DE60108329T2 - Zylindrischer Einrohr-Reformer - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reformer vom Einrohrzylindertyp zum Herstellen eines wasserstoffreichen reformierten Gases durch Dampfreformierung eines auf Kohlenwasserstoff basierenden Brennstoffs wie Stadtgas oder LPG, und insbesondere auf einen Reformer, der in einer Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK:
  • Ein Reformer ist ein Gerät zum Erzeugen eines reformierten Gases mit einer hohen Wasserstoffkonzentration durch Dampfreformierung eines Rohmaterialgases wie Stadtgas oder LPG, und er wird in weitem Umfang verwendet, wenn Wasserstoff hergestellt wird, der in einem Herstellungsprozess für optische Fasern oder Halbleiter, einer Brennstoffzelle und dergleichen verwendet wird.
  • Die von einem Reformer durchgeführte Dampfreformierungsreaktion ist eine endotherme Reaktion und demgemäß ist eine Erwärmung erforderlich, um die Reaktion aufrecht zu erhalten. Gewöhnlich ist eine Verbrennungsvorrichtung wie ein Brenner zu dem Reformer hinzufügt, und überschüssiger Wasserstoff oder reformiertes Rohmaterialgas von einer Brennstoffzelle wird erwärmt durch Verbrennen von diesem mit dem Brenner. Als ein Reformer zum Herstellen eines vergleichsweise kleinen Volumen von Wasserstoff ist beispielsweise ein Reformer vom Einrohrzylindertyp, wie er in der Veröffentlichung der ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. 11-11901 offenbart ist, bekannt. Bei diesem Reformer vom Einrohrzylindertyp ist eine Heizvorrichtung wie ein Brenner in der Mitte eines zylindrischen Behälters vorgesehen, der aus zwei Zylindern mit einer zwischen diesen gespeicherten Katalysatorschicht besteht. Die Katalysatorschicht wird durch die Heizvorrichtung erwärmt und ein zu der Katalysatorschicht geliefertes Rohrmaterialgas wird durch Dampf reformiert.
  • Die vorliegende Anmelderin hat bereits vorher eine Anmeldung für einen Reformer vom Einrohrzylindertyp, eine denselben verwendende Brennstoffzelle und ein Betriebsverfahren für den Reformer angemeldet, wie in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO00/63114 gezeigt ist.
  • Wenn eine Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp in einem Haus oder in einem Automobil verwendet werden soll, muss die gesamte Reformiervorrichtung enthaltend den Reformer vom Einrohrzylindertyp kompakt und leicht ausgebildet sein. Auch müssen verschiedene Typen von Verbesserungen durchgeführt werden, beispielsweise muss ein effizienterer Betrieb realisiert werden und die Startzeit am Beginn des Betriebs muss verkürzt werden.
  • Z.B. muss das Rohmaterialgas wirksam vorgewärmt werden, um den Brennstoff zu verringern. Eine Überhitzung des Dampfgenerators muss verhindert werden, um die Verwendung des Reformers zu vereinfachen. Der Reformer muss auf der erforderlichen Temperatur gehalten werden und die Wärmemenge muss effektiv genutzt werden, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Eine externe Wärmeableitung muss durch eine wirksame Wärmeisolierstruktur unterdrückt werden. Durch eine interne Temperaturdifferenz bewirkte thermische Beanspruchung muss gemildert werden, um eine hohe Dauerhaftigkeit zu realisieren. Die Reaktionswärme muss wirksam ausgenutzt werden, um Dampf effizient zu erzeugen. Ein Betriebsverfahren, das wirksam eine Änderung des Betriebszustands bewältigen kann, wird gesucht.
  • Das von dem herkömmlichen Reformer vom Einrohrzylindertyp erzeugte reformierte Gas enthält etwa 10% CO. Wenn dieses reformierte Gas als Brennstoff für eine Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp verwendet werden soll, muss die CO-Konzentration durch einen CO-Wandler auf etwa 0,5% herabgesetzt werden, und eine CO-selektive Oxidation muss durch eine CO-selektive Oxidationsvorrichtung durchgeführt werden, so dass die CO-Konzentration auf etwa 100 ppm herabsinkt. Jedoch ist es in Bezug auf die Verkleinerung, einen hohen Wirkungsgrad und das Startvermögen nicht bevorzugt, einen CO-Wandler und eine CO-selektive Oxidationsvorrichtung für diesen Zweck unabhängig von dem Reformer vom Einrohrzylindertyp vorzusehen.
  • Bei dem in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO00/63114 offenbarten Reformer vom Einrohrzylindertyp wird zu viel Wärme nach außen abgestrahlt, und Wärme wird nicht angemessen zu den jeweiligen Teilen geliefert und von diesen abgegeben.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehenden Probleme des Standes der Technik gemacht, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reformer vom Einrohrzylindertyp vorzusehen, der ein reformiertes Gas mit einer niedrigen CO-Konzentration erzeugen kann, ein wirksames gutes Startvermögen hat, eine Herabsetzung der Größe und des Gewichts realisiert und keine überschüssige Wärme emittiert.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reformer vom Einrohrzylindertyp vorgesehen, enthaltend mehrere kreisförmige Zylinder, die koaxial aufrecht stehen, einen Strahlungszylinder, der koaxial innerhalb der mehreren kreisförmigen Zylinder angeordnet ist, und einen Brenner, der an einem Ende der Mitte des Strahlungszylinders angeordnet ist, und mit einer reformierenden Katalysatorschicht, die erhalten ist durch Füllen zumindest eines ersten Gasströmungspfades, der von den mehreren Gasströmungspfaden, die durch die mehreren kreisförmigen Zylinder geteilt sind und ringförmige Querschnitte haben, dem Brenner am nächsten ist, mit einem reformierenden Katalysator, wobei eine mit einer Metallpackung gefüllte Vorwärmschicht an einem Ende (stromaufwärts) der reformierenden Katalysatorschicht, die mit dem reformierenden Kataly sator gefüllt ist, gebildet ist.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reformer vom Einrohrzylindertyp vorgesehen, enthaltend mehrere kreisförmige Zylinder, die koaxial aufrecht stehen, einen Strahlungszylinder, der koaxial innerhalb der mehreren kreisförmigen Zylinder angeordnet ist, und einen Brenner, der an einem Ende der Mitte des Strahlungszylinders angeordnet ist, und mit einer reformierenden Katalysatorschicht, die erhalten ist durch Füllen zumindest eines erstes Gasströmungspfades, der unter mehreren Gasströmungspfaden, die durch die mehreren kreisförmigen Zylinder geteilt sind und ringförmige Querschnitte haben, dem Brenner am nächsten ist, mit einem reformierenden Katalysator, wobei der Reformer vom Einrohrzylindertyp weiterhin wendelförmige Teilungsmittel aufweist, die sich in dem ersten Gasströmungspfad, der mit dem reformierenden Katalysator gefüllt ist, in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, um ein Gas wendelförmig zu teilen und zu bewirken, dass es durch den ersten Gasströmungspfad strömt.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reformer vom Einrohrzylindertyp gemäß dem vorbeschriebenen ersten und zweiten Aspekt vorgesehen, weiterhin aufweisend einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad außerhalb der mit dem reformierenden Katalysator gefüllten reformierenden Katalysatorschicht gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in eine Richtung entgegengesetzt der einer Gasströmung in den ersten Gasströmungspfad strömt, wobei die andere endseitige Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades an einer äußeren Umfangsseite nahe einer Einlassöffnung der Vorwärmschicht angeordnet ist, und wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem zweiten Gasströmungspfad gebildet sind, um ein Gas wendelförmig zu teilen und zu bewirken, dass es durch den zweiten Gasströmungspfad strömt.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reformer vom Einrohrzylindertyp gemäß dem vorbeschriebenen ersten oder zweiten Aspekt vorgesehen, weiterhin aufweisend
    einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Querströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in den ersten Gasströmungspfad strömt,
    einen dritten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher dritte Gasströmungspfad um den zweiten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in den zweiten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit Teilungsmitteln und einer CO-modifizierenden Katalysatorschicht darin,
    einen vierten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher vierte Gasströmungspfad um den dritten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit anderen endseitigen Auslassöffnung des dritten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Gasströmung in den dritten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation darin, und
    einen Heizkanal, der als ein Rohmaterialgas-Strömungspfad dient, der zwischen dem dritten und vierten Gasströmungspfad gebildet ist, eine Einlassöffnung an einer Endseite hiervon aufweist und ermöglicht, dass ein Rohmaterialgas in dem vierten Gasströmungspfad in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in den vierten Gasströmungspfad strömt und nahe einem Ende des vierten Gasströmungspfads umgekehrt wird, und ermöglicht, dass das Rohmaterialgas in dem dritten Gasströmungspfad in derselben Richtung wie der einer Gasströmung in den vierten Gasströmungspfad strömt.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reformer vom Einrohrzylindertyp gemäß dem vorbeschriebenen ersten oder zweiten Aspekt vorgesehen, weiterhin aufweisend
    einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der ein Gasströmung in dem ersten Gasströmungspfad strömt,
    einen dritten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher dritte Gasströmungspfad um den zweiten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in den zweiten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-modifizierenden Katalysatorschicht darin,
    einen vierten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher vierte Gasströmungspfad um den dritten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des dritten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem dritten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-selektiven Oxidations-Katalysatorschicht darin, und
    einen Heizkanal, der als ein Rohmaterialgas-Strömungspfad dient, der zwischen dem dritten und dem vierten Gasströmungspfad gebildet ist, eine Einlassöffnung an einer Endseite hiervon aufweist, und ermöglicht, dass ein Rohmaterialgas in dem vierten Gasströmungspfad in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt und nahe einem Ende des viertes Gasströmungspfades umgekehrt wird, und ermöglicht, dass das Roh materialgas in dem dritten Gasströmungspfad in derselben Richtung wie der einer Gasströmung in den vierten Gasströmungspfad strömt,
    eine ringförmige Mischkammer, die mit einem Luftzuführungsrohr auf einer Stromaufwärtsseite des vierten Gasströmungspfads zu verbinden ist,
    eine Auslassöffnung, um ein Gas, das in dem vierten Gasströmungspfad strömt, zu der Mischkammer zu führen,
    eine ringförmige Einlasskammer, in die ein reformiertes Gas, das mit Luft gemischt ist, durch eine Einlassöffnung so strömt, dass zu einem Anfangsanschluss der CO-selektiven Oxidations-Katalysatorschicht geführt wird, und
    eine Einlassöffnung, um zu ermöglichen, dass die Einlasskammer und der Anfangsanschluss der CO-selektiven Oxidations-Katalysatorschicht miteinander kommunizieren, wobei
    axialen Längen des dritten und des vierten Gasströmungspfads kürzer sind als diejenigen des ersten und des zweiten Gasströmungspfads, und eine zweite CO-modifizierende Katalysatorschicht auf einer Stromaufwärtsseite des vierten Gasströmungspfads gebildet ist.
  • Zusätzlich zu den vorbeschriebenen fünf Aspekten hat die vorliegende Erfindung die mehreren folgenden Hilfsaspekte.
  • Wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, sind in der Vorwärmschicht und der reformierenden Katalysatorschicht so vorgesehen, dass ein Gas wendelförmig durch den ersten Gasströmungspfad strömt.
  • Die wendelförmigen Teilungsmittel bestehen aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben, die die Gasströmungspfade in Sektoren in Querschnitten hiervon teilen.
  • Die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel bestehen aus mehreren runden Stäben, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  • Die in dem dritten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel bestehen aus mehreren Rippen, die an einem inneren kreisförmigen Zylinder, der den dritten Gasströmungspfad bildet, so befestigt sind, dass sie den dritten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  • Eine äußere Umfangswand der CO-selektiven Oxidations-Katalysatorschicht ist innerhalb einer äußeren Umfangswand des vierten Gasströmungspfads gebildet, und ein zwischen der äußeren Umfangswand des vierten Gasströmungspfades und der äußeren Umfangswand der CO-selektiven Oxidations-Katalysatorschicht gebildeter und von der Mischkammer geteilter Raum dient als ein Kühlströmungspfad, in dem ein Kühlfluid strömt.
  • Ein Teilungsglied ist in dem Kühlströmungspfad vorgesehen, um den Kühlströmungspfad wendelförmig zu teilen.
  • Das in den Kühlströmungspfad zu liefernde Kühlfluid wird so zugeführt, dass es in einer Richtung entge gengesetzt zu einer Strömungsrichtung eines in die Katalysatorschicht für selektive CO-Oxidation zu liefernden Gases strömt.
  • Verbrennungsluft, die von dem Brenner zu verbrennen ist, oder ein Abgas, das von einem Brennstoffpol einer Brennstoffzelle ausgegeben wird, wird als das Kühlfluid verwendet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung mit den vorstehenden Aspekten können die folgenden, sehr ausgezeichneten Wirkungen erhalten werden.
  • Die Vorwärmschicht mit der Füllung in dem der reformierenden Katalysatorschicht vorhergehenden Schritt gebildet wird, wird eine Rohmaterial-Vorwärmvorrichtung unnötig, eine Hin- und Herbewegung kann wirksam durchgeführt werden, und die Größe des Wärmeverbrauchs kann verringert werden.
  • Da die Einlassöffnung der Vorwärmschicht und die Auslassöffnung des Strömungspfads nahe beieinander sind, kann die Temperatur der Auslassöffnung des Strömungspfades herabgesetzt werden, und die reformierende Katalysatorschicht und die CO-modifizierende Katalysatorschicht können direkt verbunden sein.
  • Da das Innere der Vorwärmschicht, der reformierenden Katalysatorschicht und anderer Strömungspfade durch Rippen oder dergleichen wendelförmig ausgebildet ist, kann eine gleichförmige Temperaturverteilung erhalten werden und der Wärmewiedergewinnungs-Wirkungsgrad kann verbessert werden, so dass die Temperatur der Auslassöffnung auf einen gewünschten Wert gesetzt werden kann.
  • Da der Heizkanal zwischen der CO-modifizierenden Katalysatorschicht und der Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation gebildet ist, kann der Reformer integral ausgebildet sein, um die Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation zu enthalten. Da die Reaktionswärme der CO-modifizierenden Katalysatorschicht und der Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation wiedergewonnen werden kann, kann der Wirkungsgrad verbessert werden. Auch kann eine Reaktion auf der unerwünschten Seite unterdrückt werden.
  • Da die Wandfläche des Strömungspfades und die der CO-modifizierenden Katalysatorschicht getrennt gebildet sind und ein Spalt zwischen ihnen gebildet ist, wird die Wärmeisolierung zwischen diesen Wandflächen verbessert, der Wiedergewinnungs-Wirkungsgrad in dem Strömungspfad wird verbessert, eine Temperaturerhöhung der CO-modifizierenden Katalysatorschicht kann unterdrückt werden, und jegliche thermische Beanspruchung, die zwischen diesen Wandflächen auftritt, kann vermieden werden.
  • Gas und Luft können in der Mischkammer gleichförmig gemischt, so dass ein Wasserstoffverlust herabgesetzt werden kann.
  • Da das reformierende Wasser durch den zwischen der CO-modifizierenden Katalysatorschicht und der Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation gebildeten Heizkanal verdampft werden kann, kann ein Boiler ohne Verwendung von Brennstoff gebildet werden. Auch kann eine ausreichend hohe Kühlfähigkeit für die CO-modifizierende Katalysatorschicht und die Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation erhalten werden.
  • Da die Konzentration des Kohlenmonoxids in dem refor mierten Gas auf einen vorbestimmten Wert oder weniger herabgesetzt werden kann, kann der Reformer als ein Wasserstoffgenerator für eine Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp verwendet werden, wodurch eine kompakte, hoch wirksame Brennstoffzelle gebildet wird.
  • Da der von der CO-modifizierenden Katalysatorschicht und der Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation gebildete Strömungspfad so verkürzt wird, dass er kürzer als ein gegenüberliegender Strömungspfad ist, kann eine übermäßige Temperaturerhöhung der CO-modifizierenden Katalysatorschicht verhindert werden. Da die CO-modifizierende Katalysatorschicht auf einer angemessenen Temperatur gehalten wird, wird die Reaktion hierdurch nicht gestört.
  • Da die Füllung in die Vorwärmschicht gefüllt ist, wird verhindert, dass Wärmestrahlung von innerhalb des Reformers den Wärmewirkungsgrad erhöht, und die jeweiligen Teile können zweckmäßig wärmeisoliert und auf geeigneten Temperaturen gehalten werden.
  • Da die CO-modifizierende Katalysatorschicht stromabwärts des Strömungspfads gebildet ist, kann die Temperatur der CO-modifizierenden Katalysatorschicht rasch erhöht werden, die Reaktion der CO-modifizierenden Katalysatorschicht kann durchgeführt werden, unmittelbar nachdem der Betrieb gestartet wurde, und der Startvorgang des Reformers kann beschleunigt werden.
  • Da das durch die CO-modifizierende Katalysatorschicht hindurchgehende reformierte Gas und Luft ausreichend hin- und herbewegt werden können, kann die Reaktion in der Katalysatorschicht für CO-selektive Oxidation zuverlässig ohne einen Verlust durchgeführt werden, so dass der Wirkungsgrad der Wasserstofferzeugung des Reformers verbessert werden kann.
  • Die vorstehenden und viele andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden augenscheinlich für den Fachmann, wenn auf die folgende detaillierte Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele, die das Prinzip der vorliegenden Erfindung verkörpern, mittels veranschaulichender Beispiele gezeigt sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Längsschnittansicht, die die schematische Anordnung eines Reformers vom Einrohrzylindertyp gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine teilweise Querschnittsansicht des Reformers vom Einrohrzylindertyp gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 ist eine teilweise Seitenansicht des Reformers vom Einrohrzylindertyp gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Ein Reformer vom Einrohrzylindertyp gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt die schematische Anordnung eines Reformers vom Einrohrzylindertyp. In der folgenden Beschreibung wird ein Reformer vom Einrohrzylindertyp, dessen jeweilige Zylinder vertikal stehen und dessen Brenner an einem Ende (einem oberen Bereich in 1) des Reformers befestigt ist, wie in 1 gezeigt ist, als ein Beispiel beschrieben.
  • Ein Reformer 2 wird gebildet durch mehrere kreisförmige Zylinder 6, die aus einem ersten bis neunten Zylinder 61 bis 69, die koaxial angeordnet sind, bestehen, ringförmigen Spalten, die zwischen den jeweiligen Zylindern gebildet sind, einen Brenner 18, der auf der Seite eines Endes des ersten Zylinders 61 und in der Mitte hiervon angeordnet ist, eine reformierende Katalysatorschicht 8, eine CO-modifizierende Katalysatorschicht 10 (nachfolgend auch als eine Verschiebungsschicht 10 bezeichnet), und eine Katalysatorschicht 12 (13) für CO-selektive Oxidation (nachfolgend auch eine PROX-Schicht 12 (13) bezeichnet), die in durch die jeweiligen Zylindern gebildeten Räumen angeordnet ist, und dergleichen.
  • Der Reformer 2 hat eine Wasserzuführungsöffnung 20, eine Abgas-Auslassöffnung 24, eine Rohmaterialgas-Zuführungsöffnung 26, eine Auslassöffnung 28 für reformiertes Gas und PROX-Luftzuführungsöffnungen 30 und 32 in seiner Seitenfläche.
  • Eine zylindrische Wärmeübertragungs-Trennungswand 14 (Strahlungszylinder) ist innerhalb des ersten Zylinders 61 so angeordnet, dass sie koaxial mit diesem ist, während ein zweckmäßiger Spalt um die Trennwand 14 herum und unter dieser gelassen ist. Dieser Spalt dient als ein Auslassströmungspfad 80.
  • Der Auslassströmungspfad 80 ist in seinem oberen Bereich mit der Abgas-Auslassöffnung 24 verbunden, so dass durch den Brenner 18 verbranntes Abgas so strömen kann, dass es von dieser ausgegeben wird. Der Brenner 18 ist innerhalb der Wärmeübertragungs-Trennwand 14 durch eine Brennerbasis 16 befestigt. Ein Wasserheizkanal 34, der mit der Wasserzuführungsöffnung 20 kommuniziert, ist zwischen dem Auslassströmungspfad 80 und der Brennerbasis 16 gebildet.
  • Der Wasserheizkanal 34 ist durch eine an einer der Zuführungsöffnung 20 gegenüberliegenden Position gebildetes Verbindungsrohr 25 mit einem Rohmaterialgas-Zuführungspfad 27 verbunden, und der Zuführungspfad 27 ist mit der Rohmaterialgas-Zuführungsöffnung 26 verbunden.
  • Die Beziehung zwischen den jeweiligen benachbarten Zylindern wird beschrieben.
  • Ein erster Gasströmungspfad 51 mit einer vorbestimmten Breite ist zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder 61 und 62 gebildet. Ein Bereich oberhalb des ersten Gasströmungspfads 51 ist eine Vorwärmschicht 51a, und ein Bereich unter der Vorwärmschicht 51a ist die reformierende Katalysatorschicht 8. Vier Wärmeübertragungsrippen 9 sind zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder 61 und 62 so vorgesehen, dass sie sich von dem ersten Zylinder 61 radial zu dem zweiten Zylinder 62 erstrecken, um im Wesentlichen den gesamten Umfang des ersten Zylinders 61 wendelförmig zu umgeben, wie in 3 gezeigt ist. Die vier Rippen 9 teilen den ersten Gasströmungspfad 51 zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder 61 und 62 wendelförmig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht. Wenn die vier Rippen 9 auf diese Weise verwendet werden, werden vier sektorartig Strömungspfade gebildet. Die wendelförmigen Rippen 9 brauchen nicht den gesamten Umfang des ersten Zylinders 61 zu umgeben. Die Anzahl von Rippen 9 ist nicht auf vier begrenzt, sondern kann zwischen etwa 1 und 20 liegen.
  • Die Vorwärmschicht 51a kommuniziert in ihrem oberen Bereich mit einem Heizkanal 48, der mit dem Rohmaterialgas-Zuführungspfad 27 verbunden ist. Ein Rohmaterialgas und Wasser (Dampf oder dergleichen) strömen durch den Heizkanal 48 in die Vorwärmschicht 51a. Die Vorwärmschicht 51a ist mit einer Metallpackung mit einem rohren Wärmeübertragungskoeffizienten und einer vorbestimmten Gestalt gefüllt. Wenn das Gas und dergleichen durch das Innere der Vorwärmschicht 51a hindurchgehen, erwärmt die Vorwärmschicht 51a diese. Die Rippen 9 übertragen die Wärme des Auslassströmungspfads 80 zu der Vorwärmschicht 51a und verwirbeln die Gasströmung in der Vorwärmschicht 51a, um das Gas wirksam zu mischen.
  • Die Metallpackung, die in die Vorwärmschicht 51a gefüllt ist, wird kurz beschrieben. Wenn herkömmlich verwendete keramische Kugeln wie Aluminiumoxidkugeln und eine Metallpackung wie SUS verglichen werden, hat die Metallpackung ein Wärmeübertragungsvermögen, das etwa zehnmal größer als das der keramischen Kugeln ist. Der Wärmeübertragungsbereich kann demgemäß verringert werden, so dass ein Brennstoffprozessor wie ein Reformer verkleinert werden kann.
  • Um die Wärmeübertragungswirkung eines Wärmefluids zu erhöhen, kann die Wirkung der Hin- und Herbewegung zusätzlich zu dem Wärmeübertragungsvermögen vergrößert werden. Je stärker das in der Vorwärmkammer strömende Heizgas eine turbulente Strömung bewirkt, desto höher wird die Wärmeübertragungswirkung. Aus diesem Grund variiert die Gestalt der in die Vorwärmschicht 51a zu füllenden Packung, z.B. eine Sattelform, eine makkaroniartige Form und eine maschenartige Form, zusätzlich zu einer grundsätzlich kugelförmigen Gestalt. Während die herstellbare Form der keramischen Packung aufgrund der Festigkeit begrenzt ist, kann, wenn eine Metallpackung, deren Gestalt kontrollierbar ist, verwendet wird, eine Gestalt, die einen größeren Oberflächenbereich hat und eine turbulente Strömung mit derselben Fläche leichter als die keramische Packung bewirken kann, leicht erhalten werden.
  • Ein großer Oberflächenbereich kann einen großen Leerbereich (ein Raum, der nicht durch einen massiven Stoff wie ein Metall besetzt ist), bedeutet. Somit kann das Gewicht entsprechend herabgesetzt werden und die Wärmekapazität der Füllung kann verringert werden. Wenn die Wärmekapazität klein ist, wird die zum Erwärmen der Packung beim Start des Reformers erforderliche Zeit verkürzt, so dass das Startvermögen verbessert wird. Beispielsweise beträgt der Leerraum auf der höheren Seite 85% bis 98%, und der Leerraum der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Packung beträgt 96,8%. Der Leerraum der keramischen Packung wie einer Aluminiumoxidpackung beträgt etwa 60% bis 70%.
  • Der einzige Nachteil der Metallpackung besteht darin, dass das Material sehr teuer ist. Dies ist ein Problem bezüglich der Erhöhung der Materialkosten in einer großen Fabrik, bei der ein kontinuierlicher Betrieb stattfindet, wenn eine Metallpackung zu verwenden ist, da es für die große Fabrik weniger wichtig ist, die Fähigkeit der Handhabung mit dem Startvorgang und der Lastveränderung hiervon zu verbessern. Andererseits ist der Reformer nach der vorliegenden Erfindung eine Fabrik für den Heimgebrauch der Klasse von etwa 1 kWe. Daher ist es erforderlich, einen Start/Stop-Vorgang des Reformers ein- oder zweimal am Tag durchzuführen, und weiterhin ist es sehr wichtig, die Fähigkeit zur Handhabung mit Lastveränderung gemäß einem Lebensmuster zu verbessern. Somit ist es sehr wirksam, das Material der Metallpackung zu verwenden.
  • Die reformierende Katalysatorschicht 8 ist mit einem reformierenden Katalysator für eine Dampfreformierung des Rohmaterialgases gefüllt. Der mit der reformierenden Katalysatorschicht 8 gebildete erste Gasströmungspfad 51 öffnet sich in dem unteren Teil des Reformers 2 in einen Raum, der zwischen einer Bodenplatte 71 des ersten Zylinders 61 und einer Bodenplatte 73 des dritten Zylinders 63 gebildet ist. Der Spalt zwischen den Bodenplatten 71 und 73 ist so gebildet, dass er eine Beanspruchung ermöglicht, die zu der Zeit erzeugt wird, zu der die Zylinder 61, 62 und 63 jeweils durch Wärme verlängert werden. Weiterhin dient er auch als eine wärmeisolierende Schicht gegenüber der Flamme des Brenners 18.
  • Weiterhin sind die Rippen 9 bei dem mit der reformierenden Katalysatorschicht 8 gebildeten ersten Gasströmungspfad 51 vorgesehen, wie vorstehend beschrieben ist. Somit wird die Wärme des Auslassströmungspfads 80 zu dem Inneren der reformierenden Katalysatorschicht 8 übertragen. Aufgrund der durch die Rippen 9 wendelförmig ausgebildeten Strömungspfade ist die Temperaturdifferenz klein, so dass eine reformierende Reaktion wirksam auftritt.
  • Ein zweiter Gasströmungspfad 50 mit einer vorbestimmten Breite ist zwischen dem zweiten und dem dritten Zylinder 62 und 63 gebildet und durch vier runde Stäbe 81 wendelförmig geteilt. Daher wird, wenn das von der reformierenden Katalysatorschicht 8 freigegebene Gas durch den zweiten Gasströmungspfad 50 strömt, dessen Wärme durch den zweiten Zylinder 62 zu der reformierenden Katalysatorschicht 8 übertragen, um sie zu erwärmen, und die Temperaturdifferenz des hindurchgehenden Gases und der reformierenden Katalysatorschicht 8 kann in der Umfangsrichtung eliminiert werden.
  • Ein Spalt ist zwischen dem dritten und dem vierten Zylinder 63 und 64 gebildet. Ein Isolator 53 ist in diesen Spalt gefüllt, um die Wärmeübertragung zu reduzieren.
  • Ein dritter Gasströmungspfad 52 mit einer vorbestimmten Breite ist zwischen dem vierten und dem fünften Zylinder 54 und 65 gebildet. Die Verschiebungsschicht CO (CO-modifizierende Katalysatorschicht) 10, die mit einem CO-modifizierenden Katalysator gefüllt ist, ist in dem dritten Gasströmungspfad 52 gebildet. Eine CO-modifizierende Reaktion findet in der Verschiebungsschicht 10 statt. Wie in 2 gezeigt ist, sind 16 Rippen 11 in der Verschiebungsschicht 10 so gebildet, dass sie parallel zu der axialen Richtung sind. Jede Rippe 11 ist an dem vierten Zylinder 64 befestigt und mit ihrem äußeren Ende zu dem fünften Zylinder 65 hin gerichtet, so dass die innere Temperatur der Verschiebungsschicht 10 vergleichmäßigt wird. Alternativ können die Rippen 11 wendelförmig gebildet sein, um wendelförmige Strömungspfade zu bilden, und die Anzahl von Rippen 11 ist nicht auf 16 beschränkt.
  • Der obere Bereich der Verschiebungsschicht 10 kommuniziert mit dem zweiten Gasströmungspfad 50, und der untere Bereich hiervon kommuniziert mit der PROX-Schicht (Katalysatorschicht für selektive CO-Oxidation) 12, die zwischen dem siebenten und dem achten Zylinder 67 und 68 gebildet ist.
  • Die erste PROX-Schicht 12 ist mit einem CO-selektiven Oxidationskatalysator gefüllt und bewirkt eine Oxidationsreaktion, die den CO-Gehalt bis in die Größenordnung von ppm herabsetzt. Der vierte Zylinder 64 ist in seinem unteren Bereich mit dem Boden des neunten Zylinders 69 verbunden. Ein Heizkanal 48 mit dem sechsten Zylinder 66 darin ist zwischen dem fünften und dem siebenten Zylinder 65 und 67 gebildet. Das von der Rohmaterialgas-Zuführungsöffnung 26 gelieferte Rohmaterialgas und von der Wasserzuführungsöffnung 20 geliefertes Wasser werden erwärmt, wenn sie durch den Heizkanal 48 hindurchgehen, und zu der Vorwärmschicht 51a gesandt. Vier runde Stäbe 82 sind räumlich wendelförmig in dem äußeren Strömungspfad des Heizkanals 48 gebildet, um die Strömungspfad so zu teilen, dass sie sich wendelförmig erstrecken, um im Wesentlichen den gesamten Umfang des Heizkanals 48 zu umgeben.
  • Die erste PROX-Schicht 12, eine zweite PROX-Schicht 13, eine erste und eine zweite Mischkammer 42 und 46 zum Mischen des Gases und der Luft und zum Zuführen der Mischung zu der ersten und der zweiten PROX-Schicht 12 und 13 und dergleichen sind zwischen dem siebenten und dem neunten Zylinder 67 und 69 gebildet. Die Verschiebungsschichtung 10 ist unter einem Schirm 31 in dem unteren Bereich des Raums zwischen dem siebenten und dem neunten Zylinder 67 und 69 ge bildet. Acht Auslassöffnungen 33 sind in dem Schirm 31 in der Umfangsrichtung gebildet und kommunizieren mit der ersten Mischkammer 42. Die erste Mischkammer ist mit der ersten Luftzuführungsöffnung 32 verbunden. Luft wird durch die erste Luftzuführungsöffnung 32 zu der ersten Mischkammer 42 geliefert und mit dem Gas von der Verschiebungsschicht 10 gemischt.
  • Die erste Mischkammer 42 kommuniziert mit einer Kammer 44, die zwischen dem siebenten und achten Zylinder 67 und 68 gebildet ist, über eine in der Seitenfläche des achten Zylinders 68 ausgebildete Einlassöffnung 35. Die Kammer 44 ist außerhalb des siebenten Zylinders 67 in der Umfangsrichtung gebildet und kommuniziert mit der ersten PROX-Schicht 12 durch acht Einlassöffnungen 37, die in einem Schirm 36 gebildet sind.
  • Die erste PROX-Schicht 12 kommuniziert mit der zweiten Mischkammer 46 durch acht Auslassöffnungen 38, die in der Seitenfläche des achten Zylinders 68 gebildet sind. Die zweite Mischkammer 46 kommuniziert mit der zweiten Luftzuführungsöffnung 30 und dann mit einer Kammer 45, die zwischen dem siebenten und dem achten Zylinder 67 und 68 gebildet ist, über eine zweite Einlassöffnung 39, die in der Innenfläche des achten Zylinders 68 gebildet ist. Die Kammer 45 ist in der Umfangsrichtung gebildet und kommuniziert mit der zweiten PROX-Schicht 13 durch acht zweite Einlassöffnungen 49, die in einem Schirm 47 gebildet sind. Die zweite PROX-Schicht 13 kommuniziert mit der Auslassöffnung 28 für reformiertes Gas über acht zweite Auslassöffnungen 55, die in der Seitenfläche des achten Zylinders 68 gebildet sind.
  • Die Anzahl von Auslassöffnungen 33 und dergleichen ist nicht auf 8 beschränkt. Die Durchmesser der Auslassöffnungen 33 und dergleichen können in Übereinstimmung mit dem Abstand von dem Loch 35 und dergleichen geändert werden, so dass eine gleichförmige Gasmenge in die erste Mischkammer 42 strömt, selbst wenn eine Druckdifferenz in ihr existiert. Die Auslassöffnungen 33 brauchen keine Löcher zu sein, sondern können maschenartige Metallteile sein. Das Loch 35 und dergleichen braucht nicht ein Loch zu sein, sondern es kann aus mehreren kleinen Löchern bestehen, und das Gas kann eine wirbelnde Strömung bilden oder in einer schrägen Richtung injiziert werden, um das Vermischen zu fördern.
  • Die Auslassöffnung 28 für reformiertes Gas ist mit der Brennstoffgas-Zuführungsöffnung beispielsweise einer Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp (nicht gezeigt) verbunden. Das reformierte Gas (Brennstoffgas), das von der Auslassöffnung 28 für reformiertes Gas erhalten wird und eine vorbestimmte Konzentration von Wasserstoff enthält, wird zu dem Brennstoffpol der Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp geliefert, so dass eine Leistungserzeugung durchgeführt wird. Das Abgas von dem Brennstoffpol einer elektrolytischen Festkörper-Brennstoffzelle kann als ein Gas verwendet werden, das von dem Brenner 18 zu verbrennen ist.
  • Ein Kühlströmungspfad 57, dessen Inneres durch runde Stäbe 83 wendelförmig ausgebildet ist, ist stromabwärts der zweiten Mischkammer 46 vorgesehen. Verbrennungslufteinlass- und -auslassöffnungen 59a, 59b sind mit dem Kühlströmungspfad 57 verbunden. Verbrennungsluft tritt durch die Einlassöffnung 59a ein und strömt durch die Auslassöffnung 59b aus. Daher wird die hereinströmende Verbrennungslust erwärmt und die zweite PROX-Schicht 13 wird gekühlt.
  • Die Arbeitsweise des Reformers 2 wird beschrieben.
  • (1) Startvorgang
  • Zuerst wird reformierendes Wasser durch die Wasserzuführungsöffnung 20 zugeführt, und der Brenner 18 wird gezündet, um das Innere des Reformers 2 zu erwärmen. Wenn das Innere des Reformers 2 durch den Brenner 18 erwärmt ist, erwärmt Strahlungswärme der Flamme die Wärmeübertragungs-Trennwand 14. Das verbrannte Abgas geht zwischen der Wärmeübertragungs-Trennwand 14 und dem ersten Zylinder 61 hindurch und wird durch die Auslassöffnung 24 für verbranntes Abgas herausgeführt, so dass der Einlassbereich für das Rohmaterialgas zu der reformierenden Katalysatorschicht 8, der reformierenden Katalysatorschicht 8, der Vorwärmschicht 51a und der Wasserheizkanal 34 von innen her erwärmt wird.
  • Nachdem es auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist, geht das zugeführte Wasser durch das Verbindungsrohr 25 hindurch und wird mit dem durch die Rohmaterialgas-Zuführungsöffnung 26 zugeführten Rohmaterialgas gemischt. Die Mischung strömt durch den Heizkanal 48 nach unten und kehrt ihre Richtung in dem unteren Bereich um, um nach oben zu strömen.
  • Auf diese Weise können durch Verbrennung mit dem Brenner 18 eine Temperatur und Dampf, die für den Start des Reformers 2 erforderlich sind, innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitperiode erhalten werden. Durch Hindurchführen des verbrannten Abgases des Brenners 18 zwischen der Wärmeübertragungs-Trennwand 14 und dem ersten Zylinder 61 kann in dem verbrannten Abgas enthaltene Wärme absorbiert und abgegeben werden. Somit wird die Wärme effektiv genutzt, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.
  • Das Rohmaterialgas ist auf Kohlenwasserstoff basierender Brennstoff wie Stadtgas. Wenn das Rohmaterialgas durch die Zuführungsöffnung 26 zugeführt wird, geht es durch den Heizkanal 48 zwischen dem fünften und dem siebenten Zylinder 65 und 67 zusammen mit dem Dampf hindurch und wird zu der Vorwärmschicht 51a gesandt. In der Zwischenzeit erwärmen, da die Temperaturen der Verschiebungsschicht 10 und der PROX-Schicht 12, die in Kontakt mit dem Heizkanal 48 sind, niedrig sind, der Dampf und das Rohmaterialgas die Verschiebungsschicht 10 und die PROX-Schicht 12.
  • Wenn das Rohmaterialgas in die Vorwärmschicht 51a eintritt, absorbiert, da die Füllung, die in die Vorwärmschicht 51a gefüllt ist, durch Wärme von dem Brenner 18 erwärmt ist, das Rohmaterialgas diese Wärme und wird auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, die für die Reformierungsreaktion erforderlich ist, oder darüber hinaus, und tritt in die reformierende Katalysatorschicht 8 ein. Da mehr Rohgasmaterial und Dampf mit niedrigen Temperaturen kontinuierlich zu der Vorwärmschicht 51a geliefert werden, kann die Temperatur der Vorwärmschicht 51a nahe ihrer Einlassöffnung heruntergedrückt werden. Wenn das Rohmaterialgas, das in die reformierende Katalysatorschicht 8 eintritt, beispielsweise Methangas ist, wird es durch die folgende Reaktion reformiert: CH4 + H2O → CO + 3H2
  • Da die reformierende Reaktion durch die reformierende Katalysatorschicht 8 eine endotherme Reaktion ist, schreitet die Reaktion fort, während die reformierende Katalysatorschicht 8 die Verbrennungswärme des Brenners 18 absorbiert. Genauer gesagt, wenn das verbrannte Abgas des Brenners 18 durch den Abgasströmungspfad 80 zwischen der Wärmeübertragungs-Trennwand 14 und der reformierenden Katalysatorschicht 8 hindurchgeht, wird Wärme des verbrannten Abgases von der reformierenden Katalysatorschicht 8 absorbiert, und eine reformierende Reaktion findet in der reformierenden Katalysatorschicht 8 statt, während die begleitende Temperatur zunimmt. Wenn die Reaktion nahezu ein Gleichgewicht erreicht, wird das reformierte Gas von dem unteren Bereich der reformierenden Katalysatorschicht 8 freigegeben, kehrt seine Richtung an dem unteren Ende um und tritt in den zweiten Gasströmungspfad 50 ein.
  • Die runden Stäbe 81 sind wendelförmig in dem Strömungspfad 50 ausgebildet und das reformierte Gas steigt wendelförmig auf; sie führen einen Wärmetausch mit der reformierenden Katalysatorschicht 8 durch, da keine Temperaturdifferenz in der Umfangsrichtung besteht. Das obere Ende des zweiten Gasströmungspfads 50 ist in Kontakt mit der Vorwärmschicht 51a, bei der das Rohmaterialgas und der Dampf mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen eintreten. Somit wird die Temperatur des Gases weiter herabgesetzt, so dass das Gas von dem oberen Bereich des zweiten Gasströmungspfades 50 bei einer Temperatur freigegeben wird, die geeignet für die CO-modifizierende Reaktion ist, wird in der Richtung umgekehrt und tritt in die Verschiebungsschicht 10 ein.
  • In der Verschiebungsschicht 10 findet die folgende CO-modifizierende Reaktion statt: CO + H2O → CO2 + H2
  • Da die CO-modifizierende Reaktion der Verschiebungsschicht 10 eine exotherme Reaktion ist, steigt, wenn das reformierte Gas durch die Verschiebungsschicht 10 hindurchgeht, dessen Temperatur. Unterdessen ist der Heizkanal 48 außerhalb der Verschiebungsschicht 10 gebildet. Somit wird das reformierte Gas, dessen Temperatur erhöht ist, abgekühlt, um eine Temperatur zu erreichen, die für die selektive Oxidationsreaktion geeignet ist. Das von dem unteren Bereich der Verschiebungsschicht 10 freigegebene reformierte Gas wird an dem unteren Ende in seiner Richtung umgekehrt und tritt in die erste Mischkammer 42 ein. In der ersten Mischkammer 42 wird das reformierte Gas mit durch die erste Luftzuführungsöffnung 32 zugeführter Luft gemischt, und während es durch die Einlassöffnung 35 hindurchgeht, wird es weiterhin durch die Düsenwirkung der Einlassöffnung 35 gemischt, so dass eine CO-selektive Reaktion durch die PROX-Katalysatorschicht der ersten PROX-Schicht 12 durchgeführt wird.
  • In der ersten PROX-Schicht 12 findet die folgende Reaktion statt: 2CO + O2 → 2CO2
  • Wenn die Reaktion der ersten PROX-Schicht 12 beendet ist, strömt das Gas durch die in dem Umfangsbereich des achten Zylinders 68 gebildete zweite Einlassöffnung 39 in die zweite Mischkammer 46 und wird mit durch die Luftzuführungsöffnung 30 zugeführter Luft gemischt. Während sie weiterhin durch die zweite Einlassöffnung 39 hindurchgehen, werden das Gas und die Luft weiterhin durch den Düseneffekt der zweiten Ein lassöffnung 39 gemischt, und die zweite CO-selektive Reaktion wird durch die PROX-Katalysatorschicht der zweiten PROX-Schicht 13 durchgeführt.
  • Während Luft für die CO-selektive Oxidationsreaktion CO in CO2 umwandelt, oxidiert sie auch Her wodurch dieses unerwünschterweise verbraucht wird. Um die Oxidation von H2 zu minimieren, ist die erste Mischkammer 42 in der vorhergehenden Stufe vorgesehen. Eine minimal erforderliche Menge Sauerstoff wird zu dem reformierten Gas geliefert, um zu bewirken, dass selektiv eine CO-Oxidationsreaktion stattfindet, während eine Reaktion in mehreren Stufen stattfindet, beispielsweise in der ersten und der zweiten PROX-Schicht 12 und 13.
  • Da der Heizkanal 48 zwischen der Verschiebungsschicht 10 und der PROX-Schicht 12 gebildet ist, wird die Zeit, bis eine für die Reaktion erforderliche Temperatur von der Wärme des Dampfes erhalten wird, verkürzt.
  • (2) Stationärer Vorgang
  • Wenn die Temperatur der jeweiligen reagierenden Teile eine vorbestimmte Temperatur erreicht, so dass der stationäre Zustand erreicht ist, werden die jeweiligen Einstellventile (nicht gezeigt) allmählich geöffnet, und Wasser und das Rohmaterialgas werden durch die Zuführungsöffnungen 20 und 26 zugeführt. Dann wird Wasser durch den Wasserheizkanal 34 erwärmt und in dem Heizkanal 48 verdampft, wenn es die Reaktionswärme der Verschiebungsschicht 10 und der PROX-Schicht 12 absorbiert. Daher werden die Temperaturen der Verschiebungsschicht 10 und der PROX-Schicht 12, die einer exothermen Reaktion unterzogen werden, um ihre Temperaturen zu erhöhen, unterdrückt und können auf einem vorbestimmten Wert durch die Verdampfungswärme von Wasserwärme gehalten werden.
  • Da das reformierende Wasser verdampft wird, wenn es durch die Wärme der Verschiebungsschicht 10 und der PROX-Schicht 12 in dem Heizkanal 48 erwärmt wird, kann der Brennstoff für den Brenner 18 reduziert werden, so dass der zum Erzeugen von Dampf durch Wärme erforderliche Brennstoff wirtschaftlicher genutzt werden kann. Das Rohmaterialgas tritt zusammen mit dem durch den Heizkanal 48 erwärmten Dampf durch die Vorwärmschicht 51a in die reformierende Katalysatorschicht 8 ein.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wurde das Innere der Vorwärmschicht 51a bereits durch den Brenner 18 erwärmt, und das Rohmaterialgas und der Dampf werden weiterhin durch die Vorwärmschicht 51a erwärmt. Somit muss eine Vorheizvorrichtung oder dergleichen nicht getrennt vorgesehen sein, um die Temperatur des Rohmaterialgases auf einen Wert zu erhöhen, der für die reformierende Katalysatorschicht 8 erforderlich ist, so dass der Wärmewirkungsgrad verbessert werden kann. Da das Rohmaterialgas nicht zugeführt wird, nachdem es vorher auf eine hohe Temperatur erwärmt wurde, kann die Temperatur nahe der Einlassöffnung der Vorwärmschicht 51a, beispielsweise die Temperatur der Auslassöffnung des Strömungspfads 50, herabgesetzt werden, und die Verschiebungsschicht 10, in der eine Reaktion bei einer Temperatur stattfinden soll, die niedriger als die Reaktionstemperatur der reformierenden Katalysatorschicht 8 ist, kann mit der reformierenden Katalysatorschicht 8 über den zweiten Gasströmungspfad 50 kommunizieren.
  • Das durch die Vorwärmschicht 51a erwärmte Rohmaterialgas wird der reformierenden Reaktion unterzogen, da es weiterhin durch die reformierende Katalysatorschicht 8 erwärmt wird, und es strömt aus dem unteren Bereich der reformierenden Katalysatorschicht 8 heraus. Das reformierte Gas mit einer vergleichsweise hohen Temperatur, das aus dem unteren Bereich der reformierenden Katalysatorschicht 8 herausgeströmt ist, steigt durch den zweiten Gasströmungspfad 50 wendelförmig auf und wird gekühlt, da es einen gleichförmigen Wärmeaustausch mit der reformierenden Katalysatorschicht 8 durchführt. Mit anderen Worten, während das reformierte Gas wirbelnd durch den zweiten Gasströmungspfad 50 aufsteigt, wird seine Wärme absorbiert und die Temperatur fällt.
  • Da die Vorwärmschicht 51a in der vorhergehenden Stufe der reformierenden Katalysatorschicht 8 gebildet ist und die Einlassöffnung der Vorwärmschicht 51a und die Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades 50 nahe beieinander gebildet sind, wird das nicht vorerwärmte Rohmaterialgas in die Vorwärmschicht 51a eingeführt, so dass ein Anstieg der Temperatur der Vorwärmschicht 51a und demgemäß der Temperatur der Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades 50 unterdrückt wird. Somit kann die Verschiebungsschicht 10 zum ersten Mal kontinuierlich gebildet werden.
  • Das reformierte Gas, das durch den zweiten Gasströmungspfad 50 auf einen Wert abgekühlt wird, der für die CO-modifizierende Reaktion geeignet ist, tritt in die Verschiebungsschicht 10 durch deren oberen Bereich ein, und in dem reformierten Gas enthaltenes CO wird in Kohlendioxid umgewandelt. Obgleich diese Reaktion eine exotherme Reaktion ist, wird das reformierte Gas durch Wärmeaustausch mit dem Heizkanal 48 auf einen Wert abgekühlt, der für die CO-selektive Oxidationsreaktion geeignet ist, und es tritt dann in die nachfolgende PROX-Schicht 12 ein. In dieser Stufe enthält das reformierte Gas etwa 0,5% CO.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Isolator 53 in den Spalt zwischen dem zweiten Gasströmungspfad 50 und der Verschiebungsschicht 10 eingeführt. Der Isolator 53 blockiert Wärme von dem zweiten Gasströmungspfad 50. Somit wird Wärme von dem zweiten Gasströmungspfad 50 nicht direkt übertragen, um die Verschiebungsschicht 10 zu erwärmen, und die Temperatur der Verschiebungsschicht 10 kann auf dem vorbestimmten Wert gehalten werden.
  • Weiterhin verdampft der um die Verschiebungsschicht 10 herum gebildete Heizkanal 48 den feuchten Dampf. Dieser Zustand ist äquivalent der integralen Einfügung eines Boilers in dem Reformer 2. Wärmeverlust des verbrannten Abgases durch den Brenner 18 kann herabgesetzt werden und die Verschiebungsschicht 10 und die erste PROX-Schicht 12 können durch Verdampfungswärme gekühlt werden, so dass sie auf vorbestimmte Temperaturen gedrückt werden können. Daher kann der Grad der Umwandlung von CO in der Verschiebungsschicht 10 erhöht werden, und eine Methanbildungsreaktion und inverse Verschiebungsreaktion, die nicht bevorzugte Seitenreaktionen sind, können in der ersten PROX-Schicht 12 unterdrückt werden. Da die Reaktionswärme und fühlbar Wärme der Verschiebungsschicht 10 und der ersten PROX-Schicht 12 auf diese Weise absorbiert werden können, kann der Wärmewirkungsgrad verbessert werden.
  • Wenn die Verschiebungsschicht 10, die erste PROX-Schicht 12 und dergleichen zu kühlen sind, können Verbrennungsluft, Gas oder flüssiges reformierendes Wasser, Rohmaterialgas oder dergleichen, oder eine Kombination mehrerer von diesen als das Kühlfluid verwendet werden. Wenn beispielsweise Verbrennungsluft zu dem Heizkanal 48 zu liefern ist, kann der Heizkanal 48 als der Strömungspfad ausschließlich für die Verbrennungsluft verwendet werden, oder der Strömungspfad des Heizkanals 48 kann für die Strömung von Verbrennungsluft geteilt werden. Das reformierende Wasser, Rohmaterialgas und dergleichen kann in den Reformer 2 eingeführt werden, indem Strömungspfade getrennt von einem derartigen Verbrennungsluft-Strömungspfad gebildet werden.
  • Im Allgemeinen kann eine ausreiche größere Kühlfähigkeit durch Flüssigkeit reformierendes Wasser als durch Gas reformierendes Wasser erhalten werden, so dass die Temperatur beliebig herabgesetzt werden kann. Wenn das Flüssigkeit modifizierende Wasser mit dem Rohmaterialgas kombiniert wird, kann die Kühlfluid-Einlassdüse auch als die Rohmaterialgas-Einlassdüse dienen. Da die Kühlfluid-Auslassdüse nicht erforderlich ist, kann die Anordnung vereinfacht werden. Wenn die in den Heizkanal 48 zu liefernde Dampfmenge eingestellt wird, kann die Menge der Kühlwärme in dem Heizkanal 48 geändert werden, und die Temperatur der Verschiebungsschicht 10, der ersten PROX-Schicht 12 und dergleichen, die für die Reaktion wichtig sind, können auf vorbestimmten Werten gehalten werden.
  • Das von der Verschiebungsschicht 10 freigegebene reformierte Gas tritt in die zweite und die erste Mischkammer 46 und 42 ein, in der es mit Luft von den Luftzuführungsöffnungen 30 und 32 zu mischen ist. Da das reformierte Gas mit Luft gemischt wird, während es durch die erste Mischkammer 42 und dergleichen hindurchgeht, kann es ausreichend hin- und herbewegt werden, wenn eine getrennte Bewegungsvorrichtung oder dergleichen nicht vorgesehen ist, und es tritt in die PROX-Katalysatorschicht ein, wenn es hin- und herbewegt wird. Daher kann ein unnötiger Wasserstoffverlust, der durch lokales Auftreten einer hohen Sauerstoffkonzentration bewirkt wird, in der Reaktion der PROX-Katalysatorschicht verhindert werden. Da der Durchmesser der Einlassöffnung 35 und dergleichen beliebig gesetzt werden kann, kann das reformierte Gas ausreichend hin- und herbewegt werden, so dass ein durch überschüssige Luft bewirkter Wasserstoffverlust unterdrückt werden kann.
  • Nachdem die Reaktion des reformierten Gases durch die zweite PROX-Schicht 13 der zweiten Stufe beendet ist, wird das reformierte Gas über die Auslassöffnung 28 für reformiertes Gas als ein Gas herausgeführt, das beispielsweise 75% Wasserstoff, 5% Methan, 19% Kohlendioxid, 1% Stickstoff und 10 ppm oder weniger Kohlenmonoxid enthält. Da das reformierte Gas auf diese Weise eine Konzentration von Kohlenmonoxid von 10 ppm oder weniger hat, kann es zu einer Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp geliefert werden, so dass es als ein Brennstoffgas für die Brennstoffzelle vom Festkörperpolymertyp verwendet werden kann.
  • Da das durch die Verschiebungsschicht 10 hindurchgehende reformierte Gas zuverlässig mit Luft gemischt wird, und da die Einlassöffnung 35 und dergleichen nur in einem Bereich gebildet sind, wird, wenn das reformierte Gas durch die Einlassöffnung 35 und dergleichen hindurchgeht, sehr gut mit Luft gemischt. Da das reformierte Gas auf diese Weise ausreichend mit Luft hin- und herbewegt wird, und es in die erste PROX-Schicht 12 und dergleichen eingeführt wird, wird die selektive Oxidationsreaktion wirksam durchgeführt, und die Verbrauchsmenge von Wasserstoff bei der selektiven Oxidationsreaktion kann minimiert werden, so dass die CO-Konzentration auf einen vorbestimmten Wert oder weniger herabgesetzt werden kann.
  • Bei dem vorbeschriebenen Beispiel ist die Verschiebungsschicht 10 (zweite Verschiebungsschicht) unter der ersten PROX-Schicht 12 vorgesehen. Jedoch muss die Verschiebungsschicht 10 nicht unter der ersten PROX-Schicht 12 vorgesehen sein. Die Auslassöffnungen 33 und dergleichen sind in acht Bereichen gebildet, die nahezu gleichen Abstand in der Umfangsrichtung haben, und die Einlassöffnung 35 und dergleichen ist in einem Bereich gebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, und mehrere Einlassöffnungen können ausgebildet sein, wenn dies erforderlich ist.
  • Weiterhin müssen die Rippen 9, die runden Stäbe 81 und dergleichen in der Längsrichtung des Reformers 2 nicht kontinuierlich sein. Wenn die Rippen 9, runden Stäbe 81 und dergleichen geeignet in mehrere Gruppen geteilt sind, kann die thermische Beanspruchung besser bewältigt werden.

Claims (44)

  1. Einrohrreformer vom Zylindertyp enthaltend mehrere kreisförmige Zylinder, die koaxial aufrecht stehen, einen Strahlungszylinder, der innerhalb der mehreren kreisförmigen Zylinder koaxial angeordnet ist, und einen Brenner, der an einem Ende der Mitte des Strahlungszylinders angeordnet ist, und mit einer reformierenden Katalysatorschicht, die erhalten ist durch Füllen zumindest eines ersten Gasströmungspfades, der von den mehreren Gasströmungspfaden, die durch die mehreren kreisförmigen Zylinder geteilt sind und ringförmige Querschnitte haben, dem Brenner am nächsten ist, mit einem reformierenden Katalysator, wobei der Einrohrreformer vom Zylindertyp eine Vorwärmschicht aufweist, die mit einer Metallpackung an einem Ende (stromaufwärts) der reformierenden Katalysatorschicht, die mit dem reformierenden Katalysator gefüllt ist, gefüllt ist.
  2. Reformer nach Anspruch 1, bei dem wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem ersten Gasströmungspfad so vorgesehen sind, dass ein Gas wendelförmig durch die Vorwärmschicht und die reformierende Katalysatorschicht strömt.
  3. Reformer nach Anspruch 2, bei dem die wendelförmigen Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die die Gasströmungspfade in Sektoren in Querschnitten hiervon teilen.
  4. Einrohrreformer vom Zylindertyp enthaltend mehrere kreisförmige Zylinder, die koaxial aufrecht stehen, einen Strahlungszylinder, der koaxial innerhalb der mehreren kreisförmigen Zylinder angeordnet ist, und einen Brenner, der an einem Ende der Mitte des Strahlungszylinders angeordnet ist, und mit einer reformierenden Katalysatorschicht, die erhalten ist durch Füllen zumindest eines ersten Gasströmungspfades, der unter mehreren Gasströmungspfaden, die durch die mehreren kreisförmigen Zylinder geteilt sind und ringförmige Querschnitte haben, dem Brenner am nahesten ist, mit einem reformierenden Katalysator, wobei der Einrohrreformer vom Zylindertyp wendelförmige Teilungsmittel aufweist, die sich in dem ersten Gasströmungspfad in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, um ein Gas wendelförmig zu teilen und zu bewirken, dass es durch den ersten Gasströmungspfad strömt.
  5. Reformer nach Anspruch 4, bei dem die wendelförmigen Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  6. Reformer nach Anspruch 4, aufweisend eine Vorwärmschicht, die mit einer Metallpackung an einem Ende (stromaufwärts) der reformierenden Katalysatorschicht gefüllt ist.
  7. Reformer nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad außerhalb der mit dem reformierenden Katalysator gefüllten reformierenden Katalysatorschicht gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in eine Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem ersten Gasströmungspfad strömt, wobei die andere endseitige Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades an einer äußeren Umfangsseite nahe einer Einlassöffnung der Vorwärmschicht angeordnet ist und wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem zweiten Gasströmungspfad gebildet sind, um ein Gas so wendelförmig zu teilen, dass es durch den zweiten Gasströmungspfad strömt.
  8. Reformer nach Anspruch 7, bei dem wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem ersten Gasströmungspfad so vorgesehen sind, dass ein Gas wendelförmig durch die Vorwärmschicht und die reformierende Katalysatorschicht strömt.
  9. Reformer nach Anspruch 8, bei dem die in dem ersten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  10. Reformer nach Anspruch 7, bei dem die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  11. Reformer nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in den ersten Gasströmungspfad strömt, wobei die andere endseitige Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades an einer äußeren Seite nahe einer Einlassöffnung der Vorwärmschicht angeordnet ist, und wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem zweiten Gasströmungspfad gebildet sind, um ein Gas wendelförmig zu teilen und zu bewirken, dass es durch den zweiten Gasströmungspfad strömt.
  12. Reformer nach Anspruch 11, bei dem die in dem ersten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  13. Reformer nach Anspruch 11, aufweisend eine mit einer Metallpackung gefüllte Vorwärmschicht an einem Ende (stromaufwärts) der reformierenden Katalysatorschicht.
  14. Reformer nach Anspruch 11, bei dem die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildetem Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  15. Reformer nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon und ermöglichend, dass ein Gas in eine Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem ersten Gasströmungspfad mit der Vorwärmschicht strömt, einen dritten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher dritte Gasströmungspfad um den zweiten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem zweiten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit Teilungsmitteln und einer CO-modifizierenden Katalysatorschicht darin, einem vierten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher vierte Gasströmungspfad um den dritten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des dritten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlass öffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem dritten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer Katalysatorschicht für CO-selektive Oxydation darin, und einen Heizkanal, der als ein Rohmaterial-Gasströmungspfad dient, der zwischen dem dritten und dem vierten Gasströmungspfad gebildet ist, eine Einlassöffnung an einer Endseite hiervon aufweist und ermöglicht, dass ein Rohmaterialgas in dem vierten Gasströmungspfad in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt und nahe einem Ende des vierten Gasströmungspfads umgekehrt wird, und ermöglicht, dass das Rohmaterialgas in dem dritten Gasströmungspfad in der selben Richtung wie der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt.
  16. Reformer nach Anspruch 15, bei dem wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem ersten Gasströmungspfad so vorgesehen sind, dass ein Gas wendelförmig durch die Vorwärmschicht und die reformierende Katalysatorschicht strömt.
  17. Reformer nach Anspruch 16, bei dem die in dem ersten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  18. Reformer nach Anspruch 15, bei dem die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  19. Reformer nach Anspruch 15, bei dem die in dem dritten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren Rippen bestehen, die an einem inneren kreisförmigen Zylinder, der den dritten Gasströmungspfad bildet, so befestigt sind, dass sie den dritten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  20. Reformer nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend: einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon und ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in den ersten Gasströmungspfad mit den Teilungsmitteln strömt, einen dritten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher dritte Gasströmungspfad um den zweiten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem zweiten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit Teilungsmitteln und einer CO-modifizierenden Katalysatorschicht darin, einen vierten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher vierte Gasströmungspfad um den dritten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der ande ren endseitigen Auslassöffnung des dritten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem dritten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-selektiven Oxidations-Katalysatorschicht darin, und einen Heizkanal, der als ein Rohmaterial-Gasströmungspfad dient, der zwischen dem dritten und dem vierten Gasströmungspfad gebildet ist, eine Einlassöffnung an einer Endseite hiervon aufweist und ermöglicht, dass ein Rohmaterialgas in dem vierten Gasströmungspfad in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt und nahe einem Ende des vierten Gasströmungspfades umgekehrt wird, und ermöglicht, dass das Rohmaterialgas in dem dritten Gasströmungspfad in der selben Richtung wie der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt.
  21. Reformer nach Anspruch 20, bei dem die in dem ersten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  22. Reformer nach Anspruch 20, aufweisend eine mit einer Metallpackung gefüllte Vorwärmschicht an einem Ende (stromaufwärts) der reformierenden Katalysatorschicht.
  23. Reformer nach Anspruch 20, bei dem die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  24. Reformer nach Anspruch 20, bei dem die in dem dritten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen bestehen, die an einem inneren kreisförmigen Zylinder, der den dritten Gasströmungspfad bildet, so befestigt sind, dass sie den dritten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  25. Reformer nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem ersten Gasströmungspfad strömt, einen dritten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher dritte Gasströmungspfad um den zweiten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem zweiten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-modifizierenden Katalysatorschicht darin, einen vierten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher vierte Gasströmungspfad um den dritten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der ande ren endseitigen Auslassöffnung des dritten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem dritten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht darin, einen Heizkanal, der als Rohmaterial-Gasströmungspfad dient, der zwischen dem dritten und dem vierten Gasströmungspfad gebildet ist, eine Einlassöffnung an einer Endseite hiervon hat und ermöglicht, dass ein Rohmaterialgas in dem vierten Gasströmungspfad in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt und nahe einem Ende des vierten Gasströmungspfades umgekehrt wird, und ermöglicht, dass das Rohmaterialgas in dem dritten Gasströmungspfad in der selben Richtung wie der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt, eine ringförmige Mischkammer, die mit einem Luftzuführungsrohr auf einer Stromaufwärtsseite des vierten Gasströmungspfads zu verbinden ist, eine Auslassöffnung, um das Gas, das in den vierten Gasströmungspfad strömt, zu der Mischkammer zu führen, eine ringförmige Einlasskammer, in die ein reformiertes Gas, das mit Luft gemischt ist, durch eine Einlassöffnung so strömt, dass es zu einem Anfangsanschluss der CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht geführt wird, und eine Einlassöffnung, um zu ermöglichen, dass die Einlasskammer und der Anfangsanschluss der CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht miteinander kommunizieren, wobei axiale Längen des dritten und des vierten Gasströmungspfades kürzer sind als diejenigen des ersten und des zweiten Gasströmungspfades und eine zweite CO-modifizierende Katalysatorschicht auf einer Stromaufwärtsseite des vierten Gasströmungspfades gebildet ist.
  26. Reformer nach Anspruch 25, bei dem wendelförmige Teilungsmittel, die sich in einer axialen Richtung der kreisförmigen Zylinder erstrecken, in dem ersten Gasströmungspfad so vorgesehen sind, dass ein Gas wendelförmig durch die Vorwärmschicht und die reformierende Katalysatorschicht strömt.
  27. Reformer nach Anspruch 26, bei dem die in dem ersten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  28. Reformer nach Anspruch 25, bei dem die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  29. Reformer nach Anspruch 25, bei dem mehrere wendelförmige Rippen, die an einem inneren kreisförmigen Zylinder, der den dritten Gasströmungspfad bildet, befestigt sind, in dem dritten Gasströmungspfad so vorgesehen sind, dass sie den dritten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  30. Reformer nach Anspruch 25, bei dem eine äußere Umfangswand der CO-selektiven Oxydationskatalysatorschicht innerhalb einer äußeren Umfangswand des vierten Gasströmungspfads gebildet ist, und ein zwischen der äußeren Umfangswand des vierten Gasströmungspfades und der äußeren Umfangswand der CO-selektiven Oxydationskatalysatorschicht gebildeter und von der Mischkammer geteilter Raum als ein Kühlungsströmungspfad dient, in welchem ein Kühlfluid strömt.
  31. Reformer nach Anspruch 30, bei dem ein Teilungsglied in dem Kühlungsströmungspfad vorgesehen ist, um den Kühlungsströmungspfad wendelförmig zu teilen.
  32. Reformer nach Anspruch 30, bei dem das in den Kühlungsströmungspfad zu liefernde Kühlfluid so zugeführt wird, dass es in einer Richtung entgegengesetzt einer Strömungsrichtung eines Gases, das in die CO-selektive Oxydationskatalysatorschicht zu liefern ist, strömt.
  33. Reformer nach Anspruch 30, bei dem von dem Brenner zu verbrennende Verbrennungsluft als das Kühlungsfluid verwendet wird.
  34. Reformer nach Anspruch 30, bei dem ein Abgas, das von einem Brennstoffpol einer Brennstoffzelle ausgegeben wird, als das Kühlfluid verwendet wird.
  35. Reformer nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend: einen zweiten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher zweite Gasströmungspfad um die mit dem reformierenden Katalysator gefüllte reformierende Katalysatorschicht herum gebildet ist, kommunizierend mit der reformierenden Katalysatorschicht mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, und ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegen gesetzt zu der einer Gasströmung in dem ersten Gasströmungspfad strömt, einen dritten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher dritte Gasströmungspfad um den zweiten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des zweiten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem zweiten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-modifizierenden Katalysatorschicht darin, einen vierten Gasströmungspfad mit einem ringförmigen Querschnitt, welcher vierte Gasströmungspfad um den dritten Gasströmungspfad herum gebildet ist, kommunizierend mit der anderen endseitigen Auslassöffnung des dritten Gasströmungspfades mit einer endseitigen Einlassöffnung hiervon, ermöglichend, dass ein Gas in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem dritten Gasströmungspfad strömt, und versehen mit einer CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht darin, einen Heizkanal, der als ein Rohmaterial-Gasströmungspfad dient, der zwischen dem dritten und dem vierten Gasströmungspfad gebildet ist, eine Einlassöffnung an einer Endseite hiervon hat und ermöglicht, dass ein Rohmaterialgas in dem vierten Gasströmungspfad in einer Richtung entgegengesetzt zu der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt und nahe einem Ende des vierten Gasströmungspfades umgekehrt wird, und ermöglicht, dass das Rohmaterialgas in dem dritten Gasströmungspfad in der selben Richtung wie der einer Gasströmung in dem vierten Gasströmungspfad strömt, eine ringförmige Mischkammer, die mit einem Luftzuführungsrohr auf einer Stromaufwärtsseite des vierten Gasströmungspfades zu verbinden ist, eine Auslassöffnung zum Führen des Gases, das in den vierten Gasströmungspfad strömt, zu der Mischkammer, eine ringförmige Einlasskammer, in die ein mit Luft vermischtes reformiertes Gas durch eine Einlassöffnung so strömt, dass es zu einem Anfangsanschluss der CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht geführt wird, und eine Einlassöffnung zum Ermöglichen, dass die Einlasskammer und der Anfangsanschluss der CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht miteinander kommunizieren, wobei axiale Längen des dritten und des viertes Gasströmungspfades kürzer sind als diejenigen des ersten und des zweiten Gasströmungspfades, und eine zweite CO-modifizierende Katalysatorschicht auf einer Stromaufwärtsseite des vierten Gasströmungspfades gebildet ist.
  36. Reformer nach Anspruch 35, bei dem die in dem ersten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmittel aus mehreren wendelförmigen Rippen oder mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den ersten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  37. Reformer nach Anspruch 35, aufweisend eine mit einer Metallpackung gefüllte Vorwärmschicht an einem Ende (stromaufwärts) der reformierenden Katalysatorschicht.
  38. Reformer nach Anspruch 35, bei dem die in dem zweiten Gasströmungspfad gebildeten Teilungsmit tel aus mehreren wendelförmigen runden Stäben bestehen, die den zweiten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  39. Reformer nach Anspruch 35, bei dem mehrere wendelförmige Rippen, die an einem inneren kreisförmigen Zylinder, der den dritten Gasströmungspfad bildet, befestigt sind, in dem dritten Gasströmungspfad so vorgesehen sind, dass sie den dritten Gasströmungspfad in Sektoren in einem Querschnitt hiervon teilen.
  40. Reformer nach Anspruch 35, bei dem eine äußere Umfangswand der CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht innerhalb einer äußeren Umfangswand des vierten Gasströmungspfades gebildet ist, und ein zwischen der äußeren Umfangswand des vierten Gasströmungspfades und der äußeren Umfangswand der CO-selektiven Oxydations-Katalysatorschicht gebildeter und von der Mischkammer geteilter Raum, als ein Kühlströmungspfad dient, in dem ein Kühlfluid strömt.
  41. Reformer nach Anspruch 40, bei dem ein Teilungsglied in den Kühlströmungspfad vorgesehen ist, um den Kühlströmungspfad wendelförmig zu teilen.
  42. Reformer nach Anspruch 40, bei dem das in den Kühlströmungspfad zu liefernde Kühlfluid so zugeführt wird, dass es in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Strömungsrichtung eines in die CO-selektive Oxydations-Katalysatorschicht zuzuführenden Gases strömt.
  43. Reformer nach Anspruch 40, bei dem von dem Brenner zu verbrennende Verbrennungsluft als das Kühlfluid verwendet wird.
  44. Reformer nach Anspruch 35, bei dem ein Abgas, das von einem Brennstoffpol einer Brennstoffzelle ausgegeben wird, als das Kühlfluid verwendet wird.
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