特許 7447741 改質システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】改質システム

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/04 20060101AFI20240305BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALN20240305BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALN20240305BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALN20240305BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALN20240305BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALN20240305BHJP

【ＦＩ】

C01B3/04 B

H01M8/0606

H01M8/04225

H01M8/04302

H01M8/04746

H01M8/0432

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020148211

(22)【出願日】2020-09-03

(65)【公開番号】P2022042692

(43)【公開日】2022-03-15

【審査請求日】2022-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】河内 浩康

(72)【発明者】

【氏名】久保 秀人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 秀明

(72)【発明者】

【氏名】松本 祥平

(72)【発明者】

【氏名】中谷 規之介

【審査官】青木 千歌子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－８７５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－７０２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０６０６

Ｈ０１Ｍ ８／０４２２５

Ｈ０１Ｍ ８／０４３０２

Ｈ０１Ｍ ８／０４７４６

Ｈ０１Ｍ ８／０４３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記燃料ガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、
前記燃焼器と前記改質器とを接続し、前記燃焼器から前記改質器に向けて前記燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、
前記燃焼器及び前記改質器に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、
前記燃焼器に前記燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、
前記改質器に前記燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部と、
前記酸化性ガス供給部、前記第１燃料ガス供給部及び前記第２燃料ガス供給部を制御する制御部とを備え、
前記第２燃料ガス供給部は、前記燃焼ガス流路に接続されており、
前記制御部は、前記改質器の起動時に、前記燃焼器及び前記改質器に前記酸化性ガスを供給するように前記酸化性ガス供給部を制御すると共に、前記燃焼器及び前記改質器に前記燃料ガスを供給するように前記第１燃料ガス供給部及び前記第２燃料ガス供給部を制御する第１制御処理を実行し、前記第１制御処理を実行した後、前記燃焼器への前記燃料ガスの供給を停止させるように前記第１燃料ガス供給部を制御する第２制御処理を実行する改質システム。

【請求項2】

前記酸化性ガス供給部は、前記燃焼器に向けて前記酸化性ガスが流れる第１酸化性ガス流路と、前記第１酸化性ガス流路に配設され、前記燃焼器及び前記改質器に供給される前記酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁と、前記第１酸化性ガス流路と前記燃焼ガス流路とを接続し、前記改質器に向けて前記酸化性ガスが流れる第２酸化性ガス流路とを有し、
前記第１燃料ガス供給部は、前記第１酸化性ガス流路に接続されており、
前記第２燃料ガス供給部は、前記燃焼ガス流路に直接または前記第２酸化性ガス流路を介して接続されており、
前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記流量制御弁を開くように制御する請求項１記載の改質システム。

【請求項3】

前記第１酸化性ガス流路の圧力損失は、前記第２酸化性ガス流路の圧力損失よりも小さい請求項２記載の改質システム。

【請求項4】

前記第１燃料ガス供給部は、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を制御する第１燃料供給弁を有し、
前記第２燃料ガス供給部は、前記改質器に供給される前記燃料ガスの流量を制御する第２燃料供給弁を有し、
前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記第１燃料供給弁及び前記第２燃料供給弁を開くように制御し、前記第２制御処理を実行するときは、前記第１燃料供給弁を閉じるように制御する請求項２または３記載の改質システム。

【請求項5】

前記第２燃料ガス供給部は、前記燃焼ガス流路に直接または前記第２酸化性ガス流路を介して接続され、前記改質器に向けて前記燃料ガスが流れる第１燃料ガス流路と、前記第１燃料ガス流路に配設され、前記燃焼器及び前記改質器に供給される前記燃料ガスの流量を制御する燃料供給弁とを有し、
前記第１燃料ガス供給部は、前記燃料供給弁と、前記第１燃料ガス流路と前記第１酸化性ガス流路とを接続し、前記燃焼器に向けて前記燃料ガスが流れる第２燃料ガス流路と、前記第２燃料ガス流路を開閉する開閉弁とを有し、
前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記燃料供給弁及び前記開閉弁を開くように制御し、前記第２制御処理を実行するときは、前記開閉弁を閉じるように制御する請求項２または３記載の改質システム。

【請求項6】

前記第１燃料ガス流路の圧力損失は、前記第２燃料ガス流路の圧力損失よりも小さい請求項５記載の改質システム。

【請求項7】

前記改質器の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された前記改質器の温度が規定温度以上であるときに、前記第２制御処理を実行する請求項１～６の何れか一項記載の改質システム。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１制御処理を実行するときは、前記燃焼器及び前記改質器に前記酸化性ガスを供給するように前記酸化性ガス供給部を制御すると共に、前記燃焼器及び前記改質器に前記燃料ガスを供給するように前記第１燃料ガス供給部及び前記第２燃料ガス供給部を制御した後、前記温度検出部により検出された前記改質器の温度が第１温度以上になると、前記燃焼器及び前記改質器に供給される前記酸化性ガス及び前記燃料ガスの少なくとも一方の流量を変更するように前記酸化性ガス供給部、前記第１燃料ガス供給部及び前記第２燃料ガス供給部の少なくとも何れか１つを制御し、前記第２制御処理を実行するときは、前記温度検出部により検出された前記改質器の温度が前記第１温度よりも高い第２温度以上になると、前記燃焼器への前記燃料ガスの供給を停止させるように前記第１燃料ガス供給部を制御する請求項７記載の改質システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、改質システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の改質システムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の改質システムは、燃料電池に供給するための水素含有の改質ガスを生成する熱交換型改質器を主要構成要素として構成されている。熱交換型改質器は、改質触媒が担持され、炭化水素ガスと水蒸気とを触媒反応させることで水素ガスを含む改質ガスを生成する改質部と、燃焼用の酸化触媒が担持され、改質部が改質反応を行うための熱を供給する加熱部とを含んで構成されている。改質部には、炭化水素ガスを改質部に供給する原料ポンプが原料供給ラインを介して接続されている。加熱部には、冷却オフガスと燃料電池のアノードからのアノードオフガスとを混合するガス混合器が接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２９０９０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術では、改質器において加熱部で発生した燃焼熱を改質部に供給しているため、改質器の起動時に改質部の昇温が遅く、改質器の起動時間が長くなってしまう。また、加熱部及び改質部に供給されるガスの流量をそれぞれ制御していないため、適切な流量のガスを加熱部及び改質部に供給することができない。

【0005】

本発明の目的は、改質器の起動時間を短縮しつつ、適切な流量の燃料ガスを燃焼器及び改質器に供給することができる改質システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る改質システムは、燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃料ガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、燃焼器と改質器とを接続し、燃焼器から改質器に向けて燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、燃焼器及び改質器に酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給部と、燃焼器に燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、改質器に燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部と、酸化性ガス供給部、第１燃料ガス供給部及び第２燃料ガス供給部を制御する制御部とを備え、第２燃料ガス供給部は、燃焼ガス流路に接続されており、制御部は、改質器の起動時に、燃焼器及び改質器に酸化性ガスを供給するように酸化性ガス供給部を制御すると共に、燃焼器及び改質器に燃料ガスを供給するように第１燃料ガス供給部及び第２燃料ガス供給部を制御する第１制御処理を実行し、第１制御処理を実行した後、燃焼器への燃料ガスの供給を停止させるように第１燃料ガス供給部を制御する第２制御処理を実行する。

【0007】

このような改質システムにおいては、改質器の起動時に、酸化性ガス供給部により燃焼器及び改質器に酸化性ガスが供給されると共に、第１燃料ガス供給部及び第２燃料ガス供給部により燃料ガスが燃焼器及び改質器にそれぞれ供給される。その後、第１燃料ガス供給部による燃焼器への燃料ガスの供給が停止する。燃焼器及び改質器に酸化性ガス及び燃料ガスが供給されると、燃焼器において燃料ガスが着火して燃焼し、燃焼ガスが発生する。そして、燃焼ガスが改質器に供給され、燃焼ガスの熱によって改質器が加熱される。そして、改質器において、燃料ガスの燃焼及び改質が行われ、水素を含有した改質ガスが生成される。このように燃焼器によって燃料ガスを燃焼させて発生した高温の燃焼ガスの熱を利用して、改質器を燃焼動作させるため、改質器において燃料ガスが着火するまでの時間が短くなる。これにより、改質器の起動時間が短縮される。また、第１燃料ガス供給部により燃料ガスが燃焼器に供給されると共に、第２燃料ガス供給部により燃料ガスが改質器に供給される。このとき、第２燃料ガス供給部は、燃焼ガス流路に接続されているため、燃料ガスを燃焼器に供給しない。このため、燃焼器及び改質器に供給される燃料ガスの流量が制御しやすくなる。これにより、適切な流量の燃料ガスが燃焼器及び改質器に供給される。

【0008】

酸化性ガス供給部は、燃焼器に向けて酸化性ガスが流れる第１酸化性ガス流路と、第１酸化性ガス流路に配設され、燃焼器及び改質器に供給される酸化性ガスの流量を制御する流量制御弁と、第１酸化性ガス流路と燃焼ガス流路とを接続し、改質器に向けて酸化性ガスが流れる第２酸化性ガス流路とを有し、第１燃料ガス供給部は、第１酸化性ガス流路に接続されており、第２燃料ガス供給部は、燃焼ガス流路に直接または第２酸化性ガス流路を介して接続されており、制御部は、第１制御処理を実行するときは、流量制御弁を開くように制御してもよい。このような構成では、酸化性ガスが第１酸化性ガス流路を流れて燃焼器に供給されると共に、酸化性ガスが第２酸化性ガス流路を流れて改質器に供給される。このとき、流量制御弁によって燃焼器及び改質器に供給される酸化性ガスの流量の制御が容易に行われる。

【0009】

第１酸化性ガス流路の圧力損失は、第２酸化性ガス流路の圧力損失よりも小さくてもよい。このような構成では、燃焼器に供給される酸化性ガスの流量が改質器に供給される酸化性ガスの流量よりも多くなる。従って、燃焼器において燃料ガスの燃焼が効果的に行われるようになる。また、流量制御弁の数が１つだけであっても、燃焼器及び改質器に適切な流量の酸化性ガスが供給される。

【0010】

第１燃料ガス供給部は、燃焼器に供給される燃料ガスの流量を制御する第１燃料供給弁を有し、第２燃料ガス供給部は、改質器に供給される燃料ガスの流量を制御する第２燃料供給弁を有し、制御部は、第１制御処理を実行するときは、第１燃料供給弁及び第２燃料供給弁を開くように制御し、第２制御処理を実行するときは、第１燃料供給弁を閉じるように制御してもよい。このような構成では、第１燃料供給弁及び第２燃料供給弁の開度を制御することで、燃焼器及び改質器に供給される燃料ガスの流量をそれぞれ独立して制御することができる。

【0011】

第２燃料ガス供給部は、燃焼ガス流路に直接または第２酸化性ガス流路を介して接続され、改質器に向けて燃料ガスが流れる第１燃料ガス流路と、第１燃料ガス流路に配設され、燃焼器及び改質器に供給される燃料ガスの流量を制御する燃料供給弁とを有し、第１燃料ガス供給部は、燃料供給弁と、第１燃料ガス流路と第１酸化性ガス流路とを接続し、燃焼器に向けて燃料ガスが流れる第２燃料ガス流路と、第２燃料ガス流路を開閉する開閉弁とを有し、制御部は、第１制御処理を実行するときは、燃料供給弁及び開閉弁を開くように制御し、第２制御処理を実行するときは、開閉弁を閉じるように制御してもよい。このような構成では、開閉弁を開くと、燃料ガスが第２燃料ガス流路を流れて燃焼器に供給される。開閉弁を閉じると、燃焼器への燃料ガスの供給が遮断される。従って、燃料供給弁の数が１つだけでも、燃焼器への燃料ガスの供給及び遮断を切り換えることができる。また、燃料供給弁の数が１つだけで済むため、コスト削減につながる。

【0012】

第１燃料ガス流路の圧力損失は、第２燃料ガス流路の圧力損失よりも小さくてもよい。このような構成では、改質器に供給される燃料ガスの流量が燃焼器に供給される燃料ガスの流量よりも多くなる。このため、改質器において燃料ガスの改質が効果的に行われるようになる。従って、燃料供給弁の数が１つだけでも、燃焼器及び改質器に適切な流量の燃料ガスが供給される。

【0013】

改質システムは、改質器の温度を検出する温度検出部を更に備え、制御部は、温度検出部により検出された改質器の温度が規定温度以上であるときに、第２制御処理を実行してもよい。このような構成では、改質器の温度を検出することにより、改質器の昇温状態に応じた適切なタイミングで且つ簡単な制御処理で、燃焼器への燃料ガスの供給を停止させることができる。

【0014】

制御部は、第１制御処理を実行するときは、燃焼器及び改質器に酸化性ガスを供給するように酸化性ガス供給部を制御すると共に、燃焼器及び改質器に燃料ガスを供給するように第１燃料ガス供給部及び第２燃料ガス供給部を制御した後、温度検出部により検出された改質器の温度が第１温度以上になると、燃焼器及び改質器に供給される酸化性ガス及び燃料ガスの少なくとも一方の流量を変更するように酸化性ガス供給部、第１燃料ガス供給部及び第２燃料ガス供給部の少なくとも何れか１つを制御し、第２制御処理を実行するときは、温度検出部により検出された改質器の温度が第１温度よりも高い第２温度以上になると、燃焼器への燃料ガスの供給を停止させるように第１燃料ガス供給部を制御してもよい。このような構成では、改質器の温度が第１温度以上になると、例えば燃焼器による燃焼動作と改質器による改質動作とを同時に行うのに適した流量比の燃料ガス及び酸化性ガスを供給することにより、燃焼動作と改質動作とを同時に且つ効果的及び安定的に行うことができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、改質器の起動時間を短縮しつつ、適切な流量の燃料ガスを燃焼器及び改質器に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。

【図2】図１に示された燃焼器の断面図である。

【図3】図１に示されたコントローラにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。

【図4】図３に示された制御処理が実行されるときの改質システムの動作を示すタイミング図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。

【図6】図５に示されたコントローラにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。

【図7】図６に示された制御処理が実行されるときの改質システムの動作を示すタイミング図である。

【図8】図７に示された改質システムの動作の変形例を示すタイミング図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。

【図10】図９に示されたコントローラにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。

【図11】図１０に示された制御処理が実行されるときの改質システムの動作を示すタイミング図である。

【図12】図１１に示された改質システムの動作の変形例を示すタイミング図である。

【図13】図１１に示された改質システムの動作の他の変形例を示すタイミング図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１は、本発明の第１実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図１において、本実施形態の改質システム１は、燃焼器２と、改質器３と、空気流路４，５と、スロットル弁６と、アンモニアタンク７と、気化器８と、第１燃料供給弁１０と、第２燃料供給弁１２とを備えている。

【0019】

燃焼器２は、燃料ガスであるアンモニアガス（ＮＨ_３ガス）を燃焼させて燃焼ガスを発生させる管状火炎バーナである。燃焼器２は、図２に示されるように、円管状の筐体１６と、この筐体１６に設けられた複数（ここでは４つ）のガス導入部１７と、筐体１６に取り付けられた点火部１８（図１参照）とを有している。

【0020】

ガス導入部１７は、アンモニアガスと酸化性ガスである空気との混合ガスを筐体１６の内部に管状流が発生するように導入する。具体的には、ガス導入部１７は、混合ガスを筐体１６の内部に筐体１６の内周面１６ａの接線方向に導入する。

【0021】

点火部１８は、ガス導入部１７より筐体１６の内部に導入された混合ガス中のアンモニアガスを着火させる。点火部１８は、例えばグロープラグまたはスパークプラグ等である。

【0022】

改質器３は、燃焼ガス流路２０を介して燃焼器２の出口部２ｂと接続されている。燃焼ガス流路２０は、燃焼器２により発生した燃焼ガスが改質器３に向けて流れる流路である。燃焼ガス流路２０には、燃焼器２を通過したアンモニアガス及び空気も流れる。燃焼ガス流路２０は、配管で形成されている。なお、燃焼ガス流路２０は、燃焼器２と改質器３とを接続する配管ではなく、燃焼器２の筐体１６と一体化されていてもよい。

【0023】

改質器３は、アンモニアガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する。改質器３は、改質触媒３ａを有している。改質触媒３ａは、アンモニアガスを水素に分解する機能に加え、アンモニアガスを燃焼させる機能も有している。改質触媒３ａは、例えばＡＴＲ（Autothermal Reformer）式アンモニア改質触媒である。改質触媒３ａとしては、例えばコバルト系触媒、ロジウム系触媒、ルテニウム系触媒またはパラジウム系触媒等が使用される。

【0024】

空気流路４は、燃焼器２の入口部２ａに接続されている。空気流路４は、燃焼器２に向けて空気が流れる流路（第１酸化性ガス流路）である。空気流路４は、配管で形成されている。

【0025】

空気流路５は、分岐接続部４ａにより空気流路４に分岐接続されている。空気流路５は、燃焼器２を迂回するように空気流路４と燃焼ガス流路２０とを接続している。空気流路５は、改質器３に向けて空気が流れる流路（第２酸化性ガス流路）である。空気流路５は、配管で形成されている。

【0026】

改質器３の起動時には、改質器３は、燃焼器２により発生した燃焼ガスの熱を利用してアンモニアガスを改質する。このため、改質器３の起動時には、燃焼器２は、改質器３よりも多くの空気を必要とする。従って、空気流路４の圧力損失は、空気流路５の圧力損失よりも小さくなっている。具体的には、空気流路４を形成する配管の直径は、空気流路５を形成する配管の直径よりも大きい。

【0027】

また、空気流路４を形成する配管の長さは、空気流路５を形成する配管の長さよりも短くてもよい。空気流路４を形成する配管の内壁面の粗さは、空気流路５を形成する配管の内壁面の粗さよりも小さくてもよい。空気流路５を形成する配管の内部に流路を狭くするための圧力調整部材を配置し、空気流路４を形成する配管の内部に圧力調整部材を配置しなくてもよい。何れの場合も、空気流路４の圧力損失が空気流路５の圧力損失よりも小さくなる。

【0028】

スロットル弁６は、空気流路４に配設されている。具体的には、スロットル弁６は、空気流路４における空気流路５との分岐接続部４ａよりも上流側に配設されている。スロットル弁６は、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。

【0029】

空気流路４，５及びスロットル弁６は、燃焼器２及び改質器３に空気を供給する空気供給部２１（酸化性ガス供給部）を構成している。

【0030】

アンモニアタンク７は、アンモニアを液体状態で貯蔵するタンクである。つまり、アンモニアタンク７は、液体アンモニアを貯蔵する。気化器８は、アンモニア流路２２を介してアンモニアタンク７と接続されている。アンモニア流路２２は、液体アンモニアがアンモニアタンク７から気化器８に向けて流れる流路である。気化器８は、液体アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する。なお、アンモニア流路２２には、流量調整弁が配設されていてもよい。

【0031】

第１燃料供給弁１０は、アンモニア流路９を介して気化器８と接続されている。アンモニア流路９は、気化器８から第１燃料供給弁１０にアンモニアガスが流れる流路である。アンモニア流路９は、配管で形成されている。

【0032】

第１燃料供給弁１０は、燃焼器２に向けてアンモニアガスを噴射することで、燃焼器２に供給されるアンモニアガスの流量を制御する電磁式のインジェクタ（燃料噴射弁）である。具体的には、第１燃料供給弁１０は、空気流路４を形成する配管に取り付けられている。第１燃料供給弁１０は、空気流路４における空気流路５との分岐接続部４ａと燃焼器２との間にアンモニアガスを噴射する。

【0033】

アンモニアタンク７、気化器８、アンモニア流路９及び第１燃料供給弁１０は、燃焼器２にアンモニアガスを供給する第１燃料ガス供給部２３を構成している。第１燃料ガス供給部２３は、空気流路４に接続されている。第１燃料ガス供給部２３は、アンモニアガスを空気流路４を通して燃焼器２に供給する。

【0034】

第２燃料供給弁１２は、アンモニア流路１１を介して気化器８と接続されている。アンモニア流路１１は、アンモニア流路９に分岐接続されている。アンモニア流路１１は、気化器８から第２燃料供給弁１２にアンモニアガスが流れる流路である。アンモニア流路１１は、配管で形成されている。

【0035】

第２燃料供給弁１２は、改質器３に向けてアンモニアガスを噴射することで、改質器３に供給されるアンモニアガスの流量を制御する電磁式のインジェクタである。具体的には、第２燃料供給弁１２は、空気流路５を形成する配管に取り付けられている。第２燃料供給弁１２は、空気流路５の下流側（改質器３側）の領域にアンモニアガスを噴射する。

【0036】

アンモニアタンク７、気化器８、アンモニア流路１１及び第２燃料供給弁１２は、改質器３にアンモニアガスを供給する第２燃料ガス供給部２４を構成している。第２燃料ガス供給部２４は、燃焼ガス流路２０に空気流路５を介して接続されている。第２燃料ガス供給部２４は、燃焼器２を避けるようにアンモニアガスを燃焼ガス流路２０を通して改質器３に供給する。つまり、第２燃料ガス供給部２４は、アンモニアガスを燃焼器２に供給することはない。

【0037】

なお、第２燃料供給弁１２は、燃焼ガス流路２０を形成する配管に取り付けられ、燃焼ガス流路２０にアンモニアガスを噴射してもよい。この場合には、第２燃料ガス供給部２４は、燃焼ガス流路２０に直接接続されることとなる。

【0038】

改質器３は、改質ガス流路２７を介して水素利用装置１３と接続されている。改質ガス流路２７は、改質器３により生成された改質ガスが水素利用装置１３に向けて流れる流路である。改質ガス流路２７は、配管で形成されている。

【0039】

水素利用装置１３は、改質ガスに含まれる水素を利用する装置である。水素利用装置１３としては、例えばアンモニアを燃料としたアンモニアエンジンまたはアンモニアガスタービン等の燃焼装置、或いは水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池等が挙げられる。水素利用装置１３が燃料電池である場合には、水素利用装置１３がアンモニアエンジンである場合と異なり、負圧が発生せず、空気が流れにくいため、空気をスムーズに供給するためのポンプ等を備えてもよい。

【0040】

また、改質システム１は、温度センサ３０と、コントローラ３１とを備えている。温度センサ３０は、改質器３の温度を検出する温度検出部である。温度センサ３０は、例えば改質器３の改質触媒３ａの温度を検出してもよいし、改質器３に供給されるアンモニアガスの温度を検出してもよい。

【0041】

コントローラ３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ３１は、温度センサ３０の検出値に基づいて、スロットル弁６、第１燃料供給弁１０、第２燃料供給弁１２及び燃焼器２の点火部１８を制御する制御部を構成している。

【0042】

コントローラ３１は、改質器３の起動時に、燃焼器２及び改質器３に空気を供給するようにスロットル弁６を制御すると共に、燃焼器２及び改質器３にアンモニアガスを供給するように第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２を制御する第１制御処理を実行する。

【0043】

コントローラ３１は、第１制御処理を実行した後、燃焼器２へのアンモニアガスの供給を停止させるように第１燃料供給弁１０を制御する第２制御処理を実行する。このとき、コントローラ３１は、温度センサ３０により検出された改質器３の温度が規定温度Ｔ以上であるときに、第２制御処理を実行する。

【0044】

図３は、コントローラ３１により実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、改質器３の起動が指示されると、実行される。なお、本処理の実行前は、スロットル弁６、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２は、閉状態となっている。

【0045】

図３において、コントローラ３１は、改質器３の起動が指示されると、スロットル弁６、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２を開くように制御する（手順Ｓ１０１）。また、コントローラ３１は、燃焼器２の点火部１８を点火させるように制御する（手順Ｓ１０２）。

【0046】

続いて、コントローラ３１は、温度センサ３０の検出値を取得する（手順Ｓ１０３）。そして、コントローラ３１は、温度センサ３０の検出値に基づいて、改質器３の温度が予め決められた規定温度Ｔ以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。規定温度Ｔは、例えば改質器３の温度が改質触媒３ａによるアンモニアガスの改質動作が安定する温度であり、改質器３の改質可能温度（後述）よりも高い。

【0047】

コントローラ３１は、改質器３の温度が規定温度Ｔ以上でないと判断したときは、手順Ｓ１０３を再度実行する。コントローラ３１は、改質器３の温度が規定温度Ｔ以上であると判断したときは、第１燃料供給弁１０を閉じるように制御する（手順Ｓ１０５）。また、コントローラ３１は、スロットル弁６の開度を小さくするように制御する（手順Ｓ１０６）。

【0048】

続いて、コントローラ３１は、第１燃料供給弁１０を閉じるように制御してから規定時間ｔが経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１０７）。コントローラ３１は、規定時間ｔが経過したと判断したときは、スロットル弁６及び第２燃料供給弁１２の開度を大きくするように制御する（手順Ｓ１０８）。このとき、コントローラ３１は、アンモニアガス及び空気の流量が改質器３による改質動作に適した流量比となるようにスロットル弁６及び第２燃料供給弁１２を制御する。

【0049】

ここで、手順Ｓ１０１，Ｓ１０２は、上記の第１制御処理に相当する。手順Ｓ１０３～Ｓ１０６は、上記の第２制御処理に相当する。

【0050】

以上のような改質システム１において、改質器３の起動が指示されると、図４（ａ），（ｄ），（ｅ）に示されるように、スロットル弁６、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２が開弁する。すると、空気が空気流路４を流れて燃焼器２に供給されると共に、空気が空気流路５を流れて改質器３に供給される。また、アンモニアガスが空気流路４を流れて燃焼器２に供給されると共に、アンモニアガスが燃焼ガス流路２０を流れて改質器３に供給される。

【0051】

このとき、空気流路４の圧力損失は、空気流路５の圧力損失よりも小さい。このため、図４（ｂ），（ｃ）に示されるように、燃焼器２に供給される空気の流量は、改質器３に供給される空気の流量よりも多くなる。

【0052】

アンモニアガスと空気との混合ガスは、燃焼器２においてガス導入部１７より筐体１６の内部に導入される。このとき、混合ガスは、筐体１６の内部に筐体１６の内周面１６ａの接線方向に導入されるため、筐体１６の内部において管状流となる。

【0053】

その状態で、燃焼器２の点火部１８が点火することで、混合ガス中のアンモニアガスが着火して管状火炎が形成され、アンモニアガスが燃焼し始める。具体的には、下記式のように、アンモニアと空気中の酸素とが化学反応し、高温の燃焼ガスが発生する（発熱反応）。燃焼ガスは、燃焼ガス流路２０を改質器３に向かって旋回して流れる。
ＮＨ_３＋３／４Ｏ_２→１／２Ｎ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ …（Ａ）

【0054】

高温の燃焼ガスが改質器３に供給されると、燃焼ガスの熱により改質器３が直接加熱される。また、燃焼ガスの熱によりアンモニアガス及び空気が加熱され、そのアンモニアガス及び空気の熱によっても改質器３が加熱される。このため、図４（ｆ）に示されるように、改質器３の温度が上昇し始める。

【0055】

そして、改質器３の温度が燃焼可能温度に達すると、改質器３の改質触媒３ａによりアンモニアガスが燃焼する。すると、上記（Ａ）式の発熱反応が起こり、改質器３において燃焼ガスが生成される。そして、その燃焼ガスの熱によって改質器３の温度が更に上昇する。つまり、改質器３は、自律燃焼動作を行うようになる。

【0056】

その後、改質器３の温度が改質可能温度に達すると、改質器３の改質触媒３ａによりアンモニアガスが改質される。具体的には、下記式のように、アンモニアの分解反応が起こり（吸熱反応）、水素を含む改質ガスが生成される。改質ガスは、改質ガス流路２７を流れて水素利用装置１３に供給される。
ＮＨ_３→３／２Ｈ_２＋１／２Ｎ_２ …（Ｂ）

【0057】

その後、改質器３の温度が規定温度Ｔに達すると、図４（ｄ）に示されるように、第１燃料供給弁１０が閉弁することで、燃焼器２へのアンモニアガスの供給が停止する。従って、アンモニアガスが無駄に消費されることが防止される。

【0058】

また、図４（ａ）に示されるように、スロットル弁６の開度が小さくなることで、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量が減少する。このとき、上述した空気流路４，５の圧力損失の違いによって、図４（ｂ），（ｃ）に示されるように、燃焼器２に供給される空気の流量が改質器３に供給される空気の流量よりも多くなる。

【0059】

その後、第１燃料供給弁１０が閉弁してから規定時間ｔが経過すると、図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｅ）に示されるように、スロットル弁６及び第２燃料供給弁１２の開度が大きくなることで、改質器３に供給されるアンモニアガス及び空気の流量が増加する。なお、燃焼器２に供給された空気は、燃焼器２を通過して改質器３に供給される。このとき、改質動作に適した流量のアンモニアガス及び空気が改質器３に供給される。これにより、改質器３の起動が完了し、改質器３が定常状態となる。

【0060】

以上のように本実施形態にあっては、改質器３の起動時に、空気供給部２１により燃焼器２及び改質器３に空気が供給されると共に、第１燃料ガス供給部２３及び第２燃料ガス供給部２４によりアンモニアガスが燃焼器２及び改質器３にそれぞれ供給される。その後、第１燃料ガス供給部２３による燃焼器２へのアンモニアガスの供給が停止する。燃焼器２及び改質器３にアンモニアガス及び空気が供給されると、燃焼器２においてアンモニアガスが着火して燃焼し、燃焼ガスが発生する。そして、燃焼ガスが改質器３に供給され、燃焼ガスの熱によって改質器３が加熱される。そして、改質器３において、アンモニアガスの燃焼及び改質が行われ、水素を含有した改質ガスが生成される。このように燃焼器２によってアンモニアガスを燃焼させて発生した高温の燃焼ガスの熱を利用して、改質器３を燃焼動作させるため、改質器３においてアンモニアガスが着火するまでの時間が短くなる。これにより、改質器３の起動時間が短縮される。また、第１燃料ガス供給部２３によりアンモニアガスが燃焼器２に供給されると共に、第２燃料ガス供給部２４によりアンモニアガスが改質器３に供給される。このとき、第２燃料ガス供給部２４は、燃焼ガス流路２０に接続されているため、アンモニアガスを燃焼器２に供給しない。このため、燃焼器２及び改質器３に供給されるアンモニアガスの流量が制御しやすくなる。これにより、適切な流量のアンモニアガスが燃焼器２及び改質器３に供給される。

【0061】

また、本実施形態では、空気が空気流路４を流れて燃焼器２に供給されると共に、空気が空気流路５を流れて改質器に供給される。このとき、スロットル弁６によって燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量の制御が容易に行われる。

【0062】

また、本実施形態では、空気流路４の圧力損失が空気流路５の圧力損失よりも小さいので、燃焼器２に供給される空気の流量が改質器３に供給される空気の流量よりも多くなる。従って、燃焼器２においてアンモニアガスの燃焼が効果的に行われるようになる。また、スロットル弁６の数が１つだけであっても、燃焼器２及び改質器３に適切な流量の空気が供給される。

【0063】

また、本実施形態では、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２の開度を制御することで、燃焼器２及び改質器３に供給されるアンモニアガスの流量をそれぞれ独立して制御することができる。

【0064】

また、本実施形態では、温度センサ３０により改質器３の温度を検出することにより、改質器３の昇温状態に応じた適切なタイミングで且つ簡単な制御処理で、燃焼器２へのアンモニアガスの供給を停止させることができる。

【0065】

なお、本実施形態では、規定温度Ｔは、改質器３の温度が改質触媒３ａによるアンモニアガスの改質動作が安定する温度であるが、特にそのような形態には限られない。規定温度Ｔは、例えば改質器３の改質可能温度または燃焼可能温度等でもよい。

【0066】

図５は、本発明の第２実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図５において、本実施形態の改質システム１Ａは、上記の第１実施形態における第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２に代えて、燃料供給弁４０と、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１とを備えている。

【0067】

燃料供給弁４０は、気化器８と燃焼ガス流路２０とを接続するアンモニア流路４２に配設されている。アンモニア流路４２は、気化器８から改質器３に向けてアンモニアガスが流れる流路（第１燃料ガス流路）である。アンモニア流路４２は、配管で形成されている。燃料供給弁４０は、燃焼器２及び改質器３に供給されるアンモニアガスの流量を制御する電磁式の流量制御弁である。

【0068】

ＯＮ／ＯＦＦ弁４１は、アンモニア流路４２と空気流路４とを接続するアンモニア流路４３に配設されている。アンモニア流路４３の一端は、アンモニア流路４２における燃料供給弁４０と燃焼ガス流路２０との間の部分に接続されている。アンモニア流路４３の他端は、空気流路４における空気流路５との分岐接続部４ａと燃焼器２との間の部分に接続されている。アンモニア流路４３は、気化器８から燃焼器２に向けてアンモニアガスが流れる流路（第２燃料ガス流路）である。アンモニア流路４３は、配管で形成されている。

【0069】

改質器３は、燃焼器２よりも多くのアンモニアガスを必要とする。このため、アンモニア流路４２の圧力損失は、アンモニア流路４３の圧力損失よりも小さくなっている。アンモニア流路４２を形成する配管は、例えば空気流路４を形成する配管と同じ構造を有している。アンモニア流路４３を形成する配管は、例えば空気流路５を形成する配管と同じ構造を有している。

【0070】

ＯＮ／ＯＦＦ弁４１は、アンモニア流路４３を開閉する電磁式の開閉弁である。ＯＮ／ＯＦＦ弁４１は、通常時は閉状態にあり、通電されると開くノーマリクローズ式の開閉弁である。

【0071】

アンモニアタンク７、気化器８、アンモニア流路４２の一部、燃料供給弁４０、アンモニア流路４３及びＯＮ／ＯＦＦ弁４１は、燃焼器２にアンモニアガスを供給する第１燃料ガス供給部４５を構成している。第１燃料ガス供給部４５は、空気流路４に接続されている。第１燃料ガス供給部４５は、アンモニアガスを空気流路４を通して燃焼器２に供給する。

【0072】

アンモニアタンク７、気化器８、アンモニア流路４２及び燃料供給弁４０は、改質器３にアンモニアガスを供給する第２燃料ガス供給部４６を構成している。第２燃料ガス供給部４６は、燃焼ガス流路２０に接続されている。第２燃料ガス供給部４６は、燃焼器２を避けるようにアンモニアガスを燃焼ガス流路２０を通して改質器３に供給する。なお、第２燃料ガス供給部４６は、燃焼ガス流路２０に直接接続されずに、燃焼ガス流路２０に空気流路５を介して接続されていてもよい。

【0073】

また、改質システム１Ａは、上記の第１実施形態におけるコントローラ３１に代えて、コントローラ３１Ａを備えている。コントローラ３１Ａは、温度センサ３０の検出値に基づいて、スロットル弁６、燃料供給弁４０、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１及び燃焼器２の点火部１８を制御する制御部を構成している。コントローラ３１Ａは、上記の第１実施形態と同様に、第１制御処理及び第２制御処理を実行する。

【0074】

コントローラ３１Ａは、第１制御処理を実行するときは、スロットル弁６、燃料供給弁４０及びＯＮ／ＯＦＦ弁４１を開くように制御し、第２制御処理を実行するときは、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１を閉じるように制御する。

【0075】

図６は、コントローラ３１Ａにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートであり、図３に対応している。

【0076】

図６において、コントローラ３１Ａは、改質器３の起動が指示されると、スロットル弁６、燃料供給弁４０及びＯＮ／ＯＦＦ弁４１を開くように制御する（手順Ｓ１１１）。そして、コントローラ３１Ａは、上記の第１実施形態と同様に、手順Ｓ１０２～Ｓ１０４を実行する。

【0077】

コントローラ３１Ａは、手順Ｓ１０４で改質器３の温度が規定温度Ｔ以上であると判断したときは、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１を閉じるように制御する（手順Ｓ１１２）。また、コントローラ３１Ａは、スロットル弁６及び燃料供給弁４０の開度を小さくするように制御する（手順Ｓ１１３）。このとき、コントローラ３１Ａは、例えば改質器３に供給されるアンモニアガスの流量が変化しないように燃料供給弁４０の開度を制御する。

【0078】

続いて、コントローラ３１Ａは、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１を閉じるように制御してから規定時間ｔが経過したかどうかを判断する（手順Ｓ１１４）。コントローラ３１Ａは、規定時間ｔが経過したと判断したときは、スロットル弁６及び燃料供給弁４０の開度を大きくするように制御する（手順Ｓ１１５）。このとき、コントローラ３１Ａは、アンモニアガス及び空気の流量が改質器３による改質動作に適した流量比となるようにスロットル弁６及び燃料供給弁４０を制御する。

【0079】

ここで、手順Ｓ１１１，Ｓ１０２は、上記の第１制御処理に相当する。手順Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１１２，Ｓ１１３は、上記の第２制御処理に相当する。

【0080】

以上において、改質器３の起動が指示されると、図７（ａ），（ｂ），（ｅ）に示されるように、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１、スロットル弁６及び燃料供給弁４０が開弁する。すると、空気が空気流路４を流れて燃焼器２に供給されると共に、空気が空気流路５を流れて改質器３に供給される。また、アンモニアガスがアンモニア流路４２，４３及び空気流路４を流れて燃焼器２に供給されると共に、アンモニアガスがアンモニア流路４２及び燃焼ガス流路２０を流れて改質器３に供給される。

【0081】

このとき、空気流路４の圧力損失は、空気流路５の圧力損失よりも小さい。このため、図７（ｃ），（ｄ）に示されるように、燃焼器２に供給される空気の流量が改質器３に供給される空気の流量よりも多くなる。また、アンモニア流路４２の圧力損失は、アンモニア流路４３の圧力損失よりも小さい。このため、図７（ｆ），（ｇ）に示されるように、改質器３に供給されるアンモニアガスの流量が燃焼器２に供給されるアンモニアガスの流量よりも多くなる。

【0082】

アンモニアガスと空気との混合ガスが燃焼器２に供給されると、アンモニアガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが発生する。そして、高温の燃焼ガスが燃焼ガス流路２０を流れて改質器３に供給されると、改質器３が加熱されるため、図７（ｈ）に示されるように、改質器３の温度が上昇し始める。

【0083】

そして、改質器３の温度が改質可能温度に達すると、改質器３の改質触媒３ａによりアンモニアガスが改質され、水素を含む改質ガスが生成される。そして、改質ガスが改質ガス流路２７を流れて水素利用装置１３に供給される。

【0084】

その後、改質器３の温度が規定温度Ｔに達すると、図７（ａ），（ｆ）に示されるように、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１が閉弁することで、燃焼器２へのアンモニアガスの供給が停止する。また、図７（ｂ）～（ｄ）に示されるように、スロットル弁６の開度が小さくなることで、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量が減少する。

【0085】

その後、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１が閉弁してから規定時間ｔが経過すると、図７（ｂ）～（ｅ）に示されるように、スロットル弁６及び燃料供給弁４０の開度が大きくなることで、改質器３に供給されるアンモニアガス及び空気の流量が増加する。なお、燃焼器２に供給された空気は、燃焼器２を通過して改質器３に供給される。このとき、改質動作に適した流量のアンモニアガス及び空気が改質器３に供給される。これにより、改質器３が定常状態となる。

【0086】

以上のように本実施形態においては、第１燃料ガス供給部４５によりアンモニアガスが燃焼器２に供給されると共に、第２燃料ガス供給部４６によりアンモニアガスが改質器３に供給される。このとき、第２燃料ガス供給部４６は、燃焼ガス流路２０に接続されているため、アンモニアガスを燃焼器２に供給しない。このため、燃焼器２及び改質器３に供給されるアンモニアガスの流量が制御しやすくなる。これにより、改質器３の起動時間を短縮しつつ、適切な流量のアンモニアガスを燃焼器２及び改質器３に供給することができる。

【0087】

また、本実施形態では、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１を開くと、アンモニアガスがアンモニア流路４３を流れて燃焼器２に供給される。その後、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１を閉じると、燃焼器２へのアンモニアガスの供給が遮断される。従って、燃料供給弁４０の数が１つだけでも、燃焼器２へのアンモニアガスの供給及び遮断を切り換えることができる。また、燃料供給弁４０の数が１つだけで済むため、コスト削減につながる。

【0088】

また、本実施形態では、アンモニア流路４２の圧力損失がアンモニア流路４３の圧力損失よりも小さいので、改質器３に供給されるアンモニアガスの流量が燃焼器２に供給されるアンモニアガスの流量よりも多くなる。このため、改質器３においてアンモニアガスの改質が効果的に行われるようになる。従って、燃料供給弁４０の数が１つだけであっても、燃焼器２及び改質器３に適切な流量のアンモニアガスが供給される。

【0089】

なお、本実施形態では、ノーマリクローズ式のＯＮ／ＯＦＦ弁４１が使用されているが、特にその形態には限られず、通常時は開状態にあり、通電されると閉じるノーマリオープン式のＯＮ／ＯＦＦ弁４１を使用してもよい。

【0090】

この場合には、図８に示されるように、改質器３の温度が規定温度Ｔに達すると、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１を通電することで閉弁し、その後規定時間ｔが経過すると、ＯＮ／ＯＦＦ弁４１の通電を解除することでＯＮ／ＯＦＦ弁４１を開弁する（図８（ａ）参照）。これにより、省電力化を図ることができる。

【0091】

図９は、本発明の第３実施形態に係る改質システムを示す概略構成図である。図９において、本実施形態の改質システム１Ｂは、上記の第１実施形態における空気流路５を備えていない。空気流路４及びスロットル弁６は、燃焼器２及び改質器３に空気を供給する空気供給部５０（酸化性ガス供給部）を構成している。

【0092】

また、改質システム１Ｂは、上記の第１実施形態におけるコントローラ３１に代えて、コントローラ３１Ｂを備えている。コントローラ３１Ｂは、温度センサ３０の検出値に基づいて、スロットル弁６、第１燃料供給弁１０、第２燃料供給弁１２及び燃焼器２の点火部１８を制御する制御部を構成している。コントローラ３１Ｂは、上記の第１実施形態と同様に、第１制御処理及び第２制御処理を実行する。

【0093】

コントローラ３１Ｂは、第１制御処理を実行するときは、燃焼器２及び改質器３に空気を供給するようにスロットル弁６を制御すると共に、燃焼器２及び改質器３にアンモニアガスを供給するように第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２を制御した後、温度センサ３０により検出された改質器３の温度が規定温度Ｔ１以上になると、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量を変更するようにスロットル弁６を制御する。

【0094】

コントローラ３１Ｂは、第２制御処理を実行するときは、温度センサ３０により検出された改質器３の温度が規定温度Ｔ２以上になると、燃焼器２へのアンモニアガスの供給を停止させるように第１燃料供給弁１０を制御する。

【0095】

図１０は、コントローラ３１Ｂにより実行される制御処理手順の詳細を示すフローチャートであり、図３に対応している。

【0096】

図１０において、コントローラ３１Ｂは、改質器３の起動が指示されると、上記の第１実施形態と同様に、手順Ｓ１０１～Ｓ１０３を実行する。そして、コントローラ３１Ｂは、温度センサ３０の検出値に基づいて、改質器３の温度が予め決められた規定温度Ｔ１（第１温度）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１２１）。規定温度Ｔ１は、例えば改質器３の燃焼可能温度（前述）である。

【0097】

コントローラ３１Ｂは、改質器３の温度が規定温度Ｔ１以上であると判断したときは、スロットル弁６の開度を大きくするように制御する（手順Ｓ１２２）。このとき、コントローラ３１Ｂは、アンモニアガス及び空気の流量が燃焼器２による燃焼動作と改質器３による改質動作とを同時に行うのに適した流量比となるようにスロットル弁６を制御する。

【0098】

続いて、コントローラ３１Ｂは、温度センサ３０の検出値を取得する（手順Ｓ１２３）。そして、コントローラ３１Ｂは、温度センサ３０の検出値に基づいて、改質器３の温度が予め決められた規定温度Ｔ２（第２温度）以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１２４）。規定温度Ｔ２は、規定温度Ｔ１よりも高い温度である。規定温度Ｔ２は、例えば改質器３の温度が改質触媒３ａによるアンモニアガスの改質動作が安定する温度（上記の規定温度Ｔに相当）である。

【0099】

コントローラ３１Ｂは、改質器３の温度が規定温度Ｔ２以上でないと判断したときは、手順Ｓ１２３を再度実行する。コントローラ３１Ｂは、改質器３の温度が規定温度Ｔ２以上であると判断したときは、上記の第１実施形態と同様に、手順Ｓ１０５～Ｓ１０８を実行する。

【0100】

ここで、手順Ｓ１０１～Ｓ１０３，Ｓ１２１，Ｓ１２２は、上記の第１制御処理に相当する。手順Ｓ１２３，Ｓ１２４，Ｓ１０５，Ｓ１０６は、上記の第２制御処理に相当する。

【0101】

以上において、改質器３の起動が指示されると、図１１（ａ）～（ｃ）に示されるように、スロットル弁６、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２が開弁する。すると、空気が燃焼器２及び改質器３に供給されると共に、アンモニアガスが燃焼器２及び改質器３に供給される。

【0102】

アンモニアガスと空気との混合ガスが燃焼器２に供給されると、アンモニアガスが着火して燃焼し、高温の燃焼ガスが発生する。そして、高温の燃焼ガスが改質器３に供給されると、改質器３が加熱されるため、図１１（ｄ）に示されるように、改質器３の温度が上昇し始める。

【0103】

そして、改質器３の温度が燃焼可能温度である規定温度Ｔ１に達すると、改質器３の改質触媒３ａによりアンモニアガスが燃焼し、改質器３において燃焼ガスが生成される。このため、燃焼ガスの熱によって改質器３の温度が更に上昇する。

【0104】

また、改質器３の温度が燃焼可能温度に達すると、図１１（ａ）に示されるように、スロットル弁６の開度が大きくなるため、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量が増加する。これにより、燃焼器２による燃焼動作と改質器３による改質動作とが同時に効率的に行われる。

【0105】

その後、改質器３の温度が改質可能温度に達すると、改質器３の改質触媒３ａによりアンモニアガスが改質され、水素を含む改質ガスが生成される。そして、改質ガスが水素利用装置１３に供給される。

【0106】

その後、改質器３の温度が規定温度Ｔ２に達すると、図１１（ｂ）に示されるように、第１燃料供給弁１０が閉弁することで、燃焼器２へのアンモニアガスの供給が停止する。また、図１１（ａ）に示されるように、スロットル弁６の開度が小さくなることで、燃焼器２を通って改質器３に供給される空気の流量が減少する。

【0107】

その後、第１燃料供給弁１０が閉弁してから規定時間ｔが経過すると、図１１（ａ），（ｃ）に示されるように、スロットル弁６及び第２燃料供給弁１２の開度が大きくなることで、改質器３に供給されるアンモニアガス及び空気の流量が増加する。このとき、改質動作に適した流量のアンモニアガス及び空気が改質器３に供給される。これにより、改質器３が定常状態となる。

【0108】

以上のように本実施形態においても、改質器３の起動時間を短縮しつつ、適切な流量のアンモニアガスを燃焼器２及び改質器３に供給することができる。また、改質器３に空気を供給するための専用の空気流路が不要となるため、空気供給部５０が簡素化される。

【0109】

また、本実施形態では、改質器３の温度が規定温度Ｔ１以上になると、燃焼器２による燃焼動作と改質器３による改質動作とを同時に行うのに適した流量比のアンモニアガス及び空気を供給することにより、燃焼動作と改質動作とを同時に且つ効果的及び安定的に行うことができる。

【0110】

なお、本実施形態では、改質器３の温度が規定温度Ｔ１以上になると、スロットル弁６の開度を変更することで、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量が変更されているが、特にそのような形態には限られない。例えば第１燃料供給弁１０または第２燃料供給弁１２の開度を変更することで、燃焼器２及び改質器３に供給されるアンモニアガスの流量を変更してもよいし、或いはスロットル弁６、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２の開度を変更することで、燃焼器２及び改質器３に供給されるアンモニアガス及び空気の流量を変更してもよい。

【0111】

また、本実施形態では、規定温度Ｔ１は改質器３の燃焼可能温度であるが、規定温度Ｔ１としては、特に燃焼可能温度には限られず、改質器３の改質可能温度等であってもよい。また、規定温度Ｔ２は、規定温度Ｔ１よりも高い温度であればよい。

【0112】

また、本実施形態では、改質器３の起動が指示されると、スロットル弁６及び第１燃料供給弁１０が開くように制御されると同時に、第２燃料供給弁１２が開くように制御されているが、特にそのような形態には限られない。例えば図１２に示されるように、スロットル弁６及び第１燃料供給弁１０が開くように制御された後、改質器３の温度が規定温度Ｔ１に達するまでに、第２燃料供給弁１２を開くように制御してもよい（図１２（ｃ）参照）。

【0113】

また、定常時において改質器３が最大負荷の運転状態となる場合には、図１３に示されるように、スロットル弁６及び第２燃料供給弁１２の開度が大きくなるように制御された後、改質器３が最大負荷の運転状態となるタイミングで、スロットル弁６及び第２燃料供給弁１２の開度を更に大きくするように制御することで、改質器３に供給されるアンモニアガス及び空気の流量を更に増加させてもよい。

【0114】

以上、本発明の実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記の第１及び第３実施形態では、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２は、アンモニアガスを噴射するインジェクタであるが、第１燃料供給弁１０及び第２燃料供給弁１２としては、特にその形態には限られず、上記の第２実施形態における燃料供給弁４０と同様に、アンモニア流路に配設される流量制御弁等を使用してもよい。

【0115】

また、上記の第３実施形態では、改質器３の温度が規定温度Ｔ１以上になると、スロットル弁６の開度を変更することで、燃焼器２及び改質器３に供給される空気の流量が変更されているが、そのような制御処理を上記の第１及び第２実施形態に適用してもよい。

【0116】

また、上記実施形態では、燃焼器２において、ガス導入部１７は、アンモニアガス及び空気を筐体１６の内部に管状流が発生するように筐体１６の内周面１６ａの接線方向に導入しているが、特にそのような形態には限られない。ガス導入部１７は、例えばアンモニアガス及び空気を筐体１６の内部に筐体１６の径方向に導入してもよい。つまり、燃焼器２は、改質器３に供給される燃焼ガスを発生させるのであれば、管状火炎バーナ以外のバーナでもよく、或いはヒータ等であってもよい。

【0117】

また、上記実施形態では、温度センサ３０により検出された改質器３の温度に基づいて各種バルブ等が制御されているが、特に温度センサ３０を使用しなくてもよく、例えばアンモニアガスの流量、空気の流量、時間及び室温等から改質器３の温度を推定してもよい。

【0118】

また、上記実施形態では、改質器３は、アンモニアを燃焼させる機能とアンモニアを水素に分解する機能とを併せ持った改質触媒３ａを有しているが、特にそのような形態には限られない。改質器３は、アンモニアを燃焼させる燃焼触媒と、アンモニアを水素に分解する改質触媒とを別々に有していてもよい。

【0119】

また、上記実施形態では、スロットル弁６により燃焼器２及び改質器３に空気が供給されているが、特にその形態には限られず、例えばマスフローコントローラ、圧縮機またはポンプ等を用いて、燃焼器２及び改質器３に空気を供給してもよい。

【0120】

また、上記実施形態では、燃料ガスとしてアンモニアガスが使用されているが、本発明は、燃料ガスとして炭化水素ガス等を使用した改質システムにも適用可能である。

【0121】

また、上記実施形態では、酸化性ガスとして空気が使用されているが、本発明は、酸化性ガスとして酸素を使用した改質システムにも適用可能である。

【符号の説明】

【0122】

１，１Ａ，１Ｂ…改質システム、２…燃焼器、３…改質器、４…空気流路（第１酸化性ガス流路）、５…空気流路（第２酸化性ガス流路）、６…スロットル弁（流量制御弁）、１０…第１燃料供給弁、１２…第２燃料供給弁、２０…燃焼ガス流路、２１…空気供給部（酸化性ガス供給部）、２３…第１燃料ガス供給部、２４…第２燃料ガス供給部、３０…温度センサ（温度検出部）、３１，３１Ａ，３１Ｂ…コントローラ（制御部）、４０…燃料供給弁、４１…ＯＮ／ＯＦＦ弁（開閉弁）、４２…アンモニア流路（第１燃料ガス流路）、４３…アンモニア流路（第２燃料ガス流路）、４５…第１燃料ガス供給部、４６…第２燃料ガス供給部、５０…空気供給部（酸化性ガス供給部）、Ｔ…規定温度、Ｔ１…規定温度（第１温度）、Ｔ２…規定温度（第２温度）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】