改質器
【課題】改質率を高くし得る改質器を提供する。
【解決手段】炭化水素系化合物を含む原料ガスから水素を含む改質ガスへ改質する改質器１であって、原料ガスを改質するための触媒が担持された平板２と、原料ガスを改質するための触媒が担持されかつ複数の孔３ｄが形成された波板３を有する。平板２と波板３が重ね合わせられて巻き回される。原料ガス及び／又は改質ガスが平板２と波板３の巻き回し中心側に供給可能な入口５ｅと、平板２と波板３の巻き回しの外周側において排出可能な出口６ｅとを有する。
【解決手段】炭化水素系化合物を含む原料ガスから水素を含む改質ガスへ改質する改質器１であって、原料ガスを改質するための触媒が担持された平板２と、原料ガスを改質するための触媒が担持されかつ複数の孔３ｄが形成された波板３を有する。平板２と波板３が重ね合わせられて巻き回される。原料ガス及び／又は改質ガスが平板２と波板３の巻き回し中心側に供給可能な入口５ｅと、平板２と波板３の巻き回しの外周側において排出可能な出口６ｅとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系化合物を含む原料ガスから水素を含む改質ガスへ改質する改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質器は、原料ガスから水素を改質し、改質した水素を例えば燃料電池などに供給し、水素が燃料電池の燃料として利用される。改質器は、例えばハニカム構造の本体を有しており、本体内の通路の内壁面に触媒が担持されている。ハニカム構造を簡易に形成し得る構造として、従来、特許文献１〜３に記載の構造が知られている。この構造は、改質器ではないが、触媒が担持された平板と波板を重ね合わせて巻き回すことで形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２４７１６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６８００号公報
【特許文献３】特開平６−２５４４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらハニカム構造の場合、平板と波板によって軸方向に延出する流路が複数形成され、この流路に沿ってガスが軸方向に流されている。特許文献３の構造によると、平板と波板に孔が形成されている。しかし、この孔はガスが触媒によって化学反応した際に生じた水を排出しやすくするためのものであって、ガスは軸方向に流される。そのためガスが触媒に接することができる経路が比較的短く、改質器において十分な改質率（水素取得率）を得ることが容易でない。そこで本発明は、改質率を高くし得る改質器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】
【０００５】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える改質器であることを特徴とする。請求項１に記載の発明によると、改質器は、原料ガスを改質するための触媒が担持された平板と、原料ガスを改質するための触媒が担持されかつ複数の孔が形成された波板を有している。平板と波板が重ね合わせられて巻き回される。原料ガス及び／又は改質ガスが平板と波板の巻き回し中心側から供給可能な入口と、平板と波板の巻き回しの外周側において排出可能な出口とを有している。
【０００６】
したがって、ガス（原料ガス及び／又は改質ガス）は、波板に形成された孔を通ることで平板に沿って渦巻き状に流れる。渦巻き状に流れるガスは、その流れに対面する波板に当りやすく、波板に当ることで改質されやすい。またガスは、孔を通過する際に拡散と混合がなされ、未反応である原料ガスが平板または波板に担持された触媒に接触しやすい。これにより原料ガスが改質ガスに改質されやすい。また改質器は、平板と波板が重ね合わせられて巻き回されることでハニカム構造が構成される。そのため、ハニカム構造は比較的容易に形成され得る。
【０００７】
請求項２に記載の発明によると、平板に孔が形成されている。したがって、平板の孔によって改質器における圧力損失を小さくすることができる。また平板の孔によってガスがショートカットして径方向外方に排出され得るため、改質器の流路内のガス流速を遅くし得る。これにより、ガスの供給量が多い場合等においてガス流速を好適な速度にし得る。例えば、改質に必要な熱の需要と供給のバランスを考慮したガス流速に設定することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明によると、熱供給体を有しており、熱供給体の周りに平板と波板が巻き回されている。したがって、熱供給体を軸中心として平板と波板が容易に巻き回され得る。また熱は、平板と波板の巻き回しの軸中心側から外周側に伝わる。そのため、熱供給体が平板の巻き回しの外周側に設けられる場合等に比べて、熱が改質器の外部に放出される量が少なくなり、熱効率が高くなる。
【０００９】
また熱供給体が軸中心側に位置するために、平板と波板の温度は、熱供給体に近い軸中心側において高く、外周側で低い。これに対してガスを改質するために必要な熱量は、原料ガスの濃度が高い軸中心側で高く、原料ガスの濃度が低い外周側で低い。そのため、熱の需要と供給のバランスが近似し、熱が効率良く原料ガスの改質に利用され得る。
【００１０】
請求項４に記載の発明によると、平板と波板は、それぞれ複数枚から構成され、平板と波板が交互に重ね合わせられて巻き回され、平板と波板が熱供給体から延出している。したがって熱は、熱供給体から各平板と各波板に沿って外周側へ伝わる。そのため、平板と波板を各一つ有する場合に比べて、熱が軸中心側から外周側へ伝わりやすい。これにより外周側の温度が高くなり、改質率が向上され得る。また、ガスの流れる流路長を短く出来るため、圧損を低減したり、ガス流速を調整したりすることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明によると、平板と波板の巻き回しの軸方向の第一の端部に第一の端部を覆う第一の蓋が設けられており、第一の端部と反対側に位置する平板と波板の巻き回しの軸方向の第二の端部に第二の端部を覆う第二の蓋が設けられている。第一の蓋には、平板と波板の巻き回しの中心側で開口する入口が設けられ、第二の蓋には、平板と波板の巻き回しの外周側で開口する出口が設けられている。したがって、ガスは、第一と第二の蓋によって平板と波板に対して軸方向に貫通することが規制されて、平板に沿って渦巻き状に流れ得る。そして渦巻き状に流れるガスは、その流れに対面する波板に当りやすく、波板に当ることで改質されやすい。またガスは、平板に形成された孔を通過する際に拡散と混合がなされ、未反応である原料ガスが平板または波板に担持された触媒に接触しやすい。これにより原料ガスが改質ガスに改質されやすい。そして改質ガスを含むガスが第二の蓋に形成された出口から排出される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の改質器によれば、未反応である原料ガスが平板または波板に担持された触媒に接触しやすくなり、原料ガスは改質ガスへ改質されやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】改質器の概略斜視図である。
【図３】改質器の一部斜視図である。
【図４】改質器の一部分解斜視図である。
【図５】ガス流れを示す図である。
【図６】他の実施の形態にかかる改質器の一部分解斜視図である。
【図７】他の実施の形態にかかるガス流れを示す図である。
【図８】他の実施の形態にかかる改質器の一部上面図である。
【図９】他の実施の形態にかかる改質器の一部上面図である。
【図１０】図９のＸ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一つの実施の形態を図１〜６にしたがって説明する。図１に示すように燃料電池システム１０は、原燃料タンク１２、水タンク１３、気化器１４、改質器１、燃料電池１１および制御装置１６を有している。原燃料タンク１２には、炭化水素系燃料であるメタノールなどの原燃料が貯蔵される。水タンク１３には、改質反応に供する水が貯留される。原燃料と水は、ポンプ１７，１８によって原燃料タンク１２と水タンク１３から吸い上げられ、混合された状態で気化器１４に供給される。
【００１５】
気化器１４は、原燃料と水の混合物を気化しかつ所定の温度に昇温する。気化器１４は、バーナ１４ａを有しており、バーナ１４ａは、原燃料タンク１２からポンプ１９によって供給されたメタノールを燃焼すること、もしくは、（図１の点線で示すように）燃料電池で未反応の水素ガス（オフガス）を燃焼することで熱を生成する。制御装置１６は、ポンプ１７，１８を制御することで気化器１４へ供給される原燃料と水の割合を調整する。また制御装置１６は、ポンプ１９を制御することで気化器１４において昇温される原料ガス（原燃料と水の混合気）の温度を所定温度（例えば２６０±４０℃）に調整する。
【００１６】
改質器１は、原料ガスを改質して水素リッチの改質ガスを生成する装置であって、例えば、メタノールを水蒸気改質反応によって水素と二酸化炭素に改質する。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2−４９．７ｋＪ／ｍｏｌ…(式１)
改質器１から排出されたガスには、微量な一酸化炭素が含まれており、ＣＯ低減装置１５を介して燃料電池１１に供給される。ＣＯ低減装置１５は、選択酸化反応等を利用して一酸化炭素を低減する。燃料電池１１は、改質器１によって得られた水素と図示省略のコンプレッサによって供給された空気に含まれる酸素を反応させて発電する。発電された電力は、例えば電気自動車の動力用電力または自家発電装置の供給電力に利用され得る。なお燃料電池１１で未反応の水素ガスは、（図１の点線で示すように）気化器１４に戻しても良い。
【００１７】
改質器１は、図３，４に示すように熱供給体４と、熱供給体４の外周に巻き回された平板２と波板３を有している。平板２と波板３は、板幅はほぼ同じで、ステンレス鋼などの金属製であって、平板２と波板３の両面には改質触媒が担持されている。平板２は、一端部２ａが熱供給体４に係止され、熱供給体４の外周に渦巻き状（螺旋状）に巻き回される。
【００１８】
波板３は、図３，４に示すように所定間隔において厚み方向に屈曲しており、屈曲部３ｂ，３ｃを有している。屈曲部３ｂ，３ｃは、軸方向に延出している。波板３は、一端部３ａが熱供給体４に係止されて、平板２と重ね合わせられ、平板２とともに熱供給体４の外周に渦巻き状（螺旋状）に巻き回される。屈曲部３ｂ，３ｃは、平板２の内周面２ｂまたは外周面２ｃに当接し、ろう材によって内周面２ｂまたは外周面２ｃに接合される。
【００１９】
ろう材を波板３に設ける方法は、先ず屈曲部３ｂの外周面と屈曲部３ｃの内周面に「バインダ」を塗布する。次に波板３にろう材を振り掛け（印刷し）、これによりろう材は「バインダ」が塗布された位置にのみに残る。ろう材が熱によって溶かされることで波板３が平板２に接合（ろう付け）される。平板２の外周端部２ｅは、図３に示すようにその内周側に位置する平板２の外周面に貼り付けられる。これにより平板２と波板３は、円柱状に巻き回されて一体とされ、ハニカム構造を構成する。
【００２０】
図４，５に示すように波板３には複数の孔３ｄが形成されている。孔３ｄは、四角形であって波板３を厚み方向に貫通している。孔３ｄの径は、例えば０．１〜１ｍｍであって波板３の波幅よりも小さい。孔３ｄは、巻き回し方向と軸方向に所定間隔で複数形成されている。波板３は、孔３ｄを形成した後に波状に曲げられる。波板３は、屈曲部３ｂ，３ｃの間に略平面の連結部３ｅ，３ｆを有し、各連結部３ｅ，３ｆに複数の孔３ｄが配設される。連結部３ｅ，３ｆは、平板２に対して傾斜し、かつ連結部３ｅ，３ｆ同士が傾斜している。
【００２１】
図２，３に示すように熱供給体４は、電気ヒータであって本体部４ａと電源線４ｂを有している。本体部４ａは、電源線４ｂから供給された電流によってジュール熱を発する。本体部４ａの温度は、改質反応に適切な温度（例えば２５０〜３００℃）に設定される。熱は、本体部４ａから平板２と波板３に沿って渦巻き方向に伝わり、かつ平板２と波板３が接合する部分によって放射線状（径方向）にも伝わる。これにより熱は、改質器１の軸中心側から外周側へ伝わる。
【００２２】
図２に示すように改質器１は、ガスの入口となる入口ケース５と、ガスの出口となる出口ケース６を有している。入口ケース５は、円盤状の蓋（第一の蓋）５ａと、円筒状の入口管５ｃを有している。蓋５ａの中心部には、入口５ｅが形成されており、入口５ｅの下側に入口管５ｃが接続される。入口５ｅは、熱供給体４の直径よりも大きく、平板２と波板３の巻き回し中心側の下部を開口する。
【００２３】
出口ケース６は、図２に示すように中空円柱状であって円盤状の上下の蓋６ａ，６ｂと、円筒状の側壁部６ｃを有している。上の蓋６ａには、ガスが排出される出口管６ｄが接続される。側壁部６ｃは、上端部が蓋６ａの外周縁に接続され、下端部が平板２の最も外周側に位置する外周面に接続される。下の蓋（第二の蓋）６ｂは、側壁部６ｃの直径よりも小さく、これによって蓋６ｂと側壁部６ｃの間に出口６ｅが形成される。出口６ｅは、環状であって、平板２と波板３の巻き回し外周側の上部を開口する。
【００２４】
図３に示すように平板２と波板３によって軸方向に延出する複数の流路７（７ａ，７ｂ）が形成される。流路７は、波板３に形成された孔３ｄによって連通されている。したがって、図２，３に示すようにガス（原料ガス）が入口管５ｃから入口ケース５に供給され、入口５ｅを通って軸中心近傍に位置する流路７ａに供給される。流路７ａに供給されたガスは、流路７ａに沿って矢印８ａ方向（軸方向）に流れる。そして波板３の孔３ｄを通って平板２に沿って、矢印８ｂ方向の渦巻き方向に流れる。ガスが外周側に位置する流路７ｂに到達すると出口６ｅを通って矢印８ｃ方向（軸方向）に流れ、出口ケース６に供給される。そしてガスが出口管６ｄから改質器１の外に排出される。
【００２５】
図３に示すように熱供給体４からの熱は、平板２と波板３によって改質器１の軸中心側から外周側に伝わる。そのため、改質器１の温度は、軸中心側において高く、外周部において低い。外周部における温度は、改質器１に供給されるガスの温度よりも低く、例えば、２００〜２５０℃になることが好ましい。これにより改質器１から排出されるガスに含まれるＣＯ量を抑制し得る。すなわちＣＯ平衡反応（式２）の特性から出口側のガス温度を低くすることでＣＯ量を減らすことができる。その結果、後段の燃料電池の触媒にＣＯが付着（被毒）することを抑制し得る。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ ⇔ ＣＯ2＋Ｈ2＋４１．２ｋＪ／ｍｏｌ（発熱）…（式２）
【００２６】
図２に示すようにガスは、改質器１の軸中心側に供給され（矢印８ａ参照）、軸中心側から外周側に渦巻き方向に流れる（矢印８ｂ参照）。そして、ガスは、平板２と波板３の表面を流れることで、平板２と波板３から熱を受けつつ触媒に接して、原料ガスが改質ガスに改質される。そして、ガスは、改質器１の外周側にて排出される（矢印８ｃ参照）。改質器１の外周部には、図への記載は省略しているが、断熱構造が設けられている。断熱構造は、ガラス繊維などの断熱材、あるいは真空部分を形成する二層構造を有し、改質器１内の熱が外部へ放出されることを防止する。
【００２７】
以上のように改質器１は、図４に示すように平板２と、孔３ｄが形成された波板３を有し、平板２と波板３が重ね合わせられて巻き回される。また、改質器１は、原料ガスを含むガスが平板２と波板３の巻き回し中心側から供給可能な入口５ｅと、改質ガスを含むガスが平板２と波板３の巻き回しの外周側において排出可能な出口６ｅとを有している。
【００２８】
したがって、ガス（原料ガス及び／又は改質ガス）は、波板３に形成された孔３ｄを通ることで平板２に沿って渦巻き状に流れる。渦巻き状に流れるガスは、その流れに対面する波板３に当りやすく、波板３に当ることで改質されやすい。また図５に示すようにガスは、孔３ｄを通過する際に圧縮されかつ膨張する。そのため、ガスが拡散されかつ混合されて、未反応である原料ガスが平板２または波板３に担持された触媒に接触しやすい。これにより原料ガスが改質ガスへ改質されやすい。また改質器１は、平板２と波板３が重ね合わせられて巻き回されることでハニカム構造が構成される。そのため、ハニカム構造が比較的容易に形成され得る。
【００２９】
また改質器１は、図３に示すように熱供給体４を有しており、熱供給体４の周りに平板２と波板３が巻き回されている。したがって、熱供給体４を軸中心として平板２と波板３が容易に巻き回され得る。また熱は、平板２と波板３の巻き回しの軸中心側から外周側に伝わる。そのため、熱供給体４が平板２の巻き回しの外周側に設けられる場合等に比べて、熱が改質器１の外部に放出される量が少なくなり、熱効率が高くなる。
【００３０】
また図３に示すように熱供給体４が軸中心側に位置するために、平板２と波板３の温度は、熱供給体４に近い軸中心側において高く、外周側で低い。これに対してガスを改質するために必要な熱量は、原料ガスの濃度が高い軸中心側で高く、原料ガスの濃度が低い外周側で低い。そのため熱の需要と供給のバランスが近似し、熱が効率良く原料ガスの改質に利用され得る。
【００３１】
また改質器１は、図２に示すように平板２と波板３の巻き回しの軸方向両端部に各端部を覆う蓋５ａ，６ｂが設けられている。蓋５ａには、平板２と波板３の巻き回しの中心側を開口する入口５ｅが設けられ、蓋６ｂには、平板２と波板３の巻き回しの外周側を開口する出口６ｅが設けられ、ガスが入口５ｅから供給され、平板２に沿って渦巻き状に流れ、出口６ｅから排出される。したがって、ガスは、蓋５ａ，６ｂによって平板２と波板３に対して軸方向に貫通することが規制され、平板２に沿って渦巻き状に流れ得る。
【００３２】
また図５に示すように孔３ｄは、波板３の連結部３ｅ，３ｆに形成されている。そのため、孔３ｄを貫通したガスは、ガス流れに斜めに対面する平板２または連結部３ｅ，３ｆに対して当りやすい。その結果ガスは、平板２または連結部３ｅ，３ｆに担持された触媒によって改質されやすい。
【００３３】
図３，４に示すように平板２によって区画されるガス流路は、軸方向に分割されておらず、ガスは、平板２に沿って軸方向に流れ得る。そのため、ガス流路が軸方向に分割される形態に比べて、原料ガスの濃度差が軸方向に生じ難い。その結果ガスは、均一に改質されやすく、これにより改質率が向上する。
【００３４】
（他の実施の形態）
本発明は、上記実施の形態に限定されず、以下の形態等であっても良い。例えば、図４に示す平板２には孔が形成されていない。しかし、図６に示すように平板２に複数の孔２ｄが形成されていても良い。孔２ｄは、四角形であって平板２を厚み方向に貫通している。これによりガスは、図７に示すように平板２に形成された孔２ｄを通って径方向（矢印８ｅ方向）に流れ得る。同時にガスは、波板３に形成された孔３ｄを通って平板２に沿って渦巻き方向（矢印８ｄ方向）にも流れ得る。
【００３５】
したがって、平板２の孔２ｄによって改質器１における圧力損失を小さくすることができる。また平板２の孔２ｄによってガスがショートカットして径方向外方に排出され得るため、改質器１の流路内のガス流速を遅くし得る。これによりガスの供給量が多い場合等においてガス流速を好適な速度にし得る。例えば、改質に必要な熱の需要と供給のバランスを考慮したガス流速に設定することができる。
【００３６】
また図３に示す改質器１は、平板２と波板３を各一つ有している。しかし、図８に示すように改質器１が複数（例えば第一９ａと第二９ｂの二つ）の平板２と波板３を有していても良い。平板２と波板３は、一端部が熱供給体４に係合され、平板２と波板３が交互に重ね合わせられ、熱供給体４に巻き回される。ガスは、第一９ａの波板３に形成された孔３ｄを通ることで平板２間を矢印９ｃ方向に流れ、第二９ｂの波板３に形成された孔３ｄを通ることで平板２間を矢印９ｄ方向に流れる。
【００３７】
図８に示すように平板２と波板３のそれぞれが熱供給体４から延出している。したがって、熱は、熱供給体４から各平板２と各波板３に沿って外周側へ伝わる。そのため、平板２と波板３を各一つ有する場合に比べて、熱が軸中心側から外周側へ伝わりやすい。これにより外周側の温度が高くなり、改質率が向上され得る。また複数の平板２と複数の波板３が巻き回されるために、一つの平板２と一つの波板３が巻き回される場合に比べて、各平板２と波板３の曲率が小さくなる。これにより平板２と波板３を大きく曲げる必要がなくなる。
【００３８】
また図３に示す改質器１は、電気ヒータである熱供給体４を有している。しかし、図３に示す熱供給体４に代えて、図９，１０に示すように改質器１が平板２及び／又は波板３自体を発熱させる熱供給体２０を有していても良い。改質器１は、軸中心に軸部材２１を有しており、軸部材２１の周りに平板２と波板３が重ねて巻き回される。平板２または波板３の巻き回しの中心側端部２０ａには＋電極が接続され、巻き回しの外周側端部２０ｂには―電極が接続される。
【００３９】
図１０に示すように平板２の外周面と内周面（または両方合わせて「表面」）に絶縁膜２０ｃが設けられている。絶縁膜２０ｃは、アルミナ等であって、例えば平板２の外周面と内周面（または両方合わせて「表面」）を酸化させることで形成される。絶縁膜２０ｃの外周面には改質触媒が担持されている。平板２と波板３は、導電性を有しており、中心側端部２０ａと外周側端部２０ｂの間に電圧を加えることで、平板２と波板３を流れる電流によってジュール熱が発生する。そのため改質器１の軸中心に熱供給体を設ける必要がなく、これによって改質器１の直径を小さくし得る。
【００４０】
図３に示す平板２は、外周端部２ｅがその内周側に位置する平板２の外周面に貼り付けられている。そのため外周端部２ｅからガスが排出されることが防止されている。しかし、平板２の外周端部２ｅがその内周側に位置する平板２の外周面に接続されず、外周端部２ｅとその内周側に位置する平板２の外周面との間に開口部が形成され、該開口部から排出されガスが平板２の外周側に配設されたケースによって回収される形態であっても良い。
【００４１】
図２に示す熱供給体４は、電気ヒータであるが、高温ガスが供給される配管であっても良い。高温ガスは、例えば、気化器１４（図１参照）あるいは燃料電池１１からの排気ガスをバーナで燃焼させることで所定の温度に設定される。あるいは未反応水素ガスを配管の内壁面に担持された触媒によって燃焼させることで所定の温度に設定される。熱供給体が電気ヒータの場合には、温度制御が容易であり、高温ガスの場合にはエネルギー効率が高くなる。
【００４２】
図４，６に示す孔２ｄ，３ｄは、四角形であるが、円形あるいは他の矩形（三角形、五角形等）などであっても良い。図９，１０に示す絶縁膜２０ｃは、平板２の外周面に設けられている。しかし、絶縁膜が平板２の内周面に設けられても良いし、または波板３の外周面または内周面に設けられても良い。
【００４３】
図１に示す改質器１に供給される原料ガスには、炭化水素系燃料としてメタノールが含まれている。しかし、メタノールに代えて、例えばエタノール、メタン、天然ガス（プロパン等）やガソリンなどの他の炭化水素系燃料が含まれていても良い。
【００４４】
図１に示す改質器１には、原料ガスのみが供給されている。しかし、改質器１に原料ガスと改質ガスの混合ガスが供給、あるいは、改質ガスのみが供給されても良い。例えば、ある程度反応させてから、原料ガスの供給を止めて、改質ガスのみを循環させる形態、あるいは、他の改質器から発生した改質ガスのみを供給する形態などであっても良い。
【００４５】
図３に示す改質器１は、平板２間（あるいは波板３間）の間隔（径方向の間隔）がほぼ等しい螺旋構造になっている。しかし、平板２の径方向の間隔が中心側で小さく、徐々に外周側に向けて大きくなる螺旋構造であっても良い。例えば、平板２が径方向内側に隣接する平板２に対して所定の角度を有する等角螺旋構造であっても良い。これにより、改質反応がすすむにつれてガスの体積が膨張するものの、ガスの流速を一定に、あるいは徐々に遅くすることができる。その結果、改質率をさらに向上させるができる。
【００４６】
図４，６に示す各孔３ｄ（あるいは各孔２ｄ）の大きさは、ほぼ同じ大きさに設定されている。しかし改質器１の軸中心側に位置する孔３ｄ（あるいは孔２ｄ）の大きさを小さくし、外周側に位置する孔３ｄ（あるいは孔２ｄ）の大きさを大きく設定する形態であっても良い。これにより、改質反応がすすむにつれてガスの体積が膨張するものの、ガスの圧力が略一定に設定され得る。その結果、圧力損失を小さくすること等ができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…改質器
２…平板
２ｄ，３ｄ…孔
３…波板
３ｂ，３ｃ…屈曲部
４，２０…熱供給体
５ｅ…入口
５…入口ケース
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ…蓋
６…出口ケース
６ｅ…出口
１０…燃料電池システム
１１…燃料電池
１２…原燃料タンク
１３…水タンク
１４…気化器
１６…制御装置
２０ｃ…絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系化合物を含む原料ガスから水素を含む改質ガスへ改質する改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質器は、原料ガスから水素を改質し、改質した水素を例えば燃料電池などに供給し、水素が燃料電池の燃料として利用される。改質器は、例えばハニカム構造の本体を有しており、本体内の通路の内壁面に触媒が担持されている。ハニカム構造を簡易に形成し得る構造として、従来、特許文献１〜３に記載の構造が知られている。この構造は、改質器ではないが、触媒が担持された平板と波板を重ね合わせて巻き回すことで形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２４７１６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６８００号公報
【特許文献３】特開平６−２５４４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらハニカム構造の場合、平板と波板によって軸方向に延出する流路が複数形成され、この流路に沿ってガスが軸方向に流されている。特許文献３の構造によると、平板と波板に孔が形成されている。しかし、この孔はガスが触媒によって化学反応した際に生じた水を排出しやすくするためのものであって、ガスは軸方向に流される。そのためガスが触媒に接することができる経路が比較的短く、改質器において十分な改質率（水素取得率）を得ることが容易でない。そこで本発明は、改質率を高くし得る改質器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】
【０００５】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える改質器であることを特徴とする。請求項１に記載の発明によると、改質器は、原料ガスを改質するための触媒が担持された平板と、原料ガスを改質するための触媒が担持されかつ複数の孔が形成された波板を有している。平板と波板が重ね合わせられて巻き回される。原料ガス及び／又は改質ガスが平板と波板の巻き回し中心側から供給可能な入口と、平板と波板の巻き回しの外周側において排出可能な出口とを有している。
【０００６】
したがって、ガス（原料ガス及び／又は改質ガス）は、波板に形成された孔を通ることで平板に沿って渦巻き状に流れる。渦巻き状に流れるガスは、その流れに対面する波板に当りやすく、波板に当ることで改質されやすい。またガスは、孔を通過する際に拡散と混合がなされ、未反応である原料ガスが平板または波板に担持された触媒に接触しやすい。これにより原料ガスが改質ガスに改質されやすい。また改質器は、平板と波板が重ね合わせられて巻き回されることでハニカム構造が構成される。そのため、ハニカム構造は比較的容易に形成され得る。
【０００７】
請求項２に記載の発明によると、平板に孔が形成されている。したがって、平板の孔によって改質器における圧力損失を小さくすることができる。また平板の孔によってガスがショートカットして径方向外方に排出され得るため、改質器の流路内のガス流速を遅くし得る。これにより、ガスの供給量が多い場合等においてガス流速を好適な速度にし得る。例えば、改質に必要な熱の需要と供給のバランスを考慮したガス流速に設定することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明によると、熱供給体を有しており、熱供給体の周りに平板と波板が巻き回されている。したがって、熱供給体を軸中心として平板と波板が容易に巻き回され得る。また熱は、平板と波板の巻き回しの軸中心側から外周側に伝わる。そのため、熱供給体が平板の巻き回しの外周側に設けられる場合等に比べて、熱が改質器の外部に放出される量が少なくなり、熱効率が高くなる。
【０００９】
また熱供給体が軸中心側に位置するために、平板と波板の温度は、熱供給体に近い軸中心側において高く、外周側で低い。これに対してガスを改質するために必要な熱量は、原料ガスの濃度が高い軸中心側で高く、原料ガスの濃度が低い外周側で低い。そのため、熱の需要と供給のバランスが近似し、熱が効率良く原料ガスの改質に利用され得る。
【００１０】
請求項４に記載の発明によると、平板と波板は、それぞれ複数枚から構成され、平板と波板が交互に重ね合わせられて巻き回され、平板と波板が熱供給体から延出している。したがって熱は、熱供給体から各平板と各波板に沿って外周側へ伝わる。そのため、平板と波板を各一つ有する場合に比べて、熱が軸中心側から外周側へ伝わりやすい。これにより外周側の温度が高くなり、改質率が向上され得る。また、ガスの流れる流路長を短く出来るため、圧損を低減したり、ガス流速を調整したりすることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明によると、平板と波板の巻き回しの軸方向の第一の端部に第一の端部を覆う第一の蓋が設けられており、第一の端部と反対側に位置する平板と波板の巻き回しの軸方向の第二の端部に第二の端部を覆う第二の蓋が設けられている。第一の蓋には、平板と波板の巻き回しの中心側で開口する入口が設けられ、第二の蓋には、平板と波板の巻き回しの外周側で開口する出口が設けられている。したがって、ガスは、第一と第二の蓋によって平板と波板に対して軸方向に貫通することが規制されて、平板に沿って渦巻き状に流れ得る。そして渦巻き状に流れるガスは、その流れに対面する波板に当りやすく、波板に当ることで改質されやすい。またガスは、平板に形成された孔を通過する際に拡散と混合がなされ、未反応である原料ガスが平板または波板に担持された触媒に接触しやすい。これにより原料ガスが改質ガスに改質されやすい。そして改質ガスを含むガスが第二の蓋に形成された出口から排出される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の改質器によれば、未反応である原料ガスが平板または波板に担持された触媒に接触しやすくなり、原料ガスは改質ガスへ改質されやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】改質器の概略斜視図である。
【図３】改質器の一部斜視図である。
【図４】改質器の一部分解斜視図である。
【図５】ガス流れを示す図である。
【図６】他の実施の形態にかかる改質器の一部分解斜視図である。
【図７】他の実施の形態にかかるガス流れを示す図である。
【図８】他の実施の形態にかかる改質器の一部上面図である。
【図９】他の実施の形態にかかる改質器の一部上面図である。
【図１０】図９のＸ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一つの実施の形態を図１〜６にしたがって説明する。図１に示すように燃料電池システム１０は、原燃料タンク１２、水タンク１３、気化器１４、改質器１、燃料電池１１および制御装置１６を有している。原燃料タンク１２には、炭化水素系燃料であるメタノールなどの原燃料が貯蔵される。水タンク１３には、改質反応に供する水が貯留される。原燃料と水は、ポンプ１７，１８によって原燃料タンク１２と水タンク１３から吸い上げられ、混合された状態で気化器１４に供給される。
【００１５】
気化器１４は、原燃料と水の混合物を気化しかつ所定の温度に昇温する。気化器１４は、バーナ１４ａを有しており、バーナ１４ａは、原燃料タンク１２からポンプ１９によって供給されたメタノールを燃焼すること、もしくは、（図１の点線で示すように）燃料電池で未反応の水素ガス（オフガス）を燃焼することで熱を生成する。制御装置１６は、ポンプ１７，１８を制御することで気化器１４へ供給される原燃料と水の割合を調整する。また制御装置１６は、ポンプ１９を制御することで気化器１４において昇温される原料ガス（原燃料と水の混合気）の温度を所定温度（例えば２６０±４０℃）に調整する。
【００１６】
改質器１は、原料ガスを改質して水素リッチの改質ガスを生成する装置であって、例えば、メタノールを水蒸気改質反応によって水素と二酸化炭素に改質する。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2−４９．７ｋＪ／ｍｏｌ…(式１)
改質器１から排出されたガスには、微量な一酸化炭素が含まれており、ＣＯ低減装置１５を介して燃料電池１１に供給される。ＣＯ低減装置１５は、選択酸化反応等を利用して一酸化炭素を低減する。燃料電池１１は、改質器１によって得られた水素と図示省略のコンプレッサによって供給された空気に含まれる酸素を反応させて発電する。発電された電力は、例えば電気自動車の動力用電力または自家発電装置の供給電力に利用され得る。なお燃料電池１１で未反応の水素ガスは、（図１の点線で示すように）気化器１４に戻しても良い。
【００１７】
改質器１は、図３，４に示すように熱供給体４と、熱供給体４の外周に巻き回された平板２と波板３を有している。平板２と波板３は、板幅はほぼ同じで、ステンレス鋼などの金属製であって、平板２と波板３の両面には改質触媒が担持されている。平板２は、一端部２ａが熱供給体４に係止され、熱供給体４の外周に渦巻き状（螺旋状）に巻き回される。
【００１８】
波板３は、図３，４に示すように所定間隔において厚み方向に屈曲しており、屈曲部３ｂ，３ｃを有している。屈曲部３ｂ，３ｃは、軸方向に延出している。波板３は、一端部３ａが熱供給体４に係止されて、平板２と重ね合わせられ、平板２とともに熱供給体４の外周に渦巻き状（螺旋状）に巻き回される。屈曲部３ｂ，３ｃは、平板２の内周面２ｂまたは外周面２ｃに当接し、ろう材によって内周面２ｂまたは外周面２ｃに接合される。
【００１９】
ろう材を波板３に設ける方法は、先ず屈曲部３ｂの外周面と屈曲部３ｃの内周面に「バインダ」を塗布する。次に波板３にろう材を振り掛け（印刷し）、これによりろう材は「バインダ」が塗布された位置にのみに残る。ろう材が熱によって溶かされることで波板３が平板２に接合（ろう付け）される。平板２の外周端部２ｅは、図３に示すようにその内周側に位置する平板２の外周面に貼り付けられる。これにより平板２と波板３は、円柱状に巻き回されて一体とされ、ハニカム構造を構成する。
【００２０】
図４，５に示すように波板３には複数の孔３ｄが形成されている。孔３ｄは、四角形であって波板３を厚み方向に貫通している。孔３ｄの径は、例えば０．１〜１ｍｍであって波板３の波幅よりも小さい。孔３ｄは、巻き回し方向と軸方向に所定間隔で複数形成されている。波板３は、孔３ｄを形成した後に波状に曲げられる。波板３は、屈曲部３ｂ，３ｃの間に略平面の連結部３ｅ，３ｆを有し、各連結部３ｅ，３ｆに複数の孔３ｄが配設される。連結部３ｅ，３ｆは、平板２に対して傾斜し、かつ連結部３ｅ，３ｆ同士が傾斜している。
【００２１】
図２，３に示すように熱供給体４は、電気ヒータであって本体部４ａと電源線４ｂを有している。本体部４ａは、電源線４ｂから供給された電流によってジュール熱を発する。本体部４ａの温度は、改質反応に適切な温度（例えば２５０〜３００℃）に設定される。熱は、本体部４ａから平板２と波板３に沿って渦巻き方向に伝わり、かつ平板２と波板３が接合する部分によって放射線状（径方向）にも伝わる。これにより熱は、改質器１の軸中心側から外周側へ伝わる。
【００２２】
図２に示すように改質器１は、ガスの入口となる入口ケース５と、ガスの出口となる出口ケース６を有している。入口ケース５は、円盤状の蓋（第一の蓋）５ａと、円筒状の入口管５ｃを有している。蓋５ａの中心部には、入口５ｅが形成されており、入口５ｅの下側に入口管５ｃが接続される。入口５ｅは、熱供給体４の直径よりも大きく、平板２と波板３の巻き回し中心側の下部を開口する。
【００２３】
出口ケース６は、図２に示すように中空円柱状であって円盤状の上下の蓋６ａ，６ｂと、円筒状の側壁部６ｃを有している。上の蓋６ａには、ガスが排出される出口管６ｄが接続される。側壁部６ｃは、上端部が蓋６ａの外周縁に接続され、下端部が平板２の最も外周側に位置する外周面に接続される。下の蓋（第二の蓋）６ｂは、側壁部６ｃの直径よりも小さく、これによって蓋６ｂと側壁部６ｃの間に出口６ｅが形成される。出口６ｅは、環状であって、平板２と波板３の巻き回し外周側の上部を開口する。
【００２４】
図３に示すように平板２と波板３によって軸方向に延出する複数の流路７（７ａ，７ｂ）が形成される。流路７は、波板３に形成された孔３ｄによって連通されている。したがって、図２，３に示すようにガス（原料ガス）が入口管５ｃから入口ケース５に供給され、入口５ｅを通って軸中心近傍に位置する流路７ａに供給される。流路７ａに供給されたガスは、流路７ａに沿って矢印８ａ方向（軸方向）に流れる。そして波板３の孔３ｄを通って平板２に沿って、矢印８ｂ方向の渦巻き方向に流れる。ガスが外周側に位置する流路７ｂに到達すると出口６ｅを通って矢印８ｃ方向（軸方向）に流れ、出口ケース６に供給される。そしてガスが出口管６ｄから改質器１の外に排出される。
【００２５】
図３に示すように熱供給体４からの熱は、平板２と波板３によって改質器１の軸中心側から外周側に伝わる。そのため、改質器１の温度は、軸中心側において高く、外周部において低い。外周部における温度は、改質器１に供給されるガスの温度よりも低く、例えば、２００〜２５０℃になることが好ましい。これにより改質器１から排出されるガスに含まれるＣＯ量を抑制し得る。すなわちＣＯ平衡反応（式２）の特性から出口側のガス温度を低くすることでＣＯ量を減らすことができる。その結果、後段の燃料電池の触媒にＣＯが付着（被毒）することを抑制し得る。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ ⇔ ＣＯ2＋Ｈ2＋４１．２ｋＪ／ｍｏｌ（発熱）…（式２）
【００２６】
図２に示すようにガスは、改質器１の軸中心側に供給され（矢印８ａ参照）、軸中心側から外周側に渦巻き方向に流れる（矢印８ｂ参照）。そして、ガスは、平板２と波板３の表面を流れることで、平板２と波板３から熱を受けつつ触媒に接して、原料ガスが改質ガスに改質される。そして、ガスは、改質器１の外周側にて排出される（矢印８ｃ参照）。改質器１の外周部には、図への記載は省略しているが、断熱構造が設けられている。断熱構造は、ガラス繊維などの断熱材、あるいは真空部分を形成する二層構造を有し、改質器１内の熱が外部へ放出されることを防止する。
【００２７】
以上のように改質器１は、図４に示すように平板２と、孔３ｄが形成された波板３を有し、平板２と波板３が重ね合わせられて巻き回される。また、改質器１は、原料ガスを含むガスが平板２と波板３の巻き回し中心側から供給可能な入口５ｅと、改質ガスを含むガスが平板２と波板３の巻き回しの外周側において排出可能な出口６ｅとを有している。
【００２８】
したがって、ガス（原料ガス及び／又は改質ガス）は、波板３に形成された孔３ｄを通ることで平板２に沿って渦巻き状に流れる。渦巻き状に流れるガスは、その流れに対面する波板３に当りやすく、波板３に当ることで改質されやすい。また図５に示すようにガスは、孔３ｄを通過する際に圧縮されかつ膨張する。そのため、ガスが拡散されかつ混合されて、未反応である原料ガスが平板２または波板３に担持された触媒に接触しやすい。これにより原料ガスが改質ガスへ改質されやすい。また改質器１は、平板２と波板３が重ね合わせられて巻き回されることでハニカム構造が構成される。そのため、ハニカム構造が比較的容易に形成され得る。
【００２９】
また改質器１は、図３に示すように熱供給体４を有しており、熱供給体４の周りに平板２と波板３が巻き回されている。したがって、熱供給体４を軸中心として平板２と波板３が容易に巻き回され得る。また熱は、平板２と波板３の巻き回しの軸中心側から外周側に伝わる。そのため、熱供給体４が平板２の巻き回しの外周側に設けられる場合等に比べて、熱が改質器１の外部に放出される量が少なくなり、熱効率が高くなる。
【００３０】
また図３に示すように熱供給体４が軸中心側に位置するために、平板２と波板３の温度は、熱供給体４に近い軸中心側において高く、外周側で低い。これに対してガスを改質するために必要な熱量は、原料ガスの濃度が高い軸中心側で高く、原料ガスの濃度が低い外周側で低い。そのため熱の需要と供給のバランスが近似し、熱が効率良く原料ガスの改質に利用され得る。
【００３１】
また改質器１は、図２に示すように平板２と波板３の巻き回しの軸方向両端部に各端部を覆う蓋５ａ，６ｂが設けられている。蓋５ａには、平板２と波板３の巻き回しの中心側を開口する入口５ｅが設けられ、蓋６ｂには、平板２と波板３の巻き回しの外周側を開口する出口６ｅが設けられ、ガスが入口５ｅから供給され、平板２に沿って渦巻き状に流れ、出口６ｅから排出される。したがって、ガスは、蓋５ａ，６ｂによって平板２と波板３に対して軸方向に貫通することが規制され、平板２に沿って渦巻き状に流れ得る。
【００３２】
また図５に示すように孔３ｄは、波板３の連結部３ｅ，３ｆに形成されている。そのため、孔３ｄを貫通したガスは、ガス流れに斜めに対面する平板２または連結部３ｅ，３ｆに対して当りやすい。その結果ガスは、平板２または連結部３ｅ，３ｆに担持された触媒によって改質されやすい。
【００３３】
図３，４に示すように平板２によって区画されるガス流路は、軸方向に分割されておらず、ガスは、平板２に沿って軸方向に流れ得る。そのため、ガス流路が軸方向に分割される形態に比べて、原料ガスの濃度差が軸方向に生じ難い。その結果ガスは、均一に改質されやすく、これにより改質率が向上する。
【００３４】
（他の実施の形態）
本発明は、上記実施の形態に限定されず、以下の形態等であっても良い。例えば、図４に示す平板２には孔が形成されていない。しかし、図６に示すように平板２に複数の孔２ｄが形成されていても良い。孔２ｄは、四角形であって平板２を厚み方向に貫通している。これによりガスは、図７に示すように平板２に形成された孔２ｄを通って径方向（矢印８ｅ方向）に流れ得る。同時にガスは、波板３に形成された孔３ｄを通って平板２に沿って渦巻き方向（矢印８ｄ方向）にも流れ得る。
【００３５】
したがって、平板２の孔２ｄによって改質器１における圧力損失を小さくすることができる。また平板２の孔２ｄによってガスがショートカットして径方向外方に排出され得るため、改質器１の流路内のガス流速を遅くし得る。これによりガスの供給量が多い場合等においてガス流速を好適な速度にし得る。例えば、改質に必要な熱の需要と供給のバランスを考慮したガス流速に設定することができる。
【００３６】
また図３に示す改質器１は、平板２と波板３を各一つ有している。しかし、図８に示すように改質器１が複数（例えば第一９ａと第二９ｂの二つ）の平板２と波板３を有していても良い。平板２と波板３は、一端部が熱供給体４に係合され、平板２と波板３が交互に重ね合わせられ、熱供給体４に巻き回される。ガスは、第一９ａの波板３に形成された孔３ｄを通ることで平板２間を矢印９ｃ方向に流れ、第二９ｂの波板３に形成された孔３ｄを通ることで平板２間を矢印９ｄ方向に流れる。
【００３７】
図８に示すように平板２と波板３のそれぞれが熱供給体４から延出している。したがって、熱は、熱供給体４から各平板２と各波板３に沿って外周側へ伝わる。そのため、平板２と波板３を各一つ有する場合に比べて、熱が軸中心側から外周側へ伝わりやすい。これにより外周側の温度が高くなり、改質率が向上され得る。また複数の平板２と複数の波板３が巻き回されるために、一つの平板２と一つの波板３が巻き回される場合に比べて、各平板２と波板３の曲率が小さくなる。これにより平板２と波板３を大きく曲げる必要がなくなる。
【００３８】
また図３に示す改質器１は、電気ヒータである熱供給体４を有している。しかし、図３に示す熱供給体４に代えて、図９，１０に示すように改質器１が平板２及び／又は波板３自体を発熱させる熱供給体２０を有していても良い。改質器１は、軸中心に軸部材２１を有しており、軸部材２１の周りに平板２と波板３が重ねて巻き回される。平板２または波板３の巻き回しの中心側端部２０ａには＋電極が接続され、巻き回しの外周側端部２０ｂには―電極が接続される。
【００３９】
図１０に示すように平板２の外周面と内周面（または両方合わせて「表面」）に絶縁膜２０ｃが設けられている。絶縁膜２０ｃは、アルミナ等であって、例えば平板２の外周面と内周面（または両方合わせて「表面」）を酸化させることで形成される。絶縁膜２０ｃの外周面には改質触媒が担持されている。平板２と波板３は、導電性を有しており、中心側端部２０ａと外周側端部２０ｂの間に電圧を加えることで、平板２と波板３を流れる電流によってジュール熱が発生する。そのため改質器１の軸中心に熱供給体を設ける必要がなく、これによって改質器１の直径を小さくし得る。
【００４０】
図３に示す平板２は、外周端部２ｅがその内周側に位置する平板２の外周面に貼り付けられている。そのため外周端部２ｅからガスが排出されることが防止されている。しかし、平板２の外周端部２ｅがその内周側に位置する平板２の外周面に接続されず、外周端部２ｅとその内周側に位置する平板２の外周面との間に開口部が形成され、該開口部から排出されガスが平板２の外周側に配設されたケースによって回収される形態であっても良い。
【００４１】
図２に示す熱供給体４は、電気ヒータであるが、高温ガスが供給される配管であっても良い。高温ガスは、例えば、気化器１４（図１参照）あるいは燃料電池１１からの排気ガスをバーナで燃焼させることで所定の温度に設定される。あるいは未反応水素ガスを配管の内壁面に担持された触媒によって燃焼させることで所定の温度に設定される。熱供給体が電気ヒータの場合には、温度制御が容易であり、高温ガスの場合にはエネルギー効率が高くなる。
【００４２】
図４，６に示す孔２ｄ，３ｄは、四角形であるが、円形あるいは他の矩形（三角形、五角形等）などであっても良い。図９，１０に示す絶縁膜２０ｃは、平板２の外周面に設けられている。しかし、絶縁膜が平板２の内周面に設けられても良いし、または波板３の外周面または内周面に設けられても良い。
【００４３】
図１に示す改質器１に供給される原料ガスには、炭化水素系燃料としてメタノールが含まれている。しかし、メタノールに代えて、例えばエタノール、メタン、天然ガス（プロパン等）やガソリンなどの他の炭化水素系燃料が含まれていても良い。
【００４４】
図１に示す改質器１には、原料ガスのみが供給されている。しかし、改質器１に原料ガスと改質ガスの混合ガスが供給、あるいは、改質ガスのみが供給されても良い。例えば、ある程度反応させてから、原料ガスの供給を止めて、改質ガスのみを循環させる形態、あるいは、他の改質器から発生した改質ガスのみを供給する形態などであっても良い。
【００４５】
図３に示す改質器１は、平板２間（あるいは波板３間）の間隔（径方向の間隔）がほぼ等しい螺旋構造になっている。しかし、平板２の径方向の間隔が中心側で小さく、徐々に外周側に向けて大きくなる螺旋構造であっても良い。例えば、平板２が径方向内側に隣接する平板２に対して所定の角度を有する等角螺旋構造であっても良い。これにより、改質反応がすすむにつれてガスの体積が膨張するものの、ガスの流速を一定に、あるいは徐々に遅くすることができる。その結果、改質率をさらに向上させるができる。
【００４６】
図４，６に示す各孔３ｄ（あるいは各孔２ｄ）の大きさは、ほぼ同じ大きさに設定されている。しかし改質器１の軸中心側に位置する孔３ｄ（あるいは孔２ｄ）の大きさを小さくし、外周側に位置する孔３ｄ（あるいは孔２ｄ）の大きさを大きく設定する形態であっても良い。これにより、改質反応がすすむにつれてガスの体積が膨張するものの、ガスの圧力が略一定に設定され得る。その結果、圧力損失を小さくすること等ができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…改質器
２…平板
２ｄ，３ｄ…孔
３…波板
３ｂ，３ｃ…屈曲部
４，２０…熱供給体
５ｅ…入口
５…入口ケース
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ…蓋
６…出口ケース
６ｅ…出口
１０…燃料電池システム
１１…燃料電池
１２…原燃料タンク
１３…水タンク
１４…気化器
１６…制御装置
２０ｃ…絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系化合物を含む原料ガスから水素を含む改質ガスへ改質する改質器であって、
前記原料ガスを改質するための触媒が担持された平板と、前記原料ガスを改質するための触媒が担持されかつ複数の孔が形成された波板を有し、
前記平板と前記波板が重ね合わせられて巻き回され、
前記原料ガス及び／又は前記改質ガスが前記平板と前記波板の巻き回し中心側から供給可能な入口と、前記平板と前記波板の巻き回しの外周側において排出可能な出口とを有することを特徴とする改質器。
【請求項２】
請求項１に記載の改質器であって、
前記平板に孔が形成されていることを特徴とする改質器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の改質器であって、
熱供給体を有しており、前記熱供給体の周りに前記平板と前記波板が巻き回されていることを特徴とする改質器。
【請求項４】
請求項３に記載の改質器であって、
前記平板と前記波板は、それぞれ複数枚から構成され、前記平板と前記波板が交互に重ね合わせられて巻き回され、前記平板と前記波板が前記熱供給体から延出していることを特徴とする改質器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の改質器であって、
前記平板と前記波板の巻き回しの軸方向の第一の端部に前記第一の端部を覆う第一の蓋が設けられており、前記第一の端部と反対側に位置する前記平板と前記波板の巻き回しの軸方向の第二の端部に前記第二の端部を覆う第二の蓋が設けられており、前記第一の蓋には、前記平板と前記波板の巻き回しの中心側で開口する入口が設けられ、前記第二の蓋には、前記平板と前記波板の巻き回しの外周側で開口する出口が設けられていることを特徴とする改質器。
【請求項１】
炭化水素系化合物を含む原料ガスから水素を含む改質ガスへ改質する改質器であって、
前記原料ガスを改質するための触媒が担持された平板と、前記原料ガスを改質するための触媒が担持されかつ複数の孔が形成された波板を有し、
前記平板と前記波板が重ね合わせられて巻き回され、
前記原料ガス及び／又は前記改質ガスが前記平板と前記波板の巻き回し中心側から供給可能な入口と、前記平板と前記波板の巻き回しの外周側において排出可能な出口とを有することを特徴とする改質器。
【請求項２】
請求項１に記載の改質器であって、
前記平板に孔が形成されていることを特徴とする改質器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の改質器であって、
熱供給体を有しており、前記熱供給体の周りに前記平板と前記波板が巻き回されていることを特徴とする改質器。
【請求項４】
請求項３に記載の改質器であって、
前記平板と前記波板は、それぞれ複数枚から構成され、前記平板と前記波板が交互に重ね合わせられて巻き回され、前記平板と前記波板が前記熱供給体から延出していることを特徴とする改質器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の改質器であって、
前記平板と前記波板の巻き回しの軸方向の第一の端部に前記第一の端部を覆う第一の蓋が設けられており、前記第一の端部と反対側に位置する前記平板と前記波板の巻き回しの軸方向の第二の端部に前記第二の端部を覆う第二の蓋が設けられており、前記第一の蓋には、前記平板と前記波板の巻き回しの中心側で開口する入口が設けられ、前記第二の蓋には、前記平板と前記波板の巻き回しの外周側で開口する出口が設けられていることを特徴とする改質器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−７９６９１（Ｐ２０１１−７９６９１Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３２２２１（Ｐ２００９−２３２２２１）
【出願日】平成２１年１０月６日（２００９．１０．６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月６日（２００９．１０．６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
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