(57)【要約】【課題】  酸素を含む酸化ガスと炭化水素系燃料との混合気を触媒上で部分酸化反応させることでＨ2とＣＯを含む改質ガスを生成する燃料改質装置に関し、放熱に伴う触媒の下流部での温度低下を抑制する。【解決手段】  触媒２２からの放熱を抑制する等して、触媒２２の上流部と下流部の温度差が小さくなるように温度差の管理を行う。触媒２２からの放熱を抑制する手段としては、例えば、触媒２２の外周に断熱材の層３０を配置する等、触媒２２を断熱する断熱構造を設ければよい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む酸化ガスと炭化水素系燃料との混合気を触媒に供給し、前記混合気を触媒上で部分酸化反応させることでＨ2とＣＯを含む改質ガスを生成する燃料改質装置において、
前記触媒の上流部と下流部の温度差が小さくなるように前記温度差を管理する温度差管理手段を備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記温度差管理手段は、前記触媒からの放熱を抑制する放熱抑制手段として構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記放熱抑制手段として、前記触媒を断熱する断熱構造が設けられていることを特徴とする請求項２記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記断熱構造として、前記触媒の外周に断熱材の層が配置されていることを特徴とする請求項３記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記断熱構造として、前記触媒を収容する容器が二重管構造を有していることを特徴とする請求項３記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記触媒はハニカム構造を有しており、
前記断熱構造として、前記ハニカムの外周部に位置するセルの入口が閉塞されていることを特徴とする請求項３記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記の入口を閉塞されたセルは、他のセルよりも穴径を大きく形成されていることを特徴とする請求項６記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記放熱抑制手段として、前記触媒を収容する容器の外周に前記触媒から排出された改質ガスの流路が設けられていることを特徴とする請求項２記載の燃料改質装置。
【請求項９】
前記温度差管理手段として、前記混合気の空燃比が前記触媒の中心部よりも外周部においてリーンとなるように前記炭化水素系燃料を前記触媒上に供給する燃料供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項１０】
前記温度差管理手段として、前記混合気とは別に前記触媒の外周側に酸素を含む酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項１１】
前記酸化ガス供給手段は、前記触媒の流れ方向の中央部から前記酸化ガスを供給することを特徴とする請求項１０記載の燃料改質装置。
【請求項１２】
前記温度差管理手段として、前記触媒の中心部は外周部よりも熱伝導に優れた構造を有していることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項１３】
前記触媒の中心部は、外周部よりも高い密度に構成されていることを特徴とする請求項１２記載の燃料改質装置。
【請求項１４】
前記触媒の中心部は、外周部よりも肉厚の厚いセルで形成されていることを特徴とする請求項１２記載の燃料改質装置。
【請求項１５】
前記触媒の中心部は、外周部よりも熱伝導率の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１２記載の燃料改質装置。
【請求項１６】
前記触媒は前記混合気の流れ方向に積層された複数の層からなり、
前記温度差管理手段として、前記複数の層のうち少なくとも１つの層は他の層よりも熱伝導に優れた構造を有していることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項１７】
前記温度差管理手段は、前記触媒に外部から熱を供給する熱供給手段として構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項１８】
前記熱供給手段は、前記触媒の下流部に熱を供給することを特徴とする請求項１７記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を含む酸化ガスと炭化水素系燃料との混合気を触媒上で部分酸化反応させることでＨ2とＣＯを含む改質ガスを生成する燃料改質装置に関し、特に、内燃機関への改質ガスの供給源として用いて好適な燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１や特許文献２に開示されるように、炭化水素系燃料と空気の混合気を触媒に供給し、触媒上での部分酸化反応等により改質されたガスを内燃機関に供給する技術が知られている。改質ガスは燃焼性に優れているため、例えば、冷間始動時に改質ガスを供給することで、内燃機関の始動性を向上させることができ、また、排気エミッションを向上させることができる。
【特許文献１】特開平４−５８０６４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
炭化水素系燃料の部分酸化反応では、下記の化学式に示すようにＨ2とＣＯを含む改質ガスが生成される。
ＣmＨn＋(m/2)Ｏ2  →  mＣＯ＋(n/2)Ｈ2  ・・・(１)
Ｈ2、ＣＯともに燃焼性に優れ且つ高い熱量を有しているが、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率は触媒の温度によって左右される。
【０００４】
例えば、触媒温度が高くなりすぎると改質ガス中のＨ2及びＣＯの濃度は低下し、ＴＨＣ（総炭化水素成分）の濃度が上昇する。これは、触媒温度の上昇に伴い下記の気相反応が進行し、部分酸化反応により生成されたＨ2及びＣＯが酸化されてしまうことによる。
ＣＯ＋Ｈ2＋Ｏ2  →  ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ  ・・・(２)
上記反応は部分酸化反応よりも多くの酸素を必要とするため、上記反応が進行すると反応に必要な酸素が不足し、その結果、未反応の炭化水素系燃料が増大してしまう。
【０００５】
一方、触媒温度が低くなりすぎても改質ガス中のＨ2及びＣＯの濃度は低下し、ＴＨＣの濃度が上昇してしまう。これは、触媒温度の低下に伴い進行する下記のメタン生成反応が原因である。下記の反応は、Ｈ2及びＣＯの濃度が高く、且つ、酸素の濃度が低いという特徴を有する、部分酸化反応により燃料を改質する燃料改質装置に特有の現象である。
２Ｈ2＋２ＣＯ  →  ＣＯ2＋ＣＨ4  ・・・(３)
上記反応が進むことによって改質ガス中のＨ2やＣＯの濃度は低下し、ＣＨ4の濃度が上昇することになる。
【０００６】
図１５に示すグラフは、改質ガスのＴＨＣ濃度と触媒温度との関係を示している。ＴＨＣ濃度が低くいほど逆にＨ2及びＣＯの濃度は高く、ＴＨＣ濃度が高くなるほど逆にＨ2及びＣＯの濃度は低くい。図１５に示すように、触媒温度にはＴＨＣ濃度が最小になる適正温度が存在しており、適正温度より触媒温度が低くても、また、高くても、ＴＨＣ濃度は上昇する。したがって、燃料改質装置では、触媒温度が適正温度になるよう触媒の温度管理を行う必要がある。
【０００７】
ところで、部分酸化反応は発熱反応であり、反応により発生した熱によって触媒は加熱される。反応により発生する熱量は、反応が進行している触媒の上流部ほど大きく、下流側にいくに従って小さくなる。また、図１６Ａの模式図に示すように触媒８２は触媒容器８０内に収容されているが、触媒８２の熱は触媒容器８０を介して外部へ放熱されている。放熱量は温度差に比例するので、触媒８２の外周側ほど放熱量は大きくなる。その結果、触媒８２内には図１６Ｂに示すような温度分布が生じることになる。図１６Ｂでは図１６Ａに示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点における温度を示している。このグラフから分かるように、触媒温度は、触媒８２の下流部、特に、下流外周部において他の部分よりも大きく低下してしまう。
【０００８】
図１６Ｂに示すような温度分布が触媒８２内に生じる結果、触媒８２の上流部温度を適正温度に維持しようとすると、触媒８２の下流部、特に、下流外周部における温度が適正温度よりも低下してしまう。触媒８２の下流部を適正温度に維持するには、簡単には触媒８２の温度を全体的に高めればよい。しかし、そうすると触媒８２の上流部を始めとする大部分において適正温度を超えることとなり、上記の（２）式に示す反応によってＨ2及びＣＯを得られなくなってしまう。このように、触媒８２の下流部に合わせて温度設定を行うと、触媒８２の上流部温度が適正温度を超えることになってしまい好ましくない。このため、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高めるための手段としては、触媒８２の上流部温度を適正温度に維持しながら、下流部における温度の低下を抑制することが望ましい。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の下流部での温度低下を抑制できるようにした燃料改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、酸素を含む酸化ガスと炭化水素系燃料との混合気を触媒に供給し、前記混合気を触媒上で部分酸化反応させることでＨ2とＣＯを含む改質ガスを生成する燃料改質装置において、
前記触媒の上流部と下流部の温度差が小さくなるように前記温度差を管理する温度差管理手段を備えることを特徴としている。
【００１１】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記温度差管理手段は、前記触媒からの放熱を抑制する放熱抑制手段として構成されていることを特徴としている。
【００１２】
第３の発明は、前記第２の発明において、前記放熱抑制手段として、前記触媒を断熱する断熱構造が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記断熱構造として、前記触媒の外周に断熱材の層が配置されていることを特徴としている。
【００１４】
第５の発明は、前記第３の発明において、前記断熱構造として、前記触媒を収容する容器が二重管構造を有していることを特徴としている。
【００１５】
第６の発明は、前記第３の発明において、前記触媒はハニカム構造を有しており、
前記断熱構造として、前記ハニカムの外周部に位置するセルの入口が閉塞されていることを特徴としている。
【００１６】
第７の発明は、前記第６の発明において、前記の入口を閉塞されたセルは、他のセルよりも穴径を大きく形成されていることを特徴としている。
【００１７】
第８の発明は、前記第２の発明において、前記放熱抑制手段として、前記触媒を収容する容器の外周に前記触媒から排出された改質ガスの流路が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
第９の発明は、前記第１の発明において、前記温度差管理手段として、前記混合気の空燃比が前記触媒の中心部よりも外周部においてリーンとなるように前記炭化水素系燃料を前記触媒上に供給する燃料供給手段が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
第１０の発明は、前記第１の発明において、前記温度差管理手段として、前記混合気とは別に前記触媒の外周側に酸素を含む酸化ガスを供給する酸化ガス供給手段が設けられていることを特徴としている。
【００２０】
第１１の発明は、前記第１０の発明において、前記酸化ガス供給手段は、前記触媒の流れ方向の中央部から前記酸化ガスを供給することを特徴としている。
【００２１】
第１２の発明は、前記第１の発明において、前記温度差管理手段として、前記触媒の中心部は外周部よりも熱伝導に優れた構造を有していることを特徴としている。
【００２２】
第１３の発明は、前記第１２の発明において、前記触媒の中心部は、外周部よりも高い密度に構成されていることを特徴としている。
【００２３】
第１４の発明は、前記第１２の発明において、前記触媒の中心部は、外周部よりも肉厚の厚いセルで形成されていることを特徴としている。
【００２４】
第１５の発明は、前記第１２の発明において、前記触媒の中心部は、外周部よりも熱伝導率の高い材料で構成されていることを特徴としている。
【００２５】
第１６の発明は、前記第１の発明において、前記触媒は前記混合気の流れ方向に積層された複数の層からなり、
前記温度差管理手段として、前記複数の層のうち少なくとも１つの層は他の層よりも熱伝導に優れた構造を有していることを特徴としている。
【００２６】
第１７の発明は、前記第１の発明において、前記温度差管理手段は、前記触媒に外部から熱を供給する熱供給手段として構成されていることを特徴としている。
【００２７】
第１８の発明は、前記第１７の発明において、前記熱供給手段は、前記触媒の下流部に熱を供給することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、触媒の上流部と下流部の温度差が小さくなるように温度差の管理が行われているので、触媒の下流部温度の上流部温度に対する温度低下は抑制される。これにより、触媒の上流部温度を適正温度に設定される場合には触媒の下流部温度も適正温度に保たれることになり、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高く維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は一般的な燃料改質装置付き内燃機関の構成を示す概略図である。図１に示すように、内燃機関のシリンダ２内には往復運動するピストン８が配置され、ピストン８の上面とシリンダ２の内壁とで区画される空間が燃焼室１０になっている。燃焼室１０には吸気管４と排気管６が接続されており、吸気管４と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ４ａが設けられ、排気管６と燃焼室１０との接続部には排気バルブ６ａが設けられている。
【００３０】
内燃機関は複数のシリンダ２を備えており、吸気管４はサージタンク１２からシリンダ２毎に延びている。サージタンク１２には、新気が供給される新気供給管１４と、改質ガスが供給される改質ガス供給管１６が接続されている。新気供給管１４には、新気の供給量を制御するためのスロットルバルブ１８が配置されている。
【００３１】
改質ガス供給管１６は触媒容器２０とサージタンク１２とを接続している。触媒容器２０内には触媒２２が配置されている。この触媒２２上にガソリン等の炭化水素系燃料と空気等の酸素を含む酸化ガスの混合気が供給されることで、上記の（１）式に示す部分酸化反応が起こり、Ｈ2とＣＯを含む改質ガスが生成されるようになっている。触媒容器２０の下流側端部には、酸化ガスとしての空気を触媒２２に供給するための空気供給管２６が接続され、空気供給管２６の触媒容器２０との接続部の近傍には、炭化水素系燃料を噴射するインジェクタ２４が触媒２２に向けて配置されている。空気供給管２６から供給される空気にインジェクタ２４から噴射された燃料が混じり、混合気となって触媒２２に供給される。空気供給管２６におけるインジェクタ２４の上流には、触媒２２への空気の供給量を制御するための制御バルブ２８が配置されている。
【００３２】
図２は本発明の実施の形態１としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置は、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図２に示すように、本実施形態では、触媒２２の外周部を覆うように触媒容器２０の周囲に断熱材の層３０が設けられている。断熱材層３０が設けられることで触媒２２からの放熱は抑制され、触媒２２の上流部と下流部、特に、下流外周部との間の温度差は抑制される。これにより、触媒２２の上流部温度を適正温度に制御することで、触媒２２の下流外周部温度も適正温度に維持することができ、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高く維持することが可能になる。
【００３３】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図３に示すように、本実施形態では、触媒２２を収容する触媒容器２０が内筒３２ａと外筒３２ｂとを有する二重管構造になっている。内筒３２ａと外筒３２ｂとの間には隙間が設けられ、空気の層が設けられている。空気層は熱伝導率が小さく断熱層として作用する。これにより、実施の形態１と同様に触媒２２からの放熱を抑制することができ、触媒２２の上流部と下流部、特に、下流外周部との間の温度差を抑制し、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高く維持することが可能になる。
【００３４】
なお、より好ましくは、触媒容器２０の内筒３２ａと外筒３２ｂとの隙間は真空にする。隙間を真空層とすることで、二重管構造による断熱効果をより高めることができる。
【００３５】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図４に示すように、触媒２２は多数のセルからなるハニカム構造を有しており、各セルが混合気の流れの方向に向くように配置されている。本実施形態では、触媒２２を構成する多数のセルのうち、最も外周部に位置している最外セル３４の入口を蓋３６で塞いでいる。入口を閉塞されることで最外セル３４へのガスの出入りは無くなり、最外セル３４は断熱層として機能する。これにより、実施の形態１と同様に触媒２２からの放熱を抑制することができ、触媒２２の上流部と下流部、特に、下流外周部との間の温度差を抑制することが可能になる。
【００３６】
なお、通常、触媒２２を構成するセルの穴径は略一定であるが、図５に示すように、蓋３６で入口を閉塞する最外セル３４のみ他のセルよりも穴径を大きくしてもよい。これによれば、図４に示す構成に比較して断熱層を厚くすることができ、触媒２２からの放熱をより抑制することが可能になる。
【００３７】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図６に示すように、本実施形態の燃料改質装置は、触媒容器２０を収容する収容器４０を備えている。収容器４０内には、触媒容器２０の出口から排出された改質ガスが触媒容器２０の周囲に沿って流れるようにガス流路４２が形成されている。収容器４０は改質ガス供給管１６に接続されており、触媒容器２０から排出された高温の改質ガスは、ガス流路４２内を触媒容器２０の周囲に沿って流れた後、改質ガス供給管１６へ供給される。このように高温の改質ガスが触媒容器２０の周囲に沿って流れることで、触媒２２の熱が触媒容器２０を介して外部へ放出されることは抑制され、触媒２２の上流部と下流部、特に、下流外周部との間の温度差を抑制することが可能になる。
【００３８】
実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図７に示すように、本実施形態では、触媒容器２０の周囲に電気加熱式のヒーター５０が配置されている。ヒーター５０により触媒容器２０の外側から加熱されることで、放熱による触媒２２の下流部、特に、下流外周部における温度低下は補償される。これにより、触媒２２の上流部と下流外周部との間の温度差を抑制し、触媒２２の下流外周部も適正温度に維持することが可能になる。なお、ヒーター５０による加熱の目的は、あくまでも放熱による触媒２２の温度低下を補償することにあり、触媒２２の全体の温度上昇を目的としたものではない。したがって、ヒーター５０に供給する電力量は、触媒２２の下流外周部における温度低下を抑制できる程度に小さくてよい。
【００３９】
また、図７では、触媒２２の外周の全体を加熱するようにヒーター５０が配置されているが、図８に示すように、触媒２２の下流部のみ加熱するようにヒーター５２を配置してもよい。触媒２２の温度低下は下流部、特に、下流外周部において大きいので、このように触媒２２の下流部に限定して加熱することによっても触媒２２の上流部と下流外周部との間の温度差を抑制することができる。また、加熱部分が小さくなる分、図７に示す構成に比較して消費電力量を抑えることもできる。
【００４０】
実施の形態６．
図９は本発明の実施の形態６としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図９に示すように、本実施形態では、触媒２２の中央に偏って燃料が噴射されるようにインジェクタ２４が配置されている。一方、酸化ガスとしての空気は触媒２２の前面に均等に供給されるようになっている。このように燃料が触媒２２の中央に偏って噴射される結果、触媒２２に流入する空気と燃料の混合気の空燃比は、触媒２２の外周部においてリーンになる。
【００４１】
図１０は混合気の空燃比（混合気中の酸素原子と炭素原子との比）Ｏ／Ｃと触媒２２の温度との関係を示すグラフである。図１０に示すように、触媒温度は混合気の空燃比がリーンなほど高く、特にＯ／Ｃ＝１を超えたあたりから大きく上昇する。したがって、リーンな混合気が供給される触媒２２の外周部は中央に比較して温度上昇が大きく、放熱により温度低下があったとしても下流部の温度が適正温度を大きく下回ることはない。これにより、触媒２２の下流外周部におけるメタン生成反応の進行を抑えて、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高く維持することが可能になる。
【００４２】
実施の形態７．
図１１は本発明の実施の形態７としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図１１に示すように、本実施形態では、空気供給管２６における制御バルブ６２の上流において空気供給管２６から分岐する補助空気供給管６０が設けられている。また、触媒容器２０の外周には環状の補助空気導入部６４が形成されている。補助空気導入部６４は、均等に配置された複数の孔（図示略）を介して触媒容器２０の内部と連通している。補助空気供給管６０はこの補助空気導入部６４に接続されており、その途中には制御バルブ６２が配置されている。
【００４３】
上記のような構成により、触媒２２の外周部には、空気供給管２６からの空気とインジェクタ２４からの燃料の混合気とは別に、補助空気導入部６４からの補助空気が追加供給される。その結果、触媒２２に流入する混合気の空燃比は、実施の形態６と同様、触媒２２の外周部においてリーンになる。これにより、触媒２２の外周部は中央に比較して温度上昇が大きくなり、触媒容器２０を介して外部への放熱がある場合でも、下流部の温度が適正温度を大きく下回ることは防止される。
【００４４】
また、図１１では、触媒２２の上流に補助空気を導入するように補助空気導入部６４が形成されているが、図１２に示すように、触媒２２の流れ方向の中央部に補助空気を導入するよう補助空気導入部６６を形成してもよい。これによれば、触媒２２の上流部における過度な温度上昇を防止しつつ、触媒２２の下流部外周部における温度低下を確実に抑制することができる。
【００４５】
実施の形態８．
図１３Ａ及び図１３Ｂは本発明の実施の形態８としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、本実施形態では、触媒２２は一様な構造ではなく、その外周部７０を構成するハニカムセルと中心部７２を構成するハニカムセルとは異なる構造を有している。具体的には、外周部７０よりも中心部７２のほうが高い密度に構成されている。密度が高い分、中心部７２の熱伝導は外周部７０よりも優れており、外周部７０の熱が触媒容器２０を介して外部へ放出される場合には、中心部７２から外周部７０への熱伝導によって放出された熱を補償することができる。これにより、触媒２２の下流部外周部における温度低下を抑制し、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高く維持することが可能になる。
【００４６】
なお、触媒２２の中心部７２を外周部７０よりも熱伝導に優れた構造とするための手段としては、上記のようにハニカムセルの密度を異ならせる他、ハニカムセルの肉厚を異ならせてもよい。つまり、中心部７２を構成するハニカムセルの肉厚を、外周部７０を構成するハニカムセルの肉厚よりも厚くする。これによれば、ハニカムセルの肉厚差の分、中心部７２を外周部７０よりも熱伝導に優れた構造にすることができる。
【００４７】
中心部７２を構成するハニカムセルの材質として、外周部７０を構成するハニカムセルの材質よりも熱伝導率に優れたものを選択するようにしてもよい。例えば、外周部７０にはセラミックセルを用い、中心部７２には金属セルを用いてもよい。また、ともにセラミックセルの場合には、中心部７２と外周部７０とで空孔率を異ならせることで熱伝導率に差をつけるようにしてもよい。
【００４８】
実施の形態９．
図１４は本発明の実施の形態９としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。本実施形態の燃料改質装置も、図１に示す内燃機関の燃料改質装置として用いることができる。図１４に示すように、本実施形態では、触媒２２は流れ方向において３層に構成されている。このうち、流れ方向の上流層７４と下流層７８にはセラミックセルが用いられ、中流層７６には金属セルが用いられている。金属セルはセラミックセルよりも熱伝導率が高いため、触媒２２の外周部において放熱があった場合には、それを補償するように金属セルの中心部から外周部へ向けて熱が移動する。特に、本実施形態のように中流層７６のみ金属ハニカムを用いることで、流れ方向への熱伝達量に比較して径方向への熱伝達量を多くすることができ、触媒２２の中心部から外周部へ効率的に熱を供給することができる。これにより、触媒２２の下流外周部における温度低下を抑制し、部分酸化反応によるＨ2及びＣＯの生成効率を高く維持することが可能になる。
【００４９】
なお、図１４では中流層７６に金属セルを用いているが、上流層７４或いは下流層７８に金属セルを用いてもよい。また、触媒２２をより複数層に形成し、そのうちの幾つかの層に金属セルを用い、他の層にはセラミックセルを用いるようにしてもよい。また、上記のように材質の異なる層を設けるのではなく、ハニカムセルの密度の異なる層を設けたり、ハニカムセルの肉厚の異なる層を設けたりすることで、触媒２２の中心部から外周部への熱伝導を促すようにしてもよい。
【００５０】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、上記の各実施形態の特徴部の構成を他の実施形態の特徴部の構成と適宜組み合わせて実施してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、本発明の燃料改質装置を内燃機関への改質ガスの供給源として用いているが、本発明の燃料改質装置の用途はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一般的な燃料改質装置付き内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態３としての燃料改質装置の変形例である。
【図６】本発明の実施の形態４としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態５としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態５としての燃料改質装置の変形例である。
【図９】本発明の実施の形態６としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図１０】触媒に供給される混合気のＯ／Ｃと触媒温度との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態７としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態７としての燃料改質装置の変形例である。
【図１３Ａ】本発明の実施の形態８としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＡ−Ａ断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態９としての燃料改質装置の特徴部を示す概略図である。
【図１５】触媒温度とＴＨＣ濃度との関係を示す図である。
【図１６Ａ】触媒からの放熱の様子を示す模式図である。
【図１６Ｂ】触媒内の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
２０  触媒容器
２２  触媒
２４  インジェクタ
２６  空気供給管
３０  断熱材層
３２ａ  内筒
３２ｂ  外筒
３４  最外セル
３６  蓋
４０  収容器
４２  ガス流路
５０，５２  ヒーター
６０  補助空気供給管
６４，６６  補助空気導入部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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