(57)【要約】【課題】燃料改質装置が低温となるときでも、改質反応に供給する水蒸気量を確保して水素生成の効率を向上させる。【解決手段】燃料改質装置１０では、液体炭化水素と水とを混合した予混合燃料が、噴霧器２０から燃料導入室２２に噴霧される。このとき、燃料導入室２２には、改質用ガス流路３２から空気を含む高温ガスが供給され、この高温ガスが有する熱を利用して、噴霧された予混合燃料が気化する。燃料改質装置１０の始動時には、バーナ３０における燃焼反応で生じる熱を利用して昇温した空気が、高温ガスとして改質用ガス流路３２から燃料導入室２２に供給される。【選択図】        図１
2004315304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記第１の高温ガス供給部から前記第１の高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と
を備える燃料改質装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料改質装置であって、
前記噴霧器からは、前記液体改質原料として、液体である前記改質燃料と水とを混合した予混合燃料が噴霧される
燃料改質装置。
【請求項３】
請求項２記載の燃料改質装置であって、
前記改質原料供給部は、
水蒸気を生成し、該水蒸気を前記燃料導入室に供給する水蒸気供給部をさらに備え、
前記燃料導入室に供給する水のうち、一部は前記予混合燃料に含有させて前記噴霧器を介して前記燃料導入室内に噴霧し、残りは前記水蒸気供給部によって水蒸気として前記燃料導入室に供給する
燃料改質装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の燃料改質装置であって、
前記第１の高温ガスは、空気を含有する
燃料改質装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の燃料改質装置であって、さらに、
前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを、前記燃料導入室に対して供給可能な第２の高温ガス供給部と、
前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスが得られると判断されるときには、前記第１の高温ガスに代えて前記第２の高温ガスを用いるように、前記燃料導入室に供給される高温ガスを切り替える高温ガス切り替え制御部と
を備える燃料改質装置。
【請求項６】
請求項５記載の燃料改質装置であって、
前記第２の高温ガス供給部は、前記触媒部において前記改質反応によって生成された水素を含有する改質ガスが通過する熱交換器を備え、
前記第２の高温ガスは、前記改質ガスの熱を利用して前記熱交換器において昇温させたガスである
燃料改質装置。
【請求項７】
請求項６記載の燃料改質装置であって、
前記第２の高温ガスは、空気を含有する
燃料改質装置。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載の燃料改質装置であって、さらに、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する情報を取得して、該情報に基づいて、前記燃料導入室内に噴霧したときに気化可能となる前記液体改質原料量を設定する気化可能量設定部と、
前記気化可能量設定部が設定した前記液体改質原料量を噴霧するように、前記噴霧器を制御する噴霧量制御部と
を備える燃料改質装置。
【請求項９】
請求項８記載の燃料改質装置であって、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する前記情報は、前記燃料導入室に供給される前記第１の高温ガスの温度を含む
燃料改質装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８いずれか記載の燃料改質装置であって、さらに、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器から前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部を備える
燃料改質装置。
【請求項１１】
改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
前記噴霧器から噴霧する前記液体改質原料の気化温度以上に昇温している高温ガスを供給する高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記高温ガス供給部から前記高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器において前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部と
を備える燃料改質装置。
【請求項１２】
改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置の運転方法であって、
（ａ）前記改質燃料および水を、所定の燃料導入室内に供給する工程であって、前記改質燃料および水を供給する際には、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として、所定の噴霧器を介して前記燃料導入室内に噴霧する工程と、
（ｂ）前記燃料導入室に、燃焼反応で生じた熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給し、該第１の高温ガスの熱を利用して、前記燃料導入室内に噴霧させた前記液体改質原料を気化させる工程と、
（ｃ）前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとを、前記改質反応を促進する改質触媒に供給する工程と
を備える燃料改質装置の運転方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の燃料改質装置の運転方法であって、さらに、
（ｄ）前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを、前記燃料導入室に供給し、前記第２の高温ガスの熱を利用して、前記燃料導入室内に噴霧させた前記液体改質原料を気化させる工程と、
（ｅ）前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスを得ることができるか否かを判断する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程において、所定温度以上に昇温した第２の高温ガスが得られると判断したときには、前記（ｂ）工程に代えて前記（ｄ）工程を実行する工程と
を備える燃料改質装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素を生成する方法として、改質反応によって炭化水素系燃料から水素を生成する方法が知られている。例えば、特許文献１では、改質反応として水蒸気改質反応と部分酸化反応とを併用して、ガソリンから水素を生成し、生成した水素を燃料電池に供給する燃料改質装置が開示されている。この特許文献１では、改質反応に供する原燃料を、気化装置によって気化すると共に、改質器に対して直接噴霧を行なっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７９７０３号公報
【特許文献２】
特開２０００−３４４５０２号公報
【特許文献３】
特開２０００−６３１０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に燃料改質装置の始動時のように、燃料改質装置の温度が低いときには、噴霧された原燃料の微粒子の蒸発速度が遅くなるため、充分に気化していない微粒子が改質触媒に到達して水素生成の効率が不十分となる可能性があった。また、始動時のように装置の暖機が不十分な時には、特に水の気化量が不十分となって、水素生成の効率が不十分となる可能性があった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、始動時のように燃料改質装置の温度が低いときであっても、改質反応に供給する水蒸気量を確保して、水素生成の効率を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明の第１の燃料改質装置は、改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
燃焼反応で生じる熱を利用して昇温させた第１の高温ガスを供給する第１の高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記第１の高温ガス供給部から前記第１の高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記第１の高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
以上のように構成された本発明の第１の燃料改質装置によれば、直ちに高温を得ることができる燃焼反応で生じた熱を利用して第１の高温ガスを得ているため、燃料改質装置内部の温度が低下している場合であっても、この第１の高温ガスを用いて、水を含む液体改質原料を速やかに気化させて改質反応に供することが可能となる。したがって、必要に応じて直ちに改質反応を進行させることができ、その際の水素生成効率を確保することができる。燃料改質装置内部の温度が低下しているときの例として、例えば燃料改質装置の始動時であっても、燃焼反応で生じる熱を利用することで、直ちに水素の生成を開始して、暖機時間を短縮することができる。
【０００８】
このような本発明の第１の燃料改質装置において、前記噴霧器からは、前記液体改質原料として、液体である前記改質燃料と水とを混合した予混合燃料が噴霧されることとしても良い。このように、改質燃料と水とを混合した予混合燃料を用いることで、燃料改質装置の低温時において、改質反応に供給される改質燃料と水との割合を、上記予混合燃料における改質燃料と水との割合とすることができる。したがって、燃料改質装置の低温時であっても、改質反応に供される水の量として、予混合燃料に含まれる水の量を確保することができ、水素生成の効率を充分に高くすることができる。
【０００９】
このような本発明の第１の燃料改質装置において、
前記改質原料供給部は、
水蒸気を生成し、該水蒸気を前記燃料導入室に供給する水蒸気供給部をさらに備え、
前記燃料導入室に供給する水のうち、一部は前記予混合燃料に含有させて前記噴霧器を介して前記燃料導入室内に噴霧し、残りは前記水蒸気供給部によって水蒸気として前記燃料導入室に供給することとしても良い。
【００１０】
このような構成とすれば、予混合燃料における改質燃料に対する水の割合よりも高い割合で、改質反応に水を供することができる。そのため、水蒸気供給部から充分に水蒸気を得られるときには、水蒸気供給部からも水蒸気を供給し、改質反応の効率がより高くなるように水蒸気量を調節して、水素生成効率の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の燃料改質装置において、さらに、
前記燃料改質装置を備えるシステムの熱を利用して昇温させた第２の高温ガスを、前記燃料導入室に対して供給可能な第２の高温ガス供給部と、
前記第２の高温ガスとして、所定温度以上に昇温したガスが得られると判断されるときには、前記第１の高温ガスに代えて前記第２の高温ガスを用いるように、前記燃料導入室に供給される高温ガスを切り替える高温ガス切り替え制御部と
を備えることとしても良い。
【００１２】
このような構成とすれば、第２の高温ガス供給部から所定温度以上に昇温した第２の高温ガスが得られるときには、燃焼反応を利用することなく、第２の高温ガスによって液体改質原料の気化を行なうため、燃焼反応を行なうことで装置全体のエネルギ効率が低下するのを抑えることができる。
【００１３】
このような本発明の第２の燃料改質装置において、
前記第２の高温ガス供給部は、前記触媒部において前記改質反応によって生成された水素を含有する改質ガスが通過する熱交換器を備え、
前記第２の高温ガスは、前記改質ガスの熱を利用して前記熱交換器において昇温させたガスであることとしても良い。
【００１４】
このような構成とすれば、充分に温度が高い改質ガスが熱交換器に供給されるときには、この改質ガスの熱を利用して、燃焼反応を行なうことなく、液体改質原料の気化を行なうことができる。
【００１５】
なお、上記第１の高温ガスおよび／または上記第２の高温ガスは、空気を含有することとしても良い。このような構成とすれば、空気中の酸素を利用して触媒部において酸化反応を進行させることができ、この酸化反応によって、水蒸気改質反応で要する熱を得たり、低温時に暖機を促進することが可能となる。
【００１６】
本発明の第１の燃料改質装置において、さらに、
前記燃料導入室に供給される熱量を反映する情報を取得して、該情報に基づいて、前記燃料導入室内に噴霧したときに気化可能となる前記液体改質原料量を設定する気化可能量設定部と、
前記気化可能量設定部が設定した前記液体改質原料量を噴霧するように、前記噴霧器を制御する噴霧量制御部と
を備えることとしても良い。
【００１７】
このような構成とすれば、噴霧した液体改質原料は良好に気化されて、燃料導入室内で気化されずに滞留してしまうことがない。したがって、噴霧した液体改質原料に対して改質反応の効率が低下してしまうことがない。このような場合に、前記燃料導入室に供給される熱量を反映する前記情報は、前記燃料導入室に供給される前記第１の高温ガスの温度を含むこととしても良い。例えば、前記第１の高温ガスの温度と、前記第１の高温ガスの流量とに関する情報に基づいて、燃料導入室に供給される熱量を算出することができ、算出した熱量に基づいて、この熱量によって気化可能な液体改質原料量を算出することができる
【００１８】
また、本発明の第１の燃料改質装置において、さらに、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器から前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部を備えることとしても良い。
【００１９】
噴霧器において液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力（燃圧）を高くすることで、噴霧した液体改質原料の液滴の粒径をより小さくすることができる。燃料導入室内の温度が低いほど、噴霧した液体改質原料の液滴は気化し難くなるが、この場合には、燃圧を制御して液滴粒径を小さくすることで、液体改質原料の気化を促進することができる。
【００２０】
本発明の第２の燃料改質装置は、改質反応を利用して炭化水素系の改質燃料から水素を生成する燃料改質装置であって、
前記改質燃料および水を供給すると共に、少なくとも前記水の一部を、液体改質原料として噴霧する噴霧器を備える改質原料供給部と、
前記噴霧器から噴霧する前記液体改質原料の気化温度以上に昇温している高温ガスを供給する高温ガス供給部と、
前記改質原料供給部から前記改質燃料および水が供給されると共に、前記高温ガス供給部から前記高温ガスが供給される空間であって、前記噴霧器によって噴霧された前記液体改質原料の気化を進行させる燃料導入室と、
前記燃料導入室を経由した前記改質燃料および水と前記高温ガスとが供給されると共に、前記改質反応を促進する改質触媒を備える触媒部と、
前記燃料導入室内の温度を取得して、該温度に基づいて、前記噴霧器において前記液体改質原料を噴霧する際の前記液体改質原料の圧力を制御する燃圧制御部と
を備えることを要旨とする。
【００２１】
以上のように構成された本発明の第２の燃料改質装置によれば、燃料導入室に噴霧した液体改質原料を、高温ガスの熱を利用して気化させる際に、噴霧器において液体改質原料を噴霧する際の燃圧を高くすることで、噴霧した液体改質原料の液滴粒径をより小さくし、液体改質原料の気化を促進することができる。始動時のように、燃料改質装置の内部温度が低いときには、噴霧した液体改質原料の液滴は気化し難くなるが、このようにして液体改質原料の気化を促進することで、低温時における改質効率を向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料改質装置の運転方法などの形態で実現することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．始動時の動作：
Ｃ．効果：
Ｄ．第２実施例：
Ｅ．第３実施例：
Ｆ．第４実施例：
Ｇ．変形例：
【００２４】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１実施例の燃料改質装置１０を備える燃料電池システム１５の構成の概略を表わすブロック図である。燃料改質装置１０は、噴霧器２０、燃料導入室２２、バーナ３０、蒸発器３１、改質器２４、熱交換器２６、ＣＯ低減部２８および制御部３５を備えている。
【００２５】
噴霧器２０は、改質反応の反応物質として改質器２４に供給するための予混合燃料を、上記燃料導入室２２内に噴射する。予混合燃料とは、液体炭化水素と水とを所定の比で予め混合したものであり、噴霧器２０は、この予混合燃料を、液体微粒子の状態で噴霧するノズルを備えている。さらに、噴霧器２０は、ノズルに供給する予混合燃料を加圧するポンプ（図示せず）を備えると共に、噴霧する予混合燃料量を弁の開閉によって制御可能な電磁ソレノイド弁を備えている。そのため、ノズルから噴霧される予混合燃料量は、上記ポンプが予混合燃料を加圧する圧力（以下、燃圧と呼ぶ）と、上記ソレノイド弁が開弁される時間とによって制御することができる。
【００２６】
燃料導入室２２は、噴霧器２０から予混合燃料が噴霧されると共に、水蒸気および空気が、改質用ガス流路３２を介して供給される空間である（以下、改質用ガス流路３２を介して燃料導入室２２に供給される水蒸気と空気とを合わせて改質用ガスと呼ぶ）。この燃料導入室２２に供給される改質用ガス中の水蒸気は、蒸発器３１において生成される。蒸発器３１は、水を蒸発させて所望量の水蒸気を生成するための装置であり、熱源としては、例えばバーナやヒータなどを用いることができる。蒸発器３１では、上記熱源で発生する熱を利用して気化させる水の量を制御することによって、生成水蒸気量を制御することができる。この蒸発器３１には、蒸発器３１の内部温度を検出するための第２温度センサ３７が設けられている。また、改質用ガス中の空気は、ブロワ３３によって外部から取り込まれ、熱交換器２６からバーナ３０を経て、燃料導入室２２に供給される。バーナ３０は、燃焼反応によって、内部を通過する空気を加熱する。燃焼反応の燃料としては、例えば既述した予混合燃料を用いることができる。あるいは、水と混合していない液体炭化水素など、種々の燃料を用いることが可能である。なお、熱交換器２６とバーナ３０との間に設けられた空気の流路には、熱交換器２６を経由した空気の温度を検出するための第１温度センサ３６が設けられている。熱交換器２６とバーナ３０とを経由した空気と、蒸発器３１で生成された水蒸気とは、改質用ガス流路３２において混合されて、改質用ガスとして燃料導入室２２に供給される。燃料導入室２２では、改質用ガスが有する熱によって、噴霧された予混合燃料が気化すると共に、改質用ガスと予混合燃料とが混合されて混合ガスとなり、この混合ガスは改質器２４に送出される。なお、噴霧された予混合燃料の気化を良好に行なうために、燃料導入室２２内の温度、すなわち燃料導入室２２に供給される改質用ガスの温度は、好ましくは２００℃以上、さらに好ましくは４００℃以上とする。
【００２７】
改質器２４は、改質反応を促進する改質触媒を備えている。改質触媒は、用いる液体炭化水素に応じて適宜選択すればよい。本実施例の改質器２４では、既述したように水蒸気と空気とが供給されるため、改質反応として、水蒸気改質反応および部分酸化反応が進行する。吸熱反応である水蒸気改質反応と発熱反応である部分酸化反応とを行なわせることで、水蒸気改質反応に要する熱の少なくとも一部を部分酸化反応によって供給することができる。改質器２４には、水蒸気改質反応で要する熱を供給するために、ヒータ等の熱源をさらに備えることとしても良く、用いる液体炭化水素および改質触媒に適した所定の温度範囲となるように、改質器２４内の温度は制御される。あるいは、燃料改質装置１０の始動時に改質器２４の暖機を促進するために、ヒータ等の熱源をさらに備えることとしても良い。本明細書では、改質器２４で生成された水素を含有するガスを改質ガスと称する。
【００２８】
図２は、本実施例の燃料導入室２２およびこれに接続する改質器２４の構成を、より詳しく断面の様子として示す説明図である。本実施例では、燃料導入室２２と改質器２４とは、それぞれ略円柱状に形成されている。そして、断面直径がより大きな円柱として形成される燃料導入室２２と、断面直径がより小さな円柱として形成される改質器２４とを直列に接続させた形状として、両者は一体で形成されている。改質用ガス流路３２燃料導入室２２内に導入された高温の改質用ガスは、燃料導入室２２内で、円柱内壁面に沿って旋回流を形成する。そして、噴霧器２０から噴霧される予混合燃料は、この旋回流を形成する改質用ガスと混ざり合いながら気化する。このように高温の改質用ガスが旋回流を形成することで、予混合燃料の気化がより促進される。燃料導入室２２と改質器２４との間には、隔壁２３ａが設けられている。隔壁２３ａは、燃料導入室２２側に凸となる円錐壁面状に形成されており、その中央部（頭頂部）には連通穴２３ｂが形成されている。燃料導入室２２内で気化した予混合燃料と改質用ガスとが混合された混合ガスは、連通穴２３ｂを介して改質器２４へ導入される。改質器２４は、内部に改質触媒２５を備えており、改質触媒２５は、ハニカム担体上に担持させたりペレット状に形成するなど種々の形状とすることができる。図２では、ハニカム担体を用いて形成した改質触媒２５を示している。混合ガスが改質器２４に供給されると、改質触媒上で改質反応が進行し、生じた改質ガスは熱交換器へと排出される。
【００２９】
なお、燃料導入室２２および改質器２４の構成は、図２以外の異なる構成としても良い。例えば、実施例のように燃料導入室２２と改質器２４との間を隔壁２３ａによって分離する構成に代えて、隔壁で隔てることなく両者を一体で形成することとしても良い。改質触媒２５の上流側に、予混合燃料を噴霧しつつ高温ガスと混合するための空間が設けられていればよい
【００３０】
熱交換器２６は、既述したブロワ３３が取り込んだ空気と、改質器２４から排出された改質ガスとを熱交換させるための装置である。ブロワ３３が取り込んだ空気は、熱交換によって、改質ガス温度に応じた温度に加熱される。また、改質ガスは、熱交換によって降温し、ＣＯ低減部２８に供給される。一般に、改質器２４における反応温度は、ＣＯ低減部２８における反応温度よりも高く、熱交換器２６を経由することによって改質ガスは、ＣＯ低減部２８における反応に適した温度となる。
【００３１】
ＣＯ低減部２８は、改質器２４から供給された改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる装置である。このように、改質ガスを燃料電池１７に供給するのに先立って、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減することによって、燃料電池１７の触媒が被毒して電池性能が低下するのを防止している。ＣＯ低減部２８は、一酸化炭素と水蒸気とから二酸化炭素と水素とを生じるシフト反応や、水素に優先して一酸化炭素を酸化する選択酸化反応を、促進する触媒を備えることとしても良い。あるいは、ＣＯ低減部２８は、例えばパラジウム等を含有する水素分離膜を用いて、水素を選択的に抽出する装置とすることも可能である。
【００３２】
ＣＯ低減部２８で一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、燃料ガスとして燃料電池１７のアノードに供給される。さらに燃料電池１７のカソードには、酸化ガスとして空気がブロワ３４から供給されて、燃料電池１７において電気化学反応が進行する。
【００３３】
制御部３５は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭ、あるいは、各種信号を入出力する入出力ポートを備える。制御部３５は、燃料電池システム１５が備える各種センサからの検出信号を入力すると共に、既述した噴霧器２０やブロワ３３などに駆動信号を出力する。このように制御部３５は、燃料改質装置１０を備える燃料電池システム１５全体の運転状態を制御する。
【００３４】
なお、本実施例の燃料改質装置１０は、燃料電池１７に対して水素を供給することとしたが、燃料改質装置が生成した水素を、異なる種類の水素消費装置に供給することとしても良い。
【００３５】
Ｂ．始動時の動作：
図３は、燃料改質装置１０の始動時に、制御部３５において実行される始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００３６】
燃料改質装置１０の始動が指示されて、本ルーチンが実行されると、制御部３５は、バーナ３０およびブロワ３３を起動すると共に、噴霧器２０からの予混合燃料の噴霧を開始させて、さらに蒸発器３２の暖機を開始させる（ステップＳ１００）。バーナ３０およびブロワ３３を起動することで、起動後直ちに、高温の空気が燃料導入室２２に供給され始める。また、このとき、噴霧器２０からの予混合燃料の噴霧を開始させることで、燃料導入室２２において、上記高温の空気を用いて、噴霧した予混合燃料の気化が開始される。これにより、気化した予混合燃料と高温の空気との混合ガスが、改質器２４に供給され始める。予混合燃料は、液体炭化水素と水とを所定の比で予め混合したものであるため、改質器２４では、予混合燃料が含有する水を利用した水蒸気改質反応と、高温の空気中の酸素を利用した酸化反応とが開始される。なお、改質器２４が、暖機を促進するためにヒータなどの熱源を備えているときには、この熱源も同時に駆動することとすればよい。
【００３７】
また、このとき蒸発器３２の暖機も開始されるが、始動直後であって蒸発器３２の暖機が不十分であるときには、燃料導入室２２に対して水蒸気を供給することができない。ここで、蒸発器３１は、既述したように、内部温度を検出するための第２温度センサ３７を備えている。この検出温度に基づいて、蒸発器３１の内部温度が所定の温度以上となる定常状態に達したと判断されると、燃料導入室２２に対して水蒸気の供給が開始される。
【００３８】
ステップＳ１００を実行すると、次に、制御部３５は、熱交換器２６を経由した空気の温度Ｔ１  を、第１温度センサ３６から取得する（ステップＳ１１０）。その後さらに制御部３５は、ステップＳ１１０で取得した空気の温度Ｔ１  と、予め設定した基準温度ＴＡ  とを比較する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１００を実行することによって、上記したように改質器２４では改質反応が開始されると共に、改質器２４の暖機が進行するようになる。改質器２４の暖機が進行するにつれて、改質器２４から排出される改質ガスの温度も上昇し、さらに、熱交換器２６を経由して改質ガスと熱交換した空気の温度も上昇する。上記基準温度ＴＡ  は、燃料導入室２２に噴霧された予混合燃料を充分に気化可能となるときの空気の温度として予め設定し、制御部３５に記憶しておいたものである。ステップＳ１２０では、熱交換器２６を経由した空気が、バーナ３０によってさらに加熱をしなくても、予混合燃料を充分に気化・昇温させることができる温度に達しているか否かを判断している。
【００３９】
ステップＳ１２０において、空気の温度Ｔ１  が基準温度ＴＡ  に達していないと判断されたときには、再びステップＳ１１０に戻る。このようにして、熱交換器２６を経由した空気の温度Ｔ１  が基準温度ＴＡ  以上となるまで、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０の動作を繰り返す。
【００４０】
ステップＳ１２０において、空気の温度Ｔ１  が基準温度ＴＡ  以上になったと判断すると、制御部３５は、バーナ３０を停止して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。本ルーチン終了後は、燃料導入室２２に供給される空気においては、熱交換器２６を通過する改質ガスによる加熱は行なわれるが、バーナ３０による加熱の動作は停止される。
【００４１】
Ｃ．効果：
以上のように構成された本実施例の燃料改質装置１０によれば、燃料改質装置１０の起動時には、バーナ３０を用いて加熱した空気を燃料導入室２２に供給するため、起動時に直ちに予混合燃料を充分に気化させることが可能となる。予混合燃料を、高温の空気中に噴霧することで直ちに気化させるため、噴霧した予混合燃料が燃料導入室２２の壁面などに付着して気化することなく燃料導入室２２内に残留してしまうのを防止することができる。このように、起動後直ちに予混合燃料を気化・昇温させて、改質反応を開始させることができるため、起動時に、改質器２４に供給される気化した予混合燃料の量が不十分であることに起因して改質反応効率が低下してしまうことがない。
【００４２】
なお、改質器２４の暖機が終了して、改質ガスの有する熱によって、燃料導入室２２に供給する空気を充分に加熱可能となった後には、バーナ３０を停止させるため、改質器２４の暖機後にバーナ３０を用いることに起因してシステム全体のエネルギ効率が低下してしまうことがない。
【００４３】
また、本実施例では、ブロワ３３によって取り込まれた空気は、熱交換器２６からバーナ３０を経て、燃料導入室２２に供給される。このように、バーナ３０を熱交換器２６の下流側に配設しているため、始動時にバーナ３０を用いて空気を加熱する際に、熱交換器２６によって熱が奪われることがなく、バーナ３０が空気に与えた熱を効率よく予混合燃料の気化に用いることができる。
【００４４】
なお、本実施例では、始動時に燃料導入室２２に供給する空気を加熱するためにバーナ３０を用いたが、異なる加熱装置を用いても良い。燃料反応を行ない、燃焼反応で生じる熱によって加熱する装置であれば、始動時に速やかに空気の加熱を行ない、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
本実施例では、燃料導入室２２に対して予混合燃料を噴霧するため、この予混合燃料における液体炭化水素と水との比を適宜調節しておくことで、始動時から、所望の割合で水と混合した改質燃料を用いて改質反応を進行させることが可能となる。一般に、水は、液体炭化水素に比べて蒸発速度係数が小さく、蒸発しにくいという性質を有しているため、特に起動時などの低温時には、液体炭化水素と水とが所望の割合で混合された混合ガスを得ることが困難である。しかしながら、本実施例では、液体炭化水素と水とを予め所定の割合で混合した予混合燃料を、高温ガスが供給される空間中に噴霧するため、改質燃料と水とが所定の割合（予混合燃料における混合比）で混合された混合ガスを容易に得ることができる。また、このように充分量の水蒸気を含有する高温の混合ガスを速やかに改質反応に供することが可能となることで、直ちに高い活性で水蒸気改質反応を開始することができ、充分量の水素をより早く得ることが可能となる。なお、予混合燃料における水の混合割合は、例えば全体の１０〜５０％とすることができる。
【００４６】
さらに、本実施例の燃料改質装置１０は、蒸発器３１を備えているため、蒸発器３１の暖機が終了した後には、改質反応に供する水蒸気量を蒸発器３１を用いて任意の量に制御することが可能となる。これにより、改質器２４における改質反応の効率をより高くすることができる。例えば、始動時に改質器２４の温度が充分に昇温していないときに、酸化反応をより活発に進行させて改質器２４の暖機を促進するために、予混合燃料における水の割合は、水蒸気改質反応の効率が最高となるときの割合よりも小さく設定する場合がある。このような場合であっても、蒸発器３１を用いることで、暖機終了後には、水蒸気改質反応の効率がより高くなるように、改質反応に供する水蒸気量を調節することができる。
【００４７】
Ｄ．第２実施例：
図４は、第２実施例の燃料改質装置１１０を備える燃料電池システム１１５の構成の概略を表わすブロック図である。第２実施例の燃料電池システム１１５は、第１実施例の燃料電池システム１５と類似する構成を有しているため、共通する構成要素には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。
【００４８】
第２実施例の燃料改質装置１１０では、ブロワ３３から取り込まれた空気の流路は、熱交換器２６を経由する流路と、バーナ３０を経由する流路とに分岐している。空気の流路が分岐する分岐部には、制御部３５によって制御される流路切り替え弁３９が設けられており、ブロワ３３から取り込まれた空気がいずれの流路を経由するかを制御可能となっている。熱交換器２６を経由する流路とバーナ３０を経由する流路とは、合流して改質用ガス流路３２に接続している。これにより、熱交換器２６とバーナ３０とのいずれかを経由して加熱された空気は、蒸発器３１から供給される水蒸気と混合されて、燃料導入室２２に供給可能となっている。また、燃料改質装置１１０では、熱交換器２６において、内部の温度を検出する第３温度センサ１３６が設けられている。
【００４９】
図５は、第２実施例の燃料改質装置１１０の始動時に、制御部３５において実行される始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００５０】
燃料改質装置１１０の始動が指示されて、本ルーチンが実行されると、制御部３５は、まず、切り替え弁３９に対して駆動信号を出力し、ブロワ３３が取り込んだ空気の流路を、バーナ３０を経由する流路側に切り替える（ステップＳ２００）。これは、後述するように、本ルーチンを終了するときには通常は、熱交換器２６を経由する側に空気の流路が切り替わっているためである。また、制御部３５は、バーナ３０およびブロワ３３を起動すると共に、噴霧器２０からの予混合燃料の噴霧を開始させ、さらに蒸発器３２の暖機を開始させる（ステップＳ２１０）。これは、図３におけるステップＳ１００と同様の工程である。これによって、起動後直ちに、バーナ３０によって加熱された高温の空気が燃料導入室２２に供給され始め、この高温の空気を用いて、噴霧した予混合燃料の気化が開始される。また、気化した予混合燃料が供給されるのに伴い、改質器２４では改質反応が開始されると共に、改質器２４が次第に暖機される。
【００５１】
ステップＳ２１０を実行すると、次に、制御部３５は、熱交換器２６の内部温度Ｔ３  を、第３温度センサ１３６から取得する（ステップＳ２２０）。その後さらに制御部３５は、ステップＳ２２０で取得した熱交換器２６の内部温度Ｔ３  と、予め設定した基準温度ＴＴ  とを比較する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２１０を実行して、改質器２４の暖機が進行すると、改質器２４から改質ガスの供給を受ける熱交換器２６も次第に昇温する。上記基準温度ＴＴ  は、燃料導入室２２に噴霧された予混合燃料を充分に気化させることができる程度にまで空気を加熱可能となるときの熱交換器２６の内部温度として予め設定し、制御部３５に記憶しておいたものである。
【００５２】
ステップＳ２３０において、熱交換器２６の内部温度Ｔ３  が基準温度ＴＴ  に達していないと判断されたときには、再びステップＳ２２０に戻る。このようにして、熱交換器２６の内部温度Ｔ３  が基準温度ＴＴ  以上となるまで、ステップＳ２２０およびステップＳ２３０の動作を繰り返す。
【００５３】
ステップＳ２３０において、熱交換器２６の内部温度Ｔ３  が基準温度ＴＴ  以上になったと判断すると、制御部３５は、空気の流路を、熱交換器２６を経由する側となるように切り替えると共に、バーナ３０を停止して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。本ルーチン終了後は、燃料導入室２２に供給するための空気は、バーナ３０を経由することなく熱交換器２６を経由して、加熱される。
【００５４】
第２実施例の燃料改質装置によれば、第１実施例の燃料改質装置と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
Ｅ．第３実施例：
以下に説明する第３実施例では、第１実施例と同様の燃料改質装置１０において、始動時に第１実施例と同様の制御を行なう際に、改質用ガスの温度に応じて予混合燃料の噴霧量を調節する制御をさらに行なっている。第３実施例の燃料改質装置において、第１実施例の燃料改質装置１０と対応する構成要素には同じ参照番号を付すこととして、図１および図２に即して第３実施例の説明を行なう。
【００５６】
第３実施例の燃料改質装置１０では、改質用ガスの温度を検出するために、改質用ガス流路３２において燃料導入室２２との接続部の近傍に設けた第４温度センサ３８を用いている（図２参照）。本実施例では、予混合燃料が気化する際に燃料導入室２２に供給される熱量を反映する情報として、この第４温度センサ３８の検出値を利用している。図６は、第３実施例の燃料改質装置１０の始動時に、制御部３５で繰り返し実行される噴霧量制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００５７】
本ルーチンが実行されると、制御部３５は、まず、改質用ガス（始動直後にはブロワ３３が取り込んだ空気）の温度Ｔ４  を、第４温度センサ３８から取得する（ステップＳ３００）。次に、制御部３５は、改質用ガス流路３２から燃料導入室２２に供給される改質用ガスの流量を取得する（ステップＳ３１０）。燃料導入室２２に供給される改質用ガスの流量は、例えば改質用ガス流路３２に流量センサを設けてガス流量を直接検出することとすればよい。あるいは、ブロワ３３の駆動量から求められる空気量と、蒸発器３１における水蒸気の生成量（蒸発器３１に供給される水の量）との合計量に基づいて、改質用ガス流量を算出することとしても良い。
【００５８】
その後、ステップＳ３００で取得した改質用ガス温度Ｔ４  と、ステップＳ３１０で取得した改質用ガス流量とに基づいて、両者の積として、燃料導入室２２に供給される熱量を算出する（ステップＳ３２０）。ここで、本実施例の燃料改質装置１０が備える制御部３５は、予混合燃料の気化熱を予め記憶しており、この気化熱と、上記燃料導入室２２に供給される熱量とに基づいて、燃料導入室２２に噴霧すべき予混合燃料量を設定する（ステップＳ３３０）。噴霧すべき予混合燃料量としては、例えば、燃料導入室２２におけるエネルギ損失等を考慮して、燃料導入室２２に供給される熱量によって気化可能な予混合燃料量の最大値を求めることとすればよい。なお、気化可能な予混合燃料量は、噴霧される予混合燃料の温度によっても変化するため、予混合燃料温度が変化する可能性がある場合には、予混合燃料の温度を測定して、この値に基づいて上記噴霧すべき予混合燃料量を補正すればよい。その後制御部３５は、ステップＳ３３０で設定した量の予混合燃料が噴霧されるように噴霧器２０に駆動信号を出力して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。
【００５９】
第３実施例によれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに以下のような効果を奏する。すなわち、燃料改質装置１０の始動時に、燃料導入室２２に供給される熱量を反映する情報に基づいて、気化可能な量の予混合燃料を噴霧することで、予混合燃料の一部が燃料導入室２２内に滞留してしまうことなく予混合燃料の気化を行ない、効率よく改質反応を開始することができる。
【００６０】
上記第３実施例では、燃料導入室２２に供給される熱量をその都度算出しているが、異なる構成としても良い。例えば、改質用ガス温度Ｔ４  および改質用ガス流量と、噴霧すべき予混合燃料量との関係を予めマップとして制御部３５に記憶し、このマップを参照して噴霧量を設定することとしても良い。また、ブロワ３３が取り込む空気量や、蒸発器３１から供給される水蒸気量が一定になる運転状態となることがある場合には、改質用ガス量温度Ｔ４  だけに基づいて噴霧する予混合燃料量を設定できるように、マップを用意することも可能である。
【００６１】
上記第３実施例では、改質用ガスの温度を直接測定することで、燃料導入室２２に供給される熱量の変化を求めているが、異なる構成とすることもできる。燃料改質装置１０を始動した後は、改質用ガス流路３２から燃料導入室２２に供給されるガスの温度が急激に低下するときがある。例えば、蒸発器３１の暖機が進行して、蒸発器３１から改質用ガス流路３２に対して水蒸気の供給が開始されるときや、熱交換器２６の暖機が終了して、空気を加熱する熱源が熱交換器２６に変更されたときである。このような場合に、改質用ガス流路３２内のガス温度が実際に低下するのを検出するのに先立って、蒸発器３１からの水蒸気供給の開始や、空気を加熱する熱源の切り替えの指示信号に基づいて、予混合燃料の噴霧量を直ちに減少させる補正をするならば、遅れなく噴霧量制御を行なうことができる。
【００６２】
また、第３実施例に示した制御を行なう際に、改質用ガス流路３２内のガス温度に加えて、さらに、燃料導入室２２に供給される水蒸気量を考慮して、予混合燃料の噴霧量を定めることとしても良い。予混合燃料は水を含有しているが、燃料導入室２２内の水蒸気濃度が高いほど、燃料導入室２２内に噴霧された水は気化しにくくなる。また、気化が進行する雰囲気中に存在する気体分子の分子量が小さいほど、噴霧された液体は拡散しやすくなって気化が促進されると言われているため、空気の主成分である窒素分子よりも分子量の小さな水分子から成る水蒸気の濃度が高いほど、噴霧された予混合燃料は気化し易くなると考えられる。このような水蒸気濃度が気化に与える影響の程度は、予混合燃料中の水の割合や、予混合燃料中の液体炭化水素の種類や、燃料導入室２２内で噴霧された予混合燃料と改質用ガスとが混合されるときの状態などによっても異なってくる。そのため、燃料改質装置１０において実際に用いる予混合燃料に応じて、水蒸気濃度が気化し易さに与える影響について予め実験的に調べて制御部３５に記憶しておき、その結果を参照して、噴霧すべき予混合燃料量を補正することとしてもよい。
【００６３】
なお、燃料導入室２２に供給される熱量に基づいて予混合燃料の噴霧量を適切に制御することによる効果は、始動時だけでなく暖機運転終了後の定常運転時にも同様に得られる。また、上記第３実施例は、第１実施例の燃料改質装置１０に基づいて説明したが、第２実施例の燃料改質装置１１０において同様の制御を行なうこととしても良い。
【００６４】
Ｆ．第４実施例：
以下に説明する第４実施例では、第１実施例と同様の燃料改質装置１０において、始動時に第１実施例と同様の制御を行なう際に、予混合燃料を噴霧する際の噴霧器２０における燃圧をより高く設定する制御をさらに行なっている。図７は、第４実施例の燃料改質装置１０の始動時に、制御部３５で実行される燃圧制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【００６５】
本ルーチンが実行されると、制御部３５は、まず、噴霧器２０における燃圧が、予め設定した始動時燃圧ＰＳ  となるように、噴霧器２０において予混合燃料を加圧しているポンプを駆動する（ステップＳ４００）。燃料改質装置１０の始動時には、図１に示した始動時処理ルーチンも実行されており、上記ステップＳ４００を実行することで、図１のステップＳ１００において予混合燃料の噴霧を開始する際には、燃圧が始動時燃圧ＰＳ  に設定されている予混合燃料が、噴霧器２０から噴霧される。
【００６６】
次に、制御部３５は、燃料改質装置１０における暖機運転が終了しているかどうかを判断する（ステップＳ４１０）。暖機運転が終了しているかどうかは、例えば、図１に示した始動時処理ルーチンが終了しているかどうかによって判断することができる。制御部３５は、暖機運転が終了したと判断されるまでステップＳ４１０の処理を繰り返す。その後、暖機運転が終了したと判断されると、制御部３５は、噴霧器２０における燃圧が、予め設定した定常運転時燃圧ＰＲ  となるように上記ポンプを駆動して（ステップＳ４３０）、本ルーチンを終了する。
【００６７】
ここで、始動時燃圧ＰＳ  は、定常運転時燃圧ＰＲ  よりも高く設定されており、これによって、噴霧される予混合燃料の液滴の粒径を、始動時にはより小さくすることができる。始動時燃圧ＰＳ  は、例えば、燃圧が始動時燃圧ＰＳ  であるときに噴霧される予混合燃料の液滴の平均粒径（ザウタ平均粒径、ＳＭＤ）が、好ましくは８０μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以下となるように、設定すればよい。
【００６８】
以上のように構成された第４実施例の燃料改質装置１０によれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに以下のような効果を奏する。すなわち、燃圧を制御して、始動時における噴霧した予混合燃料の液滴粒径をより小さくすることで、暖機終了前の始動時における予混合燃料の気化を促進し、より早く改質反応を開始することが可能となる。ここで、暖機運転が終了したときには、予混合燃料の気化が支障無く行なわれる範囲で燃圧をより低く設定し直すため、定常運転時に燃圧を高くするためにポンプにおいて消費されるエネルギを削減することができる。
【００６９】
なお、第４実施例のように、始動時や定常運転時において燃圧を所定値に固定する場合には、燃料導入室２２に噴霧する予混合燃料量は、噴霧器２０における開弁時間によって調節すればよい。
【００７０】
あるいは、始動時も、定常運転時も、開弁時間に加えてさらに燃圧を調節することも可能である。この場合にも、始動時に燃圧をより高く設定し、定常運転時における燃圧の上限をより低く設定することで、始動時には予混合燃料の液滴粒径をより小さくして気化を促進すると共に、定常運転時のエネルギ消費を抑える同様の効果が得られる。
【００７１】
噴霧した予混合燃料の液滴を微粒化する効果は、燃圧を高める他に、噴霧器２０が備えるノズルに形成される噴孔径をより小さくすることによっても得られる。あるいは、予混合燃料に対して、予混合燃料の表面張力をより小さくする働きを有する添加剤をさらに加え、予混合燃料の表面張力をより小さくすることによっても、噴霧した予混合燃料の液滴粒径を小さくすることができる。これらの方法は、始動時か否かに関わらず、噴霧した予混合燃料を微粒化する効果が得られる。このような構成を本実施例に適用することで、始動時の燃圧を定常運転時に比べてより高くする程度を抑えても、所望の粒径を容易に実現可能となる。
【００７２】
なお、予混合燃料の噴霧する際の燃圧を制御することによる効果は、始動時だけでなく暖機運転終了後の定常運転時にも同様に得られる。また、上記第４実施例は、第１実施例の燃料改質装置１０に基づいて説明したが、第２実施例の燃料改質装置１１０において同様の制御を行なうこととしても良い。
【００７３】
Ｇ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７４】
Ｇ１．変形例１：
第１ないし第４実施例では、燃料改質装置の始動時に、バーナ３０による燃焼反応で生じた熱を用いて空気の加熱を行ない、予混合燃料の気化を促進することとしたが、異なる構成としても良い。始動時に限らず、熱交換器２６の温度が低下して、熱交換器２６を経由しても空気を充分に昇温させることができないときには、燃焼反応を利用した空気の加熱を行なうこととすればよい。例えば、図１の燃料改質装置１０が備える第１温度センサ３６が検出する空気の温度Ｔ１  が所定の値以下となったときには、バーナ３０を起動すればよい。あるいは、図４の燃料改質装置１１０が備える第３温度センサ１３６が検出する熱交換器２６の内部温度Ｔ３  が、所定の値以下となったときには、バーナ３０を起動すると共に、切り替え弁３９を切り替えて、バーナ３０を経由した空気を燃料導入室２２に供給すればよい。これにより、熱交換器２６の温度が低下しているときには、始動時であるか否かに関わらず、充分に予混合燃料を気化させて改質効率を確保する効果を得ることができる。
【００７５】
Ｇ２．変形例２：
第１ないし第４実施例では、燃料導入室２２に対して、液体炭化水素と水とを混合した予混合燃料を噴霧しているが、この液体炭化水素としては、改質反応により水素を生成可能となる種々のものを用いることができる。ここで、ガソリンなど疎水性の液体炭化水素を用いる場合には、予混合燃料に所定の乳化剤を添加して全体をエマルション化し、液体炭化水素と水とが均一に混合された状態を長く維持可能とすることが望ましい。あるいは、炭化水素以外に、メタノール等のアルコールやアルデヒドなどを含有する種々の炭化水素系の液体燃料を、改質燃料として同様に用いることができる。
【００７６】
Ｇ３．変形例３：
あるいは、改質反応による水素を生成するための改質燃料として、炭化水素系の液体燃料に代えて、気体燃料を用いることとしても良い。例えば、メタンを含有する天然ガスを、燃料導入室に供給することとしても良い。この場合には、噴霧器２０からは、液体改質原料として水だけを噴霧し、高温の空気が供給される燃料導入室２２内で噴霧した水を気化させ、気化した水蒸気と上記気体の改質燃料とを、この燃料導入室２２内で混合させて改質器２４に供給すればよい。このような構成とすれば、始動時などの熱交換器２６の温度低下時には、燃焼反応の熱を利用して水を充分に気化させることにより、改質反応の効率の低下を防止するという同様の効果を得ることができる。改質燃料が液体であっても気体であっても、改質燃料と水とを燃料導入室に供給する際に、少なくとも供給すべき水の一部を含む液体改質原料が、噴霧器２０によって噴霧されるならば、同様の効果が得られる。
【００７７】
Ｇ４．変形例４：
第１ないし第４実施例では、改質器２４や熱交換器２６の暖機が終了した後には、熱交換器２６において加熱した空気を用いて、燃料導入室２２に噴霧した液体改質原料の気化を行なうこととしたが、暖機終了後の定常運転時に充分な熱を得ることができれば、異なる熱源を用いることとしても良い。例えば、暖機運転後に蒸発器３１で生成される水蒸気が、燃料導入室２２に供給するための空気を加熱する熱源として充分な温度を有しており、定常運転時には空気を加熱するのに充分量の水蒸気が空気に混合される場合には、蒸発器３１で生成される水蒸気を熱源とすることができる。少なくとも、始動時に、燃焼反応で得られる熱を利用して加熱したガスを用いて液体改質原料の気化を行なうことで、始動時に直ちに液体改質原料を支障なく気化可能にとなるという同様の効果を得ることができる。
【００７８】
Ｇ５．変形例５：
第１ないし第４実施例では、改質反応に供する空気は、全量を改質用ガス流路３２を介して供給したが、異なる構成としても良い。例えば、噴霧器２０が２流体ノズルを備えることとし、液体改質原料を噴霧するためのアシストガスとして、改質器２４に供給すべき空気の一部を用いることとしても良い。
【００７９】
Ｇ６．変形例６：
また、第１ないし第４実施例では、燃料導入室２２に噴霧した液体改質原料を気化するために、燃料導入室２２に供給するガスとして高温の空気を用いたが、他種のガスを用いることとしても良い。実施例のように、ブロワ３３によって取り込んだ空気をそのまま燃料導入室内に供給する場合には、改質器２４に供給する酸素量をブロワ３３の駆動量によって容易に制御可能となって望ましい。しかしながら、例えば、ブロワ３３によって取り込んだ空気中に、燃焼反応で生じた燃焼ガスを直接吹き込んで空気を加熱し、この空気と燃焼ガスとの混合ガスを燃料導入室２２に供給する構成も可能である。燃焼反応を利用して加熱して燃料導入室２２に供給するガス中には、例えば、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、酸素、水素が混合していても差し支えなく、これらを含有する種々のガスを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の燃料改質装置１０を備える燃料電池システム１５の構成の概略を表わすブロック図である。
【図２】燃料導入室２２および改質器２４の構成を、断面の様子として示す説明図である。
【図３】始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図４】第２実施例の燃料改質装置１１０を備える燃料電池システム１１５の構成の概略を表わすブロック図である。
【図５】始動時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図６】噴霧量制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図７】燃圧制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１１０…燃料改質装置
１５，１１５…燃料電池システム
１７…燃料電池
２０…噴霧器
２２…燃料導入室
２３ａ…隔壁
２３ｂ…連通穴
２４…改質器
２５…改質触媒
２６…熱交換器
２８…ＣＯ低減部
３０…バーナ
３１…蒸発器
３２…改質用ガス流路
３３，３４…ブロワ
３５…制御部
３６…第１温度センサ
３７…第２温度センサ
３８…第４温度センサ
３９…切り替え弁
１３６…第３温度センサ
【図１】
2004315304.tif 000003
【図２】
2004315304.tif 000004
【図３】
2004315304.tif 000005
【図４】
2004315304.tif 000006
【図５】
2004315304.tif 000007
【図６】
2004315304.tif 000008
【図７】
2004315304.tif 000009