本発明を適用した第４実施形態に係る改質器の改質層と加熱層の詳細な断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した第１〜第４実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
［改質器の構成］
図１は本実施形態に係る改質器の構造を示す図であり、図１（ａ）は全体構成を示す斜視図、図１（ｂ）は改質層と加熱層の分解斜視図である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る改質器１は、改質燃料を改質触媒で改質する改質層２と、燃焼触媒による発熱反応で改質層２を加熱する加熱層３とを積層し、上下に外壁４を積層して構成されている。図１（ａ）では改質層２が４層、加熱層３が３層積層された構造を示しているが、積層数はこれに限定されるわけではない。
【００１５】
次に、図１（ｂ）を参照して改質層２と加熱層３の構造を説明する。図１（ｂ）に示すように、改質層２は、改質触媒５が塗布された金属板６と、改質通路の高さを規定する金属枠７と、改質層側となる下面に改質触媒５が塗布され、加熱層側となる上面に燃焼触媒８が塗布された金属板９とを積層して構成されている。ここで、金属板６上には流れてくる改質燃料を拡散するための拡散構造１５が設置されている。この拡散構造１５は、例えば図１（ｂ）に示す千鳥状に配置されたフィンや図２に示す多孔体金属、邪魔板などである。
【００１６】
加熱層３は、燃焼触媒８が塗布された金属板９と、加熱通路の高さの一部を規定する第１金属枠１０と、壁面の一部に開口部が設けられた金属板である第１分離壁１１と、加熱通路の高さの一部を規定する第２金属枠１２と、第１分離壁１１とは異なる位置に開口部が設けられた金属板である第２分離壁１３と、加熱通路の高さの一部を規定する第３金属枠１４と、金属板で形成された外壁４とを積層して構成されている。また、燃焼触媒８が塗布された金属板９上には流れてくる被燃焼ガスと支燃ガスとを拡散するための拡散構造１６が設置されている。この拡散構造１６は、例えば図１（ｂ）に示す千鳥状に配置されたフィンや図２に示す多孔体金属、邪魔板などである。
【００１７】
ここで、加熱通路の高さの一部を規定する第１〜第３金属枠１０、１２、１４の高さは、通常の加熱通路の高さを分割したものであり、加熱通路全体の高さを高くしてしまうものではない。例えば、第１〜第３金属枠１０、１２、１４の高さは０．２ｍｍ程度であり、改質通路の高さを規定する金属枠７の高さは０．５ｍｍ程度である。
【００１８】
このような構成の改質層２と加熱層３とを積層し、これらの外周面を溶接で接合することによって本実施形態に係る積層型の改質器１を製造することができる。
【００１９】
次に、図３を参照して、改質層２と加熱層３の詳細な断面構造を説明する。図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る改質器１は、改質層２と加熱層３とを積層して形成され、改質層２で改質された改質ガスは燃料電池３０へ供給される。そして、燃料電池３０による反応で残った成分は被燃焼ガスとして加熱層３に循環される。
【００２０】
このような構成の改質器１における改質層２と加熱層３の拡大断面図を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、改質層２は並行壁で構成される流路壁２１、２２に改質触媒５が塗布されており、加熱層３は並行壁で構成される流路壁２３、２４のうち改質層２に隣接する側の流路壁２３に燃焼触媒８が塗布されている。
【００２１】
加熱層３の加熱通路２５には被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスが供給され、燃焼触媒８が塗布された壁面に平行な第１及び第２分離壁１１、１３によって、加熱通路２５は複数の分離通路に分離されている。そして、複数の分離通路はそれぞれ燃焼触媒８の異なる位置に混合ガスを吐出するように、第１分離壁１１と第２分離壁１３の開口部はそれぞれ異なる位置に配置されている。また、加熱層３に混合ガスが流入する入口２６の開口面積は、混合ガスが流出する出口２７の開口面積よりも広くなっている。尚、本実施形態では分離壁が２枚で３つの分離通路に分離する場合を一例として示しているが、分離通路の数は２つでもよいし、３つより多くてもよい。
【００２２】
一方、改質層２では、改質通路２８に改質燃料ガスが供給され、改質触媒５で改質反応が行われて改質ガスが出力される。
【００２３】
［改質器の機能］
次に、図４を参照して改質層２と加熱層３による機能を説明する。図４（ａ）は改質層２と加熱層３の拡大断面図であり、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図４（ａ）のＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚにおける断面図である。図４では、改質層２のガスの流れる方向が加熱層３のガスの流れる方向と同一の場合について説明する。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、加熱層３の加熱通路２５は、第１分離壁１１と第２分離壁１３の２枚によって、改質層２に近いほうから３つの分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに分離されている。
【００２５】
加熱層３には、炭化水素系燃料や水素などの被燃焼ガスと空気などの支燃ガスとが予め混合された状態で加熱通路２５に流入し、流入した混合ガスは３つの分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに分離されて流れていく。この後、２つの分離壁１１、１３はそれぞれ異なる位置に開口部が設けられているので、３つの分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃはそれぞれ燃焼触媒８の異なる位置に混合ガスを吐出する。例えば、図４（ａ）では分離通路３１ａが燃焼触媒８のＡ部に混合ガスを供給し、分離通路３１ｂが燃焼触媒８のＢ部に混合ガスを吐出し、分離通路３１ｃが燃焼触媒８のＣ部に混合ガスを吐出している。
【００２６】
加熱層３の入口に近いＡ部では、分離通路３１ａに流入した混合ガスが流入直後から燃焼触媒８に接触するので、加熱層３の入口付近で燃焼反応によって発熱し、壁を挟んだ改質層２の改質触媒５を加熱して改質層２の入口付近における改質反応を促進する。一方、分離通路３１ｂ、３１ｃに流入した混合ガスは、加熱層３の入口付近では燃焼触媒８と接触しないので、反応することなく加熱通路２５を奥へ向かって進んでいく。
【００２７】
加熱層３の中央部に位置するＢ部では、分離通路３１ｂと分離通路３１ａとを分離していた第１分離壁１１が途切れることによって、分離通路３１ｂを流れてきた混合ガスが燃焼触媒８に吐出され、Ｂ部で燃焼反応を起こして発熱する。これにより壁を挟んだ改質層２の改質触媒５が加熱され、改質層２の中央部における改質反応が促進される。
【００２８】
さらに、加熱層３の出口付近に位置するＣ部では、分離通路３１ｂと分離通路３１ｃとを分離していた第２分離壁１３が途切れることによって、分離通路３１ｃを流れてきた混合ガスが燃焼触媒８に吐出され、Ｃ部で燃焼反応を起こして発熱する。これにより壁を挟んだ改質層２の改質触媒５が加熱され、改質層２の出口付近における改質反応が促進される。また、分離通路３１ｃの出口には壁面３２が設けられているので、分離通路３１ｃを流れてきた混合ガスは燃焼触媒８の側へ流れが変わって確実に燃焼触媒８と反応することになる。
【００２９】
尚、第１分離壁１１及び第２分離壁１３が途切れる部分には、それぞれ拡散部材３３、３４が設けられており、分離通路３１ｂ、３１ｃを流れてきた混合ガスが燃焼触媒８の方向へ導かれるように流れを変える役割を果たしている。
【００３０】
このようにして本実施形態に係る改質器１では、加熱層３の全体で発熱反応を行って改質燃料を改質ガスに改質している。
【００３１】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る改質器１によれば、被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスを加熱通路２５に供給するとともに、加熱通路２５を分離壁１１、１３で複数の分離通路に分離して各分離通路がそれぞれ燃焼触媒８の異なる位置に混合ガスを吐出するので、パイプなどを用いることなく簡単な構造で燃焼触媒８の全体で広く発熱反応を起こすことができる。これにより、改質層２の広い範囲を改質反応に適した温度に保つことができ、良好な改質反応を実現することができる。
【００３２】
また、従来のパイプよりも通路を幅広にできるため、混合ガスを広範囲に導入でき、燃焼触媒８の全体で広く発熱反応を起こすことができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る改質器１によれば、改質層２及び加熱層３にガスを拡散するための拡散構造を設けたので、流れてくるガスを拡散させて広い範囲で反応を起こすことができる。
【００３４】
さらに、本実施形態に係る改質器１によれば、拡散構造として千鳥状に配置されたフィン１５、１６を設けたので、簡単な構造で流れてくるガスを効率的に拡散させることができる。
【００３５】
また、本実施形態に係る改質器１によれば、拡散構造として多孔体金属を設けたので、流れてくるガスをより確実に拡散させることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態に係る改質器１によれば、改質層２で改質された改質ガスを燃料電池の燃料ガスとして供給するので、燃料電池用の改質器として利用することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明を適用した第２実施形態について図５を参照して説明する。ただし、第１実施形態と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。図５（ａ）は改質層２と加熱層３の拡大断面図であり、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図５（ａ）のＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚにおける断面図である。図５では、改質層２のガスの流れる方向が加熱層３のガスの流れる方向と反対方向である場合について説明する。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る改質器では、加熱層３の加熱通路２５が、第１分離壁１１と第２分離壁１３の２枚によって、改質層２に近いほうから３つの分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに分離されている。
【００３９】
ここで、改質器としての改質効率を高めるために、加熱層３は改質層２の入口付近に位置するＣ部の温度を高くして、改質層２の改質燃料ガスが供給される入口付近での改質反応を最も活発に行わせる必要がある。そのため、分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃが混合ガスを吐出する位置は、改質通路２８の出口側よりも入口側に近く配置する必要がある。
【００４０】
そこで、本実施形態では、改質層２の出口付近に位置するＡ部に混合ガスを供給する分離通路３１ａには混合ガスが流れ込まないように壁面５１を設けている。これにより本実施形態の加熱層３では、流入した混合ガスは分離通路３１ｂ、３１ｃの２つに分離されて流れていくので、より多くの混合ガスが加熱通路２５の奥へ導入される。これにより、加熱層３の入口に近いＡ部では、混合ガスが流入することなく、燃焼触媒８も塗布されていないので発熱反応が起こることはない。
【００４１】
一方、Ａ部よりも加熱通路２５の奥に入ったＢ部では、第１分離壁１１が途切れるので、分離通路３１ｂを流れてきた混合ガスが燃焼触媒８に吐出され、Ｂ部で燃焼反応を起こして発熱する。これにより壁を挟んだ改質層２の改質触媒５が加熱され、改質層２の中央部における改質反応が促進される。
【００４２】
さらに、Ｂ部よりも加熱通路２５を奥に入ったＣ部では、第２分離壁１３が途切れるので、分離通路３１ｃを流れてきた混合ガスが燃焼触媒８に吐出され、Ｃ部で燃焼反応を起こして発熱する。これにより壁を挟んだ改質層２の改質触媒５が加熱され、改質層２の入口付近における改質反応が促進される。
【００４３】
上述したように、本実施形態では、分離通路３１ａに混合ガスが流れ込まないようにして分離通路３１ｂ、３１ｃだけに流れるようにしたので、混合ガスが燃焼触媒８に吐出される位置を、改質通路２８の出口側よりも入口側に近くなるように配置することができた。これにより、改質層２の入口側の温度を上昇させて改質反応をより促進させることができる。
【００４４】
また、燃焼触媒８の各部における発熱量を分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃの断面積によって変化させることも可能である。例えば、分離通路３１ｃと分離通路３１ｂの断面積の比を２：１にしておくことによって、燃焼触媒８のＣ部における発熱量をＢ部における発熱量の約２倍に設定することが可能である。この際、混合ガスを吐出する位置が改質通路２８の入口側に近い分離通路ほど断面積が大きくなるように設定しておくことによって、改質層２の改質反応をより促進させることができる。
【００４５】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る改質器によれば、分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃが混合ガスを吐出する位置を改質通路２８の出口側よりも入口側に近くなるように配置したので、多くの発熱量が要求される改質層２の入口側に混合ガスをより多く供給することができ、これによって改質層２の入口付近の温度を高めて改質反応を促進することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る改質器によれば、分離通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃの断面積を、混合ガスの吐出位置が改質通路２８の入口側に近い分離通路ほど大きくなるように設定したので、多くの発熱量が要求される改質層２の入口側に混合ガスをより多く供給することができ、これによって改質層２の入口付近の温度を高めて改質反応をより促進することができる。
【００４７】
［第３実施形態］
次に、本発明を適用した第３実施形態について図６を参照して説明する。ただし、第１及び第２実施形態と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。図６（ａ）は改質層２と加熱層３の拡大断面図であり、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図６（ａ）のＸ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚにおける断面図である。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、本実施形態に係る改質器では、分離壁６２によって加熱通路２５が２つの分離通路６３ａ、６３ｂに分離され、これらの分離通路６３ａ、６３ｂが加熱通路２５の途中にある切替部６４を境に、燃焼触媒８が塗布された壁面からの配置が切り替えられている。すなわち、切替部６４より上流側では分離通路６３ａが燃焼触媒８に接する位置に配置され、切替部６４より下流側では上下が逆転して分離通路６３ｂが燃焼触媒８に接する位置に配置されている。
【００４９】
このような構造により、分離通路６３ａ、６３ｂを流れる混合ガスは、切替部６４で混ざることなく上下が入れ替わって流れていく。分離通路６３ａに流入した混合ガスは、流入した直後から燃焼触媒８に接触して加熱層３の入口付近のＡ部で発熱し、壁を挟んだ改質触媒５を加熱して改質層２の入口付近における改質反応を促進する。
【００５０】
一方、分離通路６３ｂに流入した混合ガスは、切替部６４の手前では燃焼触媒８との接触がないため反応することなく加熱通路２５を奥へ進んでいく。そして、切替部６４では分離通路６３ａと分離通路６４ｂの上下が逆転する。
【００５１】
ここで、切替部６４の構造の一例を、図７を参照して説明する。図７に示すように、切替部６４では、下側の分離通路６３ａを流れてきた混合ガスは右側（図７の下側）に寄せられ、上側の分離通路６３ｂを流れてきた混合ガスは左側（図７の上側）に寄せられた後、それぞれ上下に連通する通路を別々に通って上下の位置を逆転し、下側だった分離通路６３ａが上側へ、上側だった分離通路６３ｂが下側へと配置が変更される。
【００５２】
この後、燃焼触媒８と接触していなかった分離通路６３ｂの混合ガスは、燃焼触媒８と接触して加熱層３の出口側のＢ部で発熱し、壁を挟んだ改質触媒５を加熱して改質層２の出口付近における改質反応を促進する。
【００５３】
尚、図６では分離通路が２つの場合を一例として説明したが、切替部６４を複数設けることによって３つ以上の分離通路を設けることも可能である。
【００５４】
また、切替部６４を設ける位置は改質層２の出口側よりも入口側に近くなるように配置することが好ましい。例えば、改質層２と加熱層３のガスの流れる方向が同一方向である場合には加熱層３の入口側に近く配置し、改質層２と加熱層３のガスの流れる方向が反対方向である場合には加熱層３の出口側に近く配置する。
【００５５】
さらに、各分離通路６３ａ、６３ｂの断面積は、改質通路２８の入口側で燃焼触媒８に近い分離通路ほど大きくすることが好ましい。例えば、改質層２と加熱層３のガスの流れる方向が同一方向である場合には分離通路６３ａの断面積を大きくし、改質層２と加熱層３のガスの流れる方向が反対方向である場合には分離通路６３ｂの断面積を大きくする。
【００５６】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る改質器によれば、加熱通路２５の途中で分離通路の配置を切り替えるようにしたので、各分離通路を流れる混合ガスが混ざることがなくなり、燃焼反応した後の混合ガスによって未反応の混合ガスが希釈されることを防止できる。これにより燃焼効率を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る改質器によれば、分離通路の配置を切り替える位置を、改質通路２８の出口側よりも入口側に近く配置したので、多くの発熱量が要求される改質層２の入口側でより多くの燃焼反応を起こすことができ、これによって改質層２の入口付近の温度を高めて改質反応を促進することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態に係る改質器によれば、改質通路２８の入口側で燃焼触媒５に近い分離通路ほど、分離通路の断面積が大きくなるように設定したので、多くの発熱量が要求される改質層２の入口側に混合ガスをより多く供給することができ、これによって改質層２の入口付近の温度を高めて改質反応を促進することができる。
【００５９】
［第４実施形態］
次に、本発明を適用した第４実施形態について図８を参照して説明する。ただし、第１〜第３実施形態と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明は省略する。図８は改質層２と加熱層３の詳細な断面構造を示す図である。図８（ａ）に示すように、本実施形態に係る改質器８１は、改質層２が加熱層３の両側に隣接して設けられている構造である。
【００６０】
このような構成の改質器８１における改質層２と加熱層３の拡大断面図を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すように、改質層２は並行壁で構成された両側の流路壁に改質触媒５が塗布されており、加熱層３も並行壁で構成された両側の流路壁に燃焼触媒８が塗布されている。
【００６１】
加熱層３は、４枚の分離壁８２〜８５で５つの分離通路８６ａ〜８６ｅに分離されており、中央の分離通路８６ｃを中心にして上下対称な構造となっている。
【００６２】
加熱層３に導入される混合ガスは、被燃焼ガスと支燃ガスとが予め混合された状態で加熱通路２５に流入し、流入した混合ガスは５つの分離通路８６ａ〜８６ｅに分離して流れていく。
【００６３】
加熱層３の入口付近では、分離通路８６ａ、８６ｅに流入した混合ガスが流入直後から燃焼触媒８に接触するので、加熱層３の入口付近で燃焼反応によって発熱し、壁を挟んだ改質触媒５を加熱して改質層２の入口付近での改質反応を促進する。
【００６４】
一方、分離通路８６ｂ〜８６ｄに流入した混合ガスは、加熱層３の入口付近では燃焼触媒８と接触せずに反応することなく加熱通路２５を奥へと進んでいく。そして、加熱層３の中央部分では、分離壁８２、８５が途切れて分離通路８６ｂ、８６ｄを流れていた混合ガスが燃焼触媒８に吐出され、燃焼反応によって発熱し、壁を挟んだ改質触媒５を加熱して改質層２の中央部分での改質反応を促進する。
【００６５】
また、分離通路８６ｃに流入した混合ガスは加熱通路２５をさらに奥まで進んでいき、加熱層３の出口付近で分離壁８３、８４が途切れて燃焼触媒８に吐出される。そして、加熱層３の出口付近で燃焼反応を起こして発熱し、壁を挟んだ改質触媒５を加熱して改質層２の出口付近での改質反応を促進する。
【００６６】
このようにして、本実施形態に係る改質器８１は、加熱層３の両側に改質層２が隣接している場合でも、両側の改質層２の改質反応を促進させている。
【００６７】
［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る改質器８１によれば、加熱層３の両側に改質層２が隣接する場合でも、簡単な構造で燃焼触媒８の全体で広く発熱反応を起こすことができる。これにより、改質層２の広い範囲を改質反応に適した温度に保つことができ、良好な改質反応を実現することができる。
【００６８】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６９】
本出願は、２０１１年６月１日に出願された日本国特許願第２０１１−１２３１２８号に基づく優先権を主張しており、この出願の内容が参照により本発明の明細書に組み込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の一態様に係る改質器によれば、被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスを加熱通路に供給するとともに、加熱通路を分離壁で複数の分離通路に分離して各分離通路がそれぞれ燃焼触媒の異なる位置に混合ガスを吐出するので、パイプなどを用いることなく簡単な構造で燃焼触媒の全体で広く発熱反応を起こすことができる。これにより、改質層の広い範囲を改質反応に適した温度に保つことができ、良好な改質反応を実現することができる。したがって、本発明の一態様に係る改質器は、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  改質器
２  改質層
３  加熱層
４  外壁
５  改質触媒
６、９  金属板
７  金属枠
８  燃焼触媒
１０  第１金属枠
１１  第１分離壁
１２  第２金属枠
１３  第２分離壁
１４  第３金属枠
１５、１６  拡散構造
２５  加熱通路
３１ａ〜３１ｃ、６３ａ、６３ｂ、８６ａ〜８６ｅ  分離通路
２８  改質通路
３０  燃料電池
３３、３４  拡散部材
６２、８２〜８５  分離壁
６４  切替部
【図１】
2012165077.tif 000003
【図３】
2012165077.tif 000004
【図４】
2012165077.tif 000005
【図５】
2012165077.tif 000006
【図６】
2012165077.tif 000007
【図７】
2012165077.tif 000008
【図８】
2012165077.tif 000009
【図２】
2012165077.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月15日(2013.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質燃料を改質触媒で改質する改質層と、燃焼触媒による発熱反応で前記改質層を加熱する加熱層とを積層して構成される改質器であって、
前記加熱層内の加熱通路に被燃焼ガスと支燃ガスとを混合した混合ガスを供給し、前記加熱通路は前記燃焼触媒が塗布された壁面に平行な分離壁で複数の分離通路に分離され、前記複数の分離通路はそれぞれ前記燃焼触媒の異なる位置に前記混合ガスを吐出することを特徴とする改質器。
【請求項２】
改質層で改質燃料が流れる方向は加熱層で混合ガスが流れる方向に対して反対方向であり、
前記複数の分離通路が前記混合ガスを吐出する位置は、前記改質層内の改質通路の出口側よりも入口側に近く配置されることを特徴とする請求項１に記載の改質器。
【請求項３】
改質層で改質燃料が流れる方向は加熱層で混合ガスが流れる方向に対して反対方向であり、
前記複数の分離通路の断面積は、前記混合ガスを吐出する位置が前記改質層内の改質通路の入口側に近い分離通路ほど大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の改質器。
【請求項４】
前記複数の分離通路は前記加熱通路の途中で前記燃焼触媒が塗布された壁面からの配置が切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の改質器。
【請求項５】
前記燃焼触媒が塗布された壁面からの配置が切り替えられる位置は、前記改質層内の改質通路の出口側よりも入口側に近く配置されることを特徴とする請求項４に記載の改質器。
【請求項６】
前記複数の分離通路の断面積は、前記改質層内の改質通路の入口側で前記燃焼触媒に近い分離通路ほど大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の改質器。
【請求項７】
前記改質層又は前記加熱層にはガスを拡散するための拡散構造が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の改質器。
【請求項８】
前記拡散構造は千鳥状に配置されたフィンであることを特徴とする請求項７に記載の改質器。
【請求項９】
前記拡散構造は多孔体金属であることを特徴とする請求項７に記載の改質器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る改質器によれば、分離通路３１ｂ、３１ｃが混合ガスを吐出する位置を改質通路２８の出口側よりも入口側に近くなるように配置したので、多くの発熱量が要求される改質層２の入口側に混合ガスをより多く供給することができ、これによって改質層２の入口付近の温度を高めて改質反応を促進することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
一方、分離通路６３ｂに流入した混合ガスは、切替部６４の手前では燃焼触媒８との接触がないため反応することなく加熱通路２５を奥へ進んでいく。そして、切替部６４では分離通路６３ａと分離通路６３ｂの上下が逆転する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
さらに、本実施形態に係る改質器によれば、改質通路２８の入口側で燃焼触媒８に近い分離通路ほど、分離通路の断面積が大きくなるように設定したので、多くの発熱量が要求される改質層２の入口側に混合ガスをより多く供給することができ、これによって改質層２の入口付近の温度を高めて改質反応を促進することができる。
【国際調査報告】
2012165077.tif 000011
2012165077.tif 000012