(57)【要約】【課題】改質触媒の水滴の付着による効率低下を防止する。【解決手段】燃料ガスと水蒸気と空気とから改質ガスを生成する改質器２を備えた燃料改質装置１において、前記改質器に噴霧燃料を供給する手段４と、前記改質器に噴霧水を供給する手段５と、この水噴霧手段から噴霧された水のうち気化しない水を吸収する水吸収物質からなる水吸収手段３と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと水蒸気と空気とから改質ガスを生成する改質器を備えた燃料改質装置において、
前記改質器に噴霧燃料を供給する燃料噴霧手段と、
前記改質器に噴霧水を供給する水噴霧手段と、
この水噴霧手段から噴霧された水のうち気化しない水を吸収する水吸収物質からなる水吸収手段と、
を備えたことを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記水吸収手段は、前記改質器の上流に設置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記改質器は、その表面に改質触媒を担持して形成された担体を収納し、
前記水吸収手段は、水吸収物質を改質触媒物質と混合して担体の上流部に担持して形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記改質器は、その表面に改質触媒を担持して形成された担体を収納し、
前記水吸収手段は、水吸収物質を上流側の改質触媒層の上に担持して形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記改質器の熱を前記水吸収手段に伝熱する手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記伝熱手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項５に記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料改質装置、特に炭化水素系燃料から水素リッチな改質ガスを生成する燃料改質装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料改質装置としては、炭化水素系燃料や水などの改質原料を蒸発器により気化し、そのガスに改質原料を噴霧して改質器に供給し、水素を含有する改質ガスを発生する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この装置では改質原料の噴霧量を変化させることにより過渡応答性を向上させている。
【０００３】
また別の従来の燃料改質装置では、炭化水素系燃料と水とを空気を用いて噴霧し、噴霧された炭化水素系燃料の一部を燃焼するとともに炭化水素系燃料の残部を水を用いて水素含有ガスへ改質する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この装置では、蒸発器がないため装置の起動性を向上させるとともに、過渡時の応答性も向上させている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１‐７９７０３号公報
【特許文献２】
特開２００２‐４７００１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした従来の燃料改質装置では、低負荷から高負荷へ出力を上昇させる時、大量に噴霧された液体の水が一部気化されず、改質触媒上に水滴が付着して触媒性能が低下し、応答遅れが生じたり、触媒の劣化が促進されたりなどの問題が発生する。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、改質器用触媒の性能低下を抑制し、過渡応答性を向上できる燃料改質装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料改質装置において、改質ガスを生成する改質器に噴霧される水のうち気化しない水を吸収する水吸収手段を備える。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、噴霧された水のうち気化しない水が水吸収手段に吸収されるため、液相の水が改質用触媒に付着することがなく、改質器の触媒性能を低下させず、改質効率を悪化させることがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す本発明の燃料改質装置の概略図を用いて、以下、説明する。
【００１０】
本発明の燃料改質装置１は、改質器２と水吸収手段３と燃料噴霧装置４と水噴霧装置５と加熱手段６とから構成されている。改質器２は、炭化水素系燃料等の燃料から水素リッチの改質ガスを生成する改質触媒が充填されており、改質器２から排出された改質ガスは、図示しない燃料電池に供給されて発電に供される。水吸収手段３は、改質器２の上流に位置し、液相の水を吸収する特性を有する材料、例えばゼオライトのペレットから構成されており、水蒸気や燃料ガスは通過する材料で構成される。
【００１１】
燃料噴霧装置４は、水吸収手段３の上流に配置されて改質器２に向けて燃料を噴霧するもので、水噴霧装置５は、燃料噴霧装置４と同様に水吸収手段３の上流に設置されて改質器２に向けて水を噴霧する装置である。加熱手段６は、水吸収手段３に吸収された水を加熱し、気化させて水蒸気として下流の改質器２に供給するための装置で、たとえば、熱伝導性に優れたヒートパイプからなる。加熱手段６は、改質器２と水吸収手段３とに掛け渡されて設置され、下流の改質器２の反応熱によって加熱される。加熱された加熱手段６は、その熱量を水吸収手段３に吸収された水の加熱に供給し、気化した水が改質器２に送られ、改質反応に用いられる。なお、加熱手段は、改質器２の反応熱を用いるものに限られず、電気ヒータ等を用いることも可能である
次に作用を説明する。
【００１２】
まず、燃料改質装置１の通常運転時には、改質ガスの原料としての空気及び水蒸気が図示しない装置により供給される。この空気と水蒸気の有する熱量により燃料噴霧装置４と水噴霧装置５から噴霧される燃料と水は、気化し、改質器２に供給され、改質器２は水素リッチの改質ガスを生成する。通常運転時には、水噴霧装置５から噴霧される水はすべて気化することが可能である。したがって、燃料改質装置１の通常運転時の効率は、改質触媒に水が付着することがないため、良好な効率を維持できる。
【００１３】
次に負荷変動時、特に負荷増加時には通常運転時に比して大量の燃料と水とが噴霧装置４、５から噴霧される。しかしながら、水の噴霧量の増加に対して気化に必要な熱量が不足すると噴霧された水の一部が気化せず、水吸収手段３に吸収される。なお、気化された燃料と水（水蒸気）は改質器２に供給されて改質反応に用いられる。
【００１４】
水吸収部４に吸収された水は、改質器２の発熱により加熱した加熱手段５による加熱により気化し、気化した燃料と空気とともに改質器２に送られて改質反応に供せられる。
【００１５】
したがって、本実施形態においては、負荷変動時（特に高負荷時）に噴霧された水の一部が気化されずに残留しても、その水が水吸収手段３に吸収され、改質器２の改質触媒に付着することがなく、触媒の改質性能を低下させることがない。また残留した水を吸収する水吸収手段３は、加熱手段６により加熱されるため、吸収した水を速やかに気化でき、改質器２の過渡応答性を向上させることができる。
【００１６】
図２と図３は第２の実施形態の燃料改質装置を示す。この実施形態は、水吸収手段３を改質部２と別置した第１の実施形態に対し、改質部２に水吸収機能を備えた点が異なる。
【００１７】
本実施形態の改質器２は、担体、例えばハニカム状のアルミナ担体の表面に改質触媒物質と水吸収物質とをコーティングした改質触媒を配置したものである。図３は、アルミナ担体の表面にコーティングされた触媒物質と水吸収物質のコーティング状態の一例を示す。担体の上流側には、水吸収物質と改質触媒物質との混合物からなる触媒・水吸収層７がコーティングされ、その下流側に改質物質のみが担持された改質触媒層８が形成される。
【００１８】
この実施形態では、負荷変動時、特に負荷上昇時に気化されなかった水は、触媒・水吸収層７の水吸収物質に吸収され、気化した燃料と水蒸気は、改質触媒下流側に形成された改質触媒層８および触媒・水吸収層７の改質触媒物質の触媒作用による改質反応に用いられ、改質ガスが生成される。高負荷での改質反応による発熱により、触媒・水吸収層７の水吸収物質に吸収され水は速やかに気化し、改質反応に用いられる。
【００１９】
したがって、本実施形態においては、噴霧された水の一部が気化されずに残留しても改質触媒層８に付着することがなく、触媒の性能低下を抑制することができる。また、一時的に吸収される水は改質反応の熱により速やかに気化されるので、改質器２の過渡応答性を向上させることができる。さらに、改質器２と別置した水吸収手段を設ける必要がないため、改質装置を小型化することができる。さらには水吸収手段を加熱する加熱手段を設置する必要がないので、さらに小型化でき、またコストダウンを図ることができる。
【００２０】
次に図４を用いて、改質触媒の別の改質触媒物質と水吸収物質のコーティング方法を説明する。燃料改質装置の構成は第２の実施形態等同様である。
【００２１】
このコーティング方法は、担体の上に、まず改質触媒物質が全体的に担持されて改質触媒層８を形成し、次いで改質触媒層８の上流側にのみ、水吸収物質が改質触媒層８の上に担持され、水吸収層９が形成される。
【００２２】
この構成により、負荷増加時には、気化されなかった水が水吸収層９に吸収され、この吸収された水は高負荷時の改質反応の反応熱により速やかに気化し、改質反応に供される。したがって、気化されなかった水が改質触媒層８に付着することがなく、触媒の改質効率が低下することがない。また、気化されなかった水も改質反応の熱により速やかに気化されるため、燃料改質装置１の過渡応答性を向上することができる。
【００２３】
したがって、本発明においては、水吸収物質を改質触媒の上流に設置することにより、気化しなかった水が改質触媒に付着して改質効率を低下させることを防止し、また改質反応による発熱を用いて水吸収物質に吸収された水を気化させることができるため、燃料改質装置の過渡応答性を向上させることができる。
【００２４】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料改質装置の構成図である。
【図２】第２の実施形態の燃料改質装置の構成図である。
【図３】第２の実施形態のコーティング状態を説明する図である。
【図４】他のコーティング状態を説明する図である。
【符号の説明】
１  燃料改質装置
２  改質器
３  水吸収手段
４  燃料噴霧装置
５  水噴霧装置
６  加熱手段
７  触媒・水吸収層
８  改質触媒層
９  水吸収層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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