JP2005335982A - 燃料処理装置及び燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置及び当該燃料処理装置を備える燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】 原料燃料Ｇを処理して水素を主成分とする燃料ガスＪに改質する燃料処理装置において、改質に利用する熱を発生する熱源２を収容する略筒状に形成された筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体３Ａと、筒状体高温部を外部に対して断熱する無機質多孔体４と、筒状体低温部を外部に対して断熱する無機質発泡体５とを備えるように構成されるので、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料処理装置及び燃料電池発電システムに関し、特に優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置及び当該燃料処理装置を備えた燃料電池発電システムに関するものである。

従来から、例えば、水素に富む燃料ガスを生成し燃料電池の燃料極に供給すると共に、空気等の酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池の空気極に供給して電気化学的反応により発電する燃料電池発電システムがある。

このような燃料電池発電システムでは、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ、天然ガス、灯油などの原料燃料から燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池に用いる水素を発生させる燃料処理装置を備える。当該燃料処理装置では、原料処理効率を高めるため、また装置内部の温度バランスを適正に保つために、装置の燃焼部、触媒層、熱交換部分等を１００℃から８００℃以上の高温度に維持・安定させることが条件となる。この条件を満足させるために、燃料処理装置の燃焼部、触媒層、熱交換部分等に、これらの形状、構造に合わせ、不燃性、耐熱性、断熱性を有する断熱成型体を装着、挿入し、あるいは被覆することが必要である。これを満たす例として、例えば、シリカフューム等のシリカ超微粒子粉末を圧縮成型した断熱成型体を装着、被覆した断熱保温を備えた燃料処理装置がある。

しかしながら、このような断熱成型体は、耐熱性と断熱性は満足するものの、例えば、高価であったり、圧縮成型等の手段で成型加工されるため、加工性が十分でなく、所望の形状に成型することが難しく、且つ、断熱成型体の表面硬度、強度が低いので外的衝撃に対して弱く、さらに、これらの固形断熱材は、例えば、固定が難しく、従来はテープ等で固定していたが、熱膨張により固形断熱材間、あるいは容器と固定断熱材との間に隙間が生じ、熱が外部に逃げる現象があった。また、例えば、狭い空間等に充填する際には断熱材と装置との間に隙間ができ、断熱性能が低下する場合があり、実用性が十分でないことがあった。

そこで本発明は、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置及び当該燃料処理装置を備えた燃料電池発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料処理装置は、例えば図１に示すように、原料燃料Ｇを処理して水素を主成分とする燃料ガスＪに改質する燃料処理装置において；改質に利用する熱を発生する熱源２を収容する略筒状に形成された筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体３Ａと；筒状体高温部を外部に対して断熱する無機質多孔体４と；筒状体低温部を外部に対して断熱する無機質発泡体５とを備えるように構成される。

このように構成すると、無機質多孔体が筒状体高温部を外部に対して断熱し、無機質発泡体が筒状体低温部を外部に対して断熱するので、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置を提供することができる。

上記目的を達成するために、請求項２に係る発明による燃料処理装置は、例えば図１に示すように、原料燃料Ｇを改質し、水素を主成分とする改質ガスＭを生成する改質部１４、１４Ａと；改質ガスＭ中の一酸化炭素を低減して燃料ガスＪを生成する一酸化炭素低減部１５、１５Ａ、１６、１６Ａと；改質に利用する熱を発生する熱源２を収容する略筒状に形成された筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体３Ａと；改質部１４、１４Ａを外部に対して断熱する無機質多孔体４と；一酸化炭素低減部１５、１５Ａ、１６、１６Ａを外部に対して断熱する無機質発泡体５とを備え：改質部１４、１４Ａは筒状体高温部の側に、一酸化炭素低減部１５、１５Ａ、１６、１６Ａは筒状体低温部の側にそれぞれ配置されるように構成される。

このように構成すると、無機質多孔体が筒状体高温部の側の改質部を外部に対して断熱し、無機質発泡体が筒状体低温部の側の一酸化炭素低減部を外部に対して断熱するので、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置を提供することができる。

また請求項３に記載のように、請求項２に記載の燃料処理装置では、改質部１４、１４Ａの温度は４５０℃程度以上であり、一酸化炭素低減部１５、１５Ａ、１６、１６Ａの温度は５５０℃程度以下であるように構成してもよい。

このように構成すると、改質部１４、１４Ａの温度を４５０℃程度以上に、一酸化炭素低減部１５、１５Ａ、１６、１６Ａの温度を５５０℃程度以下に維持しつつ、外部に対して断熱することができる。

また請求項４に記載のように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料処理装置では、無機質発泡体５は、シリカ・アルミナ系微粒子粉末を含んで配合された混合物を発泡させ硬化させることにより形成してもよい。

このように構成すると、燃料処理装置は、優れた耐熱性と高温での良好な断熱性を有し一体成型可能な無機質発泡体により熱が外側に漏れるのを確実に防止することができる。

また請求項５に記載のように、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料処理装置では、無機質多孔体４と無機質発泡体５の外側を覆う表面材６と；表面材６の内側であって筒状体低温部の側に原料燃料Ｇを導入する配管３４を備え；混合物はスラリーであり、無機質発泡体５は、表面材６の内側にスラリーを流し込むことによって形成され、配管３４を覆うようにしてもよい。

このように構成すると、燃料処理装置は、表面材を成型型としてスラリーを流し込み、発泡、硬化させることで狭い空間でも無機質発泡体を装着させることができるので、例えば、隙間ができて断熱性能が低下することがない。

また請求項６に記載のように、請求項５に記載の燃料処理装置では、表面材６は、無機質短繊維をフェルト状に成型させた無機質短繊維フェルトであるものとしてもよい。

このように構成すると、無機質多孔体４と無機質発泡体５の外側を無機質短繊維フェルトである表面材６によって覆うので、無機質多孔体４と無機質発泡体５を外的衝撃から保護することができる。

上記目的を達成するために、請求項７に係る発明による燃料電池発電システムは、例えば図３に示すように、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料処理装置１と；燃料ガスＪと酸化剤ガスＮとの電気化学的反応により発電する燃料電池２０２とを備えるように構成される。

このように構成すると、無機質多孔体が筒状体の熱源側を外部に対して断熱し、無機質発泡体が筒状体の熱源とは反対側を外部に対して断熱するので、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置を備える燃料電池発電システムを提供することができる。

なお、典型的には、原料燃料は炭化水素系ガスであり、例えばメタンガスである。さらに、燃料電池は、典型的には、固体高分子型燃料電池である。

以上のように本発明によれば、原料燃料を処理して水素を主成分とする燃料ガスに改質する燃料処理装置において、改質に利用する熱を発生する熱源を収容する略筒状に形成された筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体と、筒状体高温部を外部に対して断熱する無機質多孔体と、筒状体低温部を外部に対して断熱する無機質発泡体とを備えるように構成されるので、無機質多孔体が筒状体高温部を外部に対して断熱し、無機質発泡体が筒状体低温部を外部に対して断熱するため、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、実用性が十分である燃料処理装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１から図５は、発明を実施する形態の一例であって、図中、同一または類似の符号を付した部分は同一物または相当物を表わし、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１の概略構成を示す断面図である。燃料処理装置１は、原料燃料としての原料ガスＧを処理して水素を主成分とする燃料ガスＪに改質する燃料処理装置である。具体的には、燃料処理装置１は、原料燃料Ｇを改質し、水素を主成分とする改質ガスＭを生成する改質部１４、１４Ａと、改質ガスＭ中の一酸化炭素を低減して燃料ガスＪを生成する一酸化炭素低減部１５、１５Ａ、１６、１６Ａとを備える。改質部は、後述する改質触媒層１４、隔壁１４Ａを、一酸化炭素低減部は、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａを含んで構成されている。

改質触媒層１４には、原料ガスＧと改質用水Ｈを供給して原料ガスＧを改質反応により改質し、水素に富む改質ガスＭを生成する改質触媒が充填されている。シフト触媒層１５には、改質ガスＭ中の前記一酸化炭素をシフト（変成）反応によりシフト（変成）し、シフトガスＩを生成するシフト触媒が充填されている。選択酸化触媒層１６には、シフトガスＩ中の一酸化炭素を一酸化炭素選択酸化反応により除去し、燃料ガスＪを生成する選択酸化触媒が充填されている。なお、改質触媒層１４、隔壁１４Ａ、一酸化炭素低減部は、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａについての詳細は後述する。

また、原料燃料Ｇは、典型的には、炭化水素系ガスであり、ここでは、メタンガスであるが、都市ガス、ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）や灯油等であってもよい。

さらに、燃料処理装置１は、改質に利用する熱を発生する熱源としてのバーナー炎２（図中一点鎖線にて図示）を収容する略筒状、典型的には、略円筒状に形成され両端面が開口した筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体としての燃焼円筒体３Ａと、改質触媒層１４、隔壁１４Ａを外部に対して断熱する無機質多孔体としての第１の断熱成型体４と、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａを外部に対して断熱する無機質発泡体としての第２の断熱成型体５とを備える。

燃料処理装置１は、さらに、燃焼用原料（燃焼用ガスＤと燃焼用空気Ｅ）を導入する燃焼原料導入部１１と、燃焼用原料を燃焼させてバーナー炎２を放出するバーナー１２と、燃焼円筒体３Ａによって画成され、バーナー１２を収容する燃焼室３と、燃焼排気ガスＦが通過する燃焼排気ガス流路２１、改質ガスＭが通過する改質ガス流路２２とを備える。

燃焼原料導入部１１は、燃焼円筒体３Ａの一方の端面を塞ぐように燃料処理装置１の鉛直方向上部中央に設置され、原料導入口３１を有する。原料導入口３１から燃焼用原料（燃焼用ガスＤと燃焼用空気Ｅ）が導入される。バーナー１２は、略円筒状に形成され、両端面が開口している。バーナー１２は、一方の端面が燃料処理装置１の上部中央であって燃焼原料導入部１１の燃焼円筒体３Ａ側の面に形成された開口部１１Ａに接続される。バーナー１２は、燃焼円筒体３Ａと略同軸で設置され、燃焼原料導入部１１から導入される燃焼用原料（燃焼用ガスＤと燃焼用空気Ｅ）を燃焼させ、バーナー１２のもう一方の端面１２Ａからバーナー炎２を放出する。すなわち、バーナー炎２は、バーナー１２の燃焼原料導入部１１と対向する端面１２Ａに形成される。

燃焼室３は、円筒形状をした燃焼円筒体３Ａによってその周囲を画成され、バーナー１２を収容する。燃焼室３は、バーナー１２で燃焼用ガスＤを燃焼し、原料ガスＧの改質に利用する熱を発生し、改質触媒層１４を加熱する。バーナー１２で燃焼した燃焼用ガスＤの燃焼排気ガスＦは、燃焼排気ガス流路２１を通って改質触媒層１４を加熱しつつ、燃焼排気ガス導出流路３２から燃料処理装置１外に排気される。

本実施の形態では、燃焼円筒体３Ａは、バーナー炎２（図中一点鎖線にて図示）を略筒状内の一方の側に有する。バーナー炎２を略筒状内の一方の側に有するとは、略筒状に形成される筒状体の重心よりもずれた位置に熱源を有することをいう。燃焼円筒体３Ａは、上述したように、略円筒状に形成され、径方向の長さよりも軸方向の長さの方が長く形成され、すなわち、長手方向を有して形成される。燃焼円筒体３Ａは、バーナー１２の端面１２Ａが燃焼円筒体３Ａの径方向と略直交する方向に対する中心よりも、燃焼原料導入部１１側とは反対側に位置するように設置され、バーナー炎２は燃焼円筒体３Ａの重心よりも軸方向、燃焼原料導入部１１反対側にずれた部分に位置する。

なお、燃焼円筒体３Ａは、バーナー１２の端面１２Ａが燃焼円筒体３Ａの径方向と略直交する方向（軸線方向）に対する中心よりも、燃焼原料導入部１１側に位置するように設置し、バーナー炎２が燃焼円筒体３Ａの重心よりも軸方向、燃焼原料導入部１１側にずれた部分に位置するように構成してもよい。どちらの場合でも、典型的には、燃焼用原料（燃焼用ガスＤと燃焼用空気Ｅ）を導入する流動方向の下流側、すなわち、バーナー炎２を放出する方向の下流側に、バーナー炎２は延びた形に形成され、温度の高い燃焼排気ガスＦが放出されるため、燃焼円筒体３Ａは、バーナー炎２を放出する方向の下流側が相対的に温度の高い筒状体高温部となる。これに対し、燃焼円筒体３Ａは、バーナー炎２を放出する方向の上流側、すなわち、燃焼原料導入部１１側が相対的に温度の低い筒状体低温部となる。

言い換えれば、燃焼円筒体３Ａは、軸線方向に温度分布を有しているということができる。改質触媒層１４、隔壁１４Ａ、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａ等は、後述するように、運転時に反応に適した温度を維持するように、当該温度分布に応じて燃料処理装置１内に配設される。典型的には、筒状体高温部は、燃焼円筒体３Ａの、バーナー１２がバーナー炎２を放出する方向の下流側の端面から２分の１から３分の２程度の部分、筒状体低温部は、燃焼円筒体３Ａの、バーナー１２がバーナー炎２を放出する方向の上流側の端面から３分の１から２分の１程度の部分である。また、典型的には、筒状体高温部の温度は５００℃程度以上、場合によって１０００℃程度であり、筒状体低温部の温度は５００℃程度以下である。

燃焼排気ガス流路２１は、一方の端面が開口した略円筒状に形成される隔壁２１Ａと燃焼円筒体３Ａとの間に円環形状に画成される空間、及び隔壁２１Ａの開口側に径方向に略円盤状に形成され隔壁２１Ｂと隔壁２１Ｃとの間に円環形状に画成される空間を含んで構成される。隔壁２１Ａは、径方向に燃焼円筒体３Ａよりも大きく、燃焼円筒体３Ａと略同軸に、燃焼原料導入部１１から遠い側が閉じた端面２１Ａ’となるように配設される。隔壁２１Ａは、内側に燃焼円筒体３Ａの略全体を収納するように形成されている。隔壁２１Ｂと隔壁２１Ｃとの間に円環形状に画成される空間には、略円形断面の配管である燃焼排気ガス導出流路３２が接続され、燃焼排気ガス流路２１を通過してきた燃焼排気ガスＦは、当該燃焼排気ガス導出流路３２通過して外部に排気される。ただし、隔壁２１Ａの閉じた端面２１Ａ’は、燃焼円筒体３Ａの開口している端面と間隔を開けて設置されている。燃焼排気ガスＦは、隔壁２１Ａの閉じた端面２１Ａ’にぶつかって折り返し、当該間隔を開けられた空間を介して燃焼排気ガス流路２１に流入する。

改質触媒層１４は、隔壁２１Ａと略円筒形状に形成される隔壁１４Ａとによって画成される。隔壁１４Ａは、径方向に燃焼円筒体３Ａよりも大きく、燃焼円筒体３Ａと略同軸に配設される。隔壁１４Ａは、その内側に隔壁２１Ａを、閉じた端面２１Ａ’から２分の１から３分の２程度まで収納するように形成されている。また、隔壁１４Ａは、閉じた端面２１Ａ’側の端面が開口されているのに対して、当該開口した端面に対向する端面は、略円盤状に形成された隔壁１４Ｂによって閉鎖される。

改質触媒層１４は、当該画成された空間に、略円環形状に改質触媒が充填されている。改質触媒層１４に充填される改質触媒は、改質反応を促進するものであれば何でもよく、例えば触媒の種類としてＮｉ系改質触媒やＲｕ系改質触媒などが用いられる。また、改質触媒の形状は、効率的に反応を行うために粒状、円柱状、ハニカム状やモノリス状とするとよい。改質触媒層１４で、後述する原料ガス導入流路３４から供給される原料ガスＧの改質反応により生成される改質ガスＭは、改質ガス流路２２を通ってシフト触媒層１５に導入される。

改質ガス流路２２は、隔壁１４Ａと一方の端面が開口した略円筒状に形成される隔壁２２Ａとの間に円環形状に画成される。隔壁２２Ａは、径方向に隔壁１４Ａよりも大きく、燃焼円筒体３Ａと略同軸に、隔壁２１Ａの端面２１Ａ’側が閉じた端面２２Ａ’となるように配設される。隔壁２２Ａは、その内側に隔壁１４Ａを、開口した端面から２分の１から３分の２程度まで収納するように形成されている。ただし、隔壁２２Ａの端面２２Ａ’は、隔壁１４Ａの開口した端面と間隔を開けて設置される。改質ガスＭは、隔壁２２Ａの端面２２Ａ’にぶつかって折り返し、当該間隔を開けられた空間を介して改質ガス流路２２に流入し、隔壁２２Ａの開口した端面に連続して形成されるシフト触媒層１５に導入される。

シフト触媒層１５は、隔壁１４Ａと両端面が開口した略円筒状に形成される隔壁１５Ａとの間に円環形状に画成される。隔壁１５Ａは、径方向に隔壁１４Ａ、好適には隔壁２２Ａよりも大きく、燃焼円筒体３Ａと略同軸に配設される。隔壁１５Ａは、その内側に隔壁１４Ａを、隔壁１４Ｂから３分の１から２分の１程度まで収納するように形成される。また、隔壁１５Ａの隔壁２２Ａ側の端面には、径方向に略円盤状に形成され隔壁１５Ｂが形成される。隔壁１５Ａは、当該隔壁１５Ｂを介して隔壁２２Ａと接続されており、シフト触媒層１５が改質ガス流路２２と連続した空間となるように構成される。隔壁１５Ａの隔壁１５Ｂと対向する側の端面には、径方向に略円盤状に形成され隔壁１５Ｃが形成され、シフト触媒層１５と連続して選択酸化触媒層１６が形成される。

シフト触媒層１５は、当該画成された空間に、略円環形状にシフト触媒が充填されている。シフト触媒層１５に充填されるシフト触媒は、シフト反応を促進するものであれば何でもよく、例えばＦｅ−Ｃｒ系の高温変成触媒やＰｔ系の中高温シフト触媒や、Ｃｕ−Ｚｎ系低温シフト触媒やＰｔ系低温シフト触媒などがある。シフト触媒の形状としては、粒状、円柱状、ハニカム状やモノリス状などが挙げられる。シフト触媒層１５で、改質ガスＭのシフト反応により生成されるシフトガスＩは、選択酸化触媒層１６に導入される。

選択酸化触媒層１６は、隔壁２１Ａと一方の端面が開口した略円筒状に形成される隔壁１６Ａとの間に円環形状に画成される。隔壁１６Ａは、径方向に隔壁２１Ａよりも大きく、燃焼円筒体３Ａと略同軸に配設される。隔壁１６Ａは、その内側に隔壁２１Ａを、燃焼原料導入部１１側の端部から４分の１から３分の１程度まで収納するように形成される。好適には、隔壁１６Ａは、径方向に隔壁２２Ａよりも大きく、隔壁１５Ａよりも小さい。また、隔壁１６Ａは隔壁１５Ａ側の端面が開口されており、当該端面は、隔壁１５Ｃを介して隔壁１５Ａと接続されており、選択酸化触媒層１６がシフト触媒層１５と連続した空間となるように構成される。隔壁１６Ａの燃焼原料導入部１１側の端面、すなわち、隔壁１５Ｃと対向する側の端面は閉鎖された面となっており、当該閉鎖された面が前述した隔壁２１Ｃとなっている。

選択酸化触媒層１６は、当該画成された空間に、略円環形状に選択酸化触媒が充填されている。選択酸化触媒層１６に充填される選択酸化触媒は、一酸化炭素選択酸化反応を促進するもの、すなわち、ＣＯに対する選択酸化性が高いものであれば何でもよく、例えばＰｔ系選択酸化触媒、Ｒｕ系選択酸化触媒やＰｔ−Ｒｕ系選択酸化触媒などがある。選択酸化触媒の形状としては、粒状、円柱状、ハニカム状やモノリス状などが挙げられる。選択酸化触媒層１６で、シフトガスＩの一酸化炭素選択酸化反応により生成される燃料ガスＪは、後述する燃料ガス導出流路３３を介して外部に導出される。

なお、以上で説明した、隔壁２２Ａ、１５Ａ、１６Ａは協動して、内側に隔壁２１Ａ、燃焼円筒体３Ａの略全体を収納する。

燃料処理装置１は、さらに、後述する表面材６の内側、すなわち、燃料処理装置１内の筒状体低温部の側、すなわち、燃焼原料導入部１１の側に、選択酸化触媒層１６で生成される燃料ガスＪを外部に導出する燃料ガス導出流路３３と、原料ガスＧを改質触媒層１４に導入する原料ガス導入流路３４と、一酸化炭素選択酸化反応に用いる空気Ｋを選択酸化触媒層１６に導入する選択酸化用空気導入流路３５と、改質に用いる改質用水Ｈを導入する改質用水導入流路３６とを備える。燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６は、それぞれ略円形状に形成された配管である。

燃料ガス導出流路３３は、隔壁１６Ａの隔壁２１Ｃが接続されている部分の側面に接続されており、燃料ガスＪを燃料処理装置１外に導出する。原料ガス導入流路３４は、隔壁１５Ａ、シフト触媒層１５を貫通して、隔壁１４Ａの隔壁１４Ｂが接続されている部分の側面に接続されており、原料ガスＧを改質触媒層１４に導入する。選択酸化用空気導入流路３５は、隔壁１６Ａの隔壁１５Ｃが接続されている部分の側面に接続され、空気Ｋを選択酸化触媒層１６に導入する。改質用水導入流路３６は、燃焼原料導入部１１側から順に隔壁１６Ａ、１５Ａの外側を螺旋状に覆うように形成され、隔壁１５Ａよりも上流側で原料ガス導入流路３４に接続される。改質用水Ｈは、改質用水導入流路３６を通過する際に燃焼排気ガスＦ等の熱により加熱されて蒸発し、原料ガスＧに合流して、蒸発した改質用水Ｈと原料ガスＧとが混合された状態で改質触媒層１４に導入される。また、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６は、後述する第２の断熱成型体５及び表面材６を貫通するようにして配設されている。

ここで、燃料処理装置１内での改質反応、シフト（変成）反応、一酸化炭素選択酸化反応について説明する。まず、燃料処理装置１の起動時における運転を説明すると、バーナー１２を着火し、改質用水導入流路３６より改質用水Ｈを注入し始める。着火後高温の燃焼排気ガスＦが、燃焼円筒体３Ａの底部で折り返し、燃焼排気ガス流路２１を通過しながら改質触媒層１４を予熱すると共に、改質用水導入流路３６を流過する改質用水Ｈを蒸発し過熱する。

改質触媒層１４の温度が一定の温度、典型的には、好ましくは３００℃から８００℃、さらに好ましくは改質触媒層１４の最高温部分（改質ガスＭ出口付近）が６５０℃以上に到達したら、原料ガス導入流路３４と選択酸化用空気導入流路３５から、定格負荷時の３０から５０％程度の原料ガスＧ及び選択酸化用の空気Ｋをそれぞれ供給し、燃料の改質を開始する。燃料の改質が始まると、シフト反応及び一酸化炭素選択酸化反応は発熱反応なので、シフト触媒層１５と選択酸化触媒層１６とは自らの反応発熱によって昇温する。

シフト触媒層１５の温度が一定温度、好ましくは１５０℃から５００℃、さらに好ましくはシフト触媒層１５の最高温部分（改質ガスＭ入口付近）が３００℃以上、最低温部分（シフトガスＩ出口付近）でも１５０℃以上に到達したら、原料ガスＧ及び選択酸化用の空気Ｋの導入量を定格流量まで徐々に増加させて、起動状態を終了して定常状態に移行する。

定常運転時では、改質用水Ｈは、シフト触媒層１５、選択酸化触媒層１６を間接的に冷却しつつ、後述する各反応に適した温度に維持し、同時に蒸発し、原料ガスＧと合流して、改質触媒層１４に導入される。

改質触媒層１４では主に燃料の水蒸気改質反応が行われる。原料ガスＧは、典型的には、炭化水素系ガスであり、例えば、メタンである。原料ガスＧをメタンとする改質反応（水蒸気改質反応）を次式に示す。
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２ ・・・（１）
炭化水素の水蒸気改質反応は吸熱反応なので、反応温度が高いほど炭化水素の改質率が高く反応速度も速い。しかし、温度をあまり高くすると改質器材料の耐熱仕様に対する要求が厳しくなり、また、燃料処理装置１の放散熱増大などで熱効率が下がる傾向がある。この点から勘案して、改質反応時の改質触媒層１４の温度は、好ましくは３００℃から８００℃、さらに好ましくは改質触媒層１４の最高温部分（改質ガスＭ出口付近）が６５０℃以上から７５０℃程度である。なお、改質触媒層１４への改質反応熱の供給は、燃焼室３でのバーナー燃料の燃焼熱を熱源として、燃焼円筒体３Ａからの熱輻射と、燃焼排気ガス流路２１を流過する燃焼排気ガスＦからの熱伝達とによって行われる。

改質触媒層１４にて改質反応により生成された改質ガスＭは、燃焼排気ガス流路２１を通過しつつ減温され、シフト触媒層１５に導かれ、下式のシフト反応が行われる。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ ・・・（２）
このシフト反応は発熱反応なので、反応温度を低くすれば、有利な点としてシフト後のシフトガスＩのＣＯ濃度が低くなる点があり、不利な点として反応速度が遅くなる点がある。この点から勘案して、シフト反応時のシフト触媒層１５の温度は、好ましくは１５０℃から５００℃、さらに好ましくはシフト触媒層１５の最高温部分（改質ガスＭ入口付近）が４００から５００℃、最低温部分（シフトガスＩ出口付近）が１５０℃から２５０℃程度である。

シフト触媒層１５にてシフト反応により生成されたシフトガスＩは、選択酸化触媒層１６に導かれ、選択酸化用空気導入流路３５から導入される選択酸化用の空気Ｋとの間で下式の一酸化炭素選択酸化反応が行われる。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ_２→ＣＯ_２ ・・・（３）
選択酸化用空気Ｋ中の酸素は、反応式（３）によりシフトガスＩ中のＣＯを酸化して除去する他に、水素をも酸化し消費するので、燃料処理装置１の水素製造効率、即ち熱効率を高くする上で酸素と水素との酸化反応を抑制することが重要である。一酸化炭素選択酸化反応時の選択酸化触媒層１６の温度は、好ましくは８０℃から２５０℃、さらに好ましくは１２０℃から２００℃程度である。

選択酸化触媒層１６にて一酸化炭素選択酸化反応により生成された燃料ガスＪは、燃料ガス導出流路３３を介して、後述する燃料電池２０２（図３参照）等に導入され、発電に用いられる。一般に、炭化水素の改質ガスを燃料とする燃料電池発電の場合、改質ガス中の水素の７０から８０％が消費され、残りの水素がアノードオフガスとして排出される。燃料電池２０２のアノードオフガスは、例えば、バーナー１２の燃料として用いることができる。

以上で説明したように、燃料処理装置１内では各部の反応に適した温度があり、効率よく燃料ガスＪを生成するためには、燃料処理装置１内の温度分布を各部の反応に適した温度分布となるように構成することが重要である。

以下の説明では、特に断りのない限り、燃料処理装置１内の隔壁２２Ａの端面２２Ａ’から２分の１から３分の２程度までの部分、具体的には、改質触媒層１４の端面２２Ａ’側の端面から２分の１から３分の２程度まで部分、改質ガス流路２２、シフト触媒層１５の端面２２Ａ’側の端面から４分の１から３分の１程度までを含む部分を高温部ａという。これに対し、燃料処理装置１内の燃焼原料導入部１１側の端面から３分の１から２分の１程度までの部分、具体的には、改質触媒層１４の燃焼原料導入部１１側の端面から３分の１から２分の１程度まで部分、シフト触媒層１５の燃焼原料導入部１１側の端面から３分の２から４分の３程度までの部分、選択酸化触媒層１６、燃焼排気ガス導出流路３２、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６を含む部分を低温部ｂという。

なお、高温部ａ、低温部ｂは、上述した筒状体高温部、筒状体低温部とは別の概念である。筒状体高温部、筒状体低温部は、それぞれ燃焼円筒体３Ａの相対的に高温となる部分、低温となる部分であるのに対して、高温部ａ、低温部ｂは、燃料処理装置１内の燃焼円筒体３Ａ以外の部分で相対的に高温となる部分、低温となる部分である。

典型的には、高温部ａは、燃焼円筒体３Ａの筒状体高温部に近接し、低温部ｂは、燃焼円筒体３Ａの筒状体低温部に近接している。燃焼円筒体３Ａの温度分布に応じて、高温部ａの温度、典型的には、改質触媒層１４、隔壁１４Ａの温度は４５０℃程度以上となる。なお、改質触媒層１４、隔壁１４Ａの温度は、例えば７５０℃程度以下である。同様に、低温部ｂの温度、典型的には、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａの温度の温度は５５０℃程度以下となる。なお、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａの温度は、例えば８０℃程度以上である。

さらに、以下で具体的に説明する第１の断熱成型体４は、改質触媒層１４、隔壁１４Ａを外部に対して断熱し、第２の断熱成型体５は、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａを外部に対して断熱する。これにより、各部が運転時に反応に適した温度を維持しつつ、外側を低温に、例えば、火傷しない温度に低下させる。なお、本実施の形態では、燃料処理装置１の各部が反応に適した温度であるか否かを管理するため、主要な部位の温度を測定する温度センサ５０が設置されている。

ここで、改質触媒層１４、隔壁１４Ａの外部、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａの外部とは、それぞれ略円筒状に形成される隔壁１４Ａ、隔壁１５Ａ、隔壁１６Ａを境界として、燃焼円筒体３Ａ、バーナー炎２が収納されていない側の空間を広く含む概念をいう。第１の実施の形態では、改質触媒層１４、隔壁１４Ａの外部、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａの外部は、ともに大気空間である。第１の実施の形態では、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５ともに、この大気空間部分に施される。

また、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５が、改質触媒層１４、隔壁１４Ａ、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａ等を外部に対して断熱するという場合、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５が改質触媒層１４、隔壁１４Ａ、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａ等の外側を直接覆う場合だけでなく、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５と改質触媒層１４、隔壁１４Ａ、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａ等との間に介在物があり、介在物の外側を覆い断熱する場合をも含む概念である。例えば、本実施の形態では、第２の断熱成型体５は、シフト触媒層１５、隔壁１５Ａ、選択酸化触媒層１６、隔壁１６Ａの外周面を外部に対して断熱し、第１の断熱成型体４は、改質触媒層１４、隔壁１４Ａの外周面を外部に対して断熱するとともに、改質ガス流路２２、隔壁２２Ａの外周面をも外部に対して断熱する。

またさらに、上記のような観点から言えば、第１の断熱成型体４は、燃焼円筒体３Ａの筒状体高温部を外部に対して断熱し、第２の断熱成型体５は、燃焼円筒体３Ａの筒状体低温部を外部に対して断熱するとも言うことができる。

第１の断熱成型体４と高温部ａとは、全体として略円柱状となり、第２の断熱成型体５と低温部ｂとは、全体として略円柱状となる。第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５は、合わせて略円柱形状に形成される。さらに、燃料処理装置１は、第１の断熱成型体４と第２の断熱成型体５の外側を覆う表面材６を備える。表面材６は、典型的には、無機質短繊維をフェルト状に成型させた無機質短繊維フェルトであり、両端面が閉じた略円筒状に形成される。

また、本実施の形態では、第１の断熱成型体４と第２の断熱成型体５との境界に略ドーナツ型に形成された境界面材７が装着されている。境界面材７としては、セラッミクスウールフェルト、ロックウールフェルト、無機質短繊維フェルト等からなる群から選ばれる少なくとも１種のものを用いるとよい。第１の断熱成型体４と第２の断熱成型体５との境界に境界面材７を装着することで、隔壁１５Ａと第１の断熱成型体４との隙間に、第２の断熱成型体５の後述する原料スラリーが流入するのを防ぎ、第１の断熱成型体４と第２の断熱成型体５との隙間を塞ぐことができるため断熱性能が向上し、その上、燃料処理装置１の運転時に第１の断熱成型体４と第２の断熱成型体５とが異なる膨張率で膨張した場合に、界面が剥離してしまうことを防止するができる。
以下、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５、表面材６について詳細に説明する。

第１の断熱成型体４は、珪石原料、石灰原料および水を含有する原料スラリーと熱線反射材、耐熱性繊維等を配合した混合物を約５００ｋｇ／ｍ^３以下の密度でプレス脱水成型させて成型した無機質多孔体であり、高温部ａ（５００℃から８００℃程度）の外部に対する断熱を可能にする。第１の断熱成型体４は、ドーナツ型に加工または成型し積層する、半円筒型に成型加工し組み合わせる、あるいは円筒型に成型加工する等、種々の成型方法が可能である。

ここで、珪石原料としては、珪石、珪砂、珪藻土等からなる群から選ばれる少なくとも１種のものを用いるとよい。石灰原料としては、生石灰、消石灰等からなる群から選ばれる少なくとも１種のものを用いるとよい。珪石原料と石灰原料のＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比は、好ましくは０．７０から１．１５であり、さらに好ましくは０．９０から１．１５である。

さらに、熱線反射材としては、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種のものを用いるとよい。熱線反射材の量は、第１の断熱成型体４中の含有量が１０から４０重量％となるように添加されるのが好ましい。さらに好ましくは１０から３０重量％である。１０重量％未満では断熱性の向上が不十分となる傾向があり、逆に、４０重量％より多くなると得られる多孔体の成型性が悪くなり強度が弱くなる。また成型に先立って必要に応じて、各種の添加材を更に添加混合しても良い。この際の添加材としては、繊維類、粘土類、セメント、各種バインダー等を用いることができる。

具体的には、石灰原料を８５℃前後の温水中で消化して得た石灰乳に珪石原料をＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が１．００となるように加える。さらに、熱線反射材を成型体中の含有量が１０から４０重量％になるように添加したスラリーを８５℃の温度で４から５時間、または蒸気圧約１５ｋｇ／ｃｍ^２、２００℃前後の温度で４から５時間ゲル化させ、箱型、半円筒型または円筒型の型枠に注入後、約２０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレス脱水成型する。続いて、１０から１５ｋｇ／ｃｍ^２の蒸気圧で約１０時間オートクレーブ養生し、さらに１２０℃前後の温度で３６時間乾燥し、無機質多孔体である第１の断熱成型体４を製造することができる。

以上のようにして製造される第１の断熱成型体４は、実用性の点から密度は１００から５００ｋｇ／ｍ^３の範囲にすることが好ましく、さらに好ましくは１００から３００ｋｇ／ｍ^３の範囲とするとよい。この範囲の密度で、熱伝導率は、常温で０．０４４から０．０４８Ｗ／ｍＫの性能が得られる。また、第１の断熱成型体４の耐熱温度は、約１０００℃と高く、高温部ａの断熱に適した条件を満たすことができ、第１の断熱成型体４外側の温度を、火傷をしない程度の温度、例えば、約６０℃以下まで下げることができる。さらに、第１の断熱成型体４は、機械的強度も強く、成型性もよい。

第２の断熱成型体５は、シリカ・アルミナ系微粒子粉末、アルカリ金属珪酸塩、過酸化水素、および熱線反射材を、シリカ・アルミナ系微粒子粉末１００重量部に対して、それぞれ、１０から１００重量部、０．２から１０重量部、及び４から４０重量部として配合した混合物を約５００ｋｇ/ｍ^３以下の密度で発泡、硬化させて成型した無機質発泡体であり、低温部ｂ（１００℃から５００℃程度）の外部に対する断熱を可能にする。第２の断熱成型体５は、典型的には、第１の断熱成型体４、後述する表面材６を設置した後に、表面材６と隔壁１５Ａ、１６Ａ等との間に、前述の混合物をスラリー状態に注入し、発泡、硬化することによって成型される。

ここで、シリカ・アルミナ系微粒子粉末としては、フライアッシュ、無機化したパルプスラッジ、高炉スラグ等からなる群から選ばれる少なくとも１種のものを用いるとよい。シリカ・アルミナ系微粒子粉末の平均粒径は、５から３０μｍであることが好ましく、さらに１０μｍ以下であることが好ましい。

フライアッシュとは、ＪＩＳ Ａ ６２０１に規定される、微粉炭燃焼ボイラーから集塵器で採取する微小な灰の粒子をいい、具体的には、シリカ４５％以上、湿分１％以下、強熱減量５％以下、比重１．９５以上、比表面積２７００ｃｍ^２／ｇ以上、７５％以上の粒子が４４μｍ標準篩を通過するものを挙げることができる。フライアッシュは、耐熱性の点から、ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３＝４５から６０：２０から２８（重量比）の組成を有するフライアッシュを用いることが好ましい。

無機化したパルプスラッジとは、製紙工程において副産される廃物を焼却無機化したもので、具体的には、シリカ４０％以上、湿分１％以下、強熱減量１％以下、比重１．８０以上、比表面積２５００ｃｍ^２／ｇ以上、７５％以上の粒子が４４μｍ標準篩を通過するものである。無機化したパルプスラッジは、耐熱性の点から、ＳｉＯ_２：Ａｌ_２Ｏ_３＝３０から５０：２５から３５（重量比）の組成を有する無機化したパルプスラッジを用いることが好ましい。

高炉スラグとは、ＪＩＳ Ａ５０１１−１に規定される鉄鉱石から鉄を精錬採取する際に副産される無機系の粉体であり、具体的には、酸化カルシウム４５以下、硫黄分２．０％以下、比重２．５０以上のもの等が挙げられる。高炉スラグは、７０％以上の粒子が４４μｍ標準篩を通過するものが好ましい。

シリカ・アルミナ系微粒子粉末としては、上記下以外にも、化学組成としてＳｉＯ_２を１０から８０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を９０から１０重量％を含有する無機粉体、例えば、メタカオリン、雲母粘土鉱物、ワラストナイト、タルク等を用いることができる。ただし、組成粒度等が適当であり、高温での寸法安定性に優れたものであれば、これに限定されるものではない。

また、アルカリ金属珪酸塩は、Ｍ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２（Ｍ＝Ｋ、Ｎａ、Ｌｉから選ばれる１種以上の金属）として表すことができる。ここで、ｎは０．５から４の範囲が好ましく、更に好ましくは１．０から２．５である。ｎの値がこれより小さくなると反応が速すぎて発泡体のセルが連続気泡となり、断熱性能が低下する。逆に、ｎの値が大きくなり過ぎると反応が進みにくくなる。なお、アルカリ金属珪酸塩は水溶液として配合することが好ましい。水溶液の濃度については特に限定されないが、薄くなると反応性粉末との反応性が低下する。また、濃くなるとアルカリ金属珪酸塩が析出しやすくなるので、１０から６０重量％とすることが好ましい。また、上記アルカリ金属珪酸塩水溶液は、アルカリ金属珪酸塩をそのまま加圧、加熱下で水に溶解させて調製してもよいが、まず、アルカリ金属珪酸塩に、珪砂、珪石粉などのＳｉＯ_２成分を加えてｎを所定の値とした後に、加圧、加熱下で溶解させ、アルカリ金属珪酸塩水溶液としてもよい。

過酸化水素は、発泡剤として機能し、典型的には、水溶液、例えば、濃度が５から４０重量％の過酸化水素水として配合することが好ましい。また、発泡剤としては、過酸化水素以外にも、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化カリウム、過酸化ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等からなる群から選ばれる少なくとも１種の過酸化物、又は、金属元素、金属合金、金属間化合物等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属系発泡剤を用いてもよい。金属元素としては、アルミニウム、珪素、カルシウム、バリウム、鉄、ニッケル、ガリウムなどの周期律表第３から５周期に属するものが好ましく、また、金属合金および金属間化合物としては、アルミニウム−珪素、アルミニウム−チタン、アルミニウム−マンガン、アルミニウム−銅、アルミニウム−銅−珪素などが好ましい。これらのなかでも特にアルミニウム、珪素などが好ましい。これらの金属系発泡剤は、通常、平均粒径が０．１から２００μｍ、好ましくは１から５０μｍの粉体として用いることが好ましい。

また、熱線反射材としては、酸化チタン、酸化ジルコニウム等からなる群から選ばれる少なくとも１種のものを用いるとよい。熱線反射材の量はシリカ・アルミナ系微粒子粉末１００重量部に対して４から４０重量部であることが好ましく、さらに１０から３０重量部であることが好ましい。４重量部未満では輻射による熱の伝達を充分に抑制することができず、逆に、４０重量部より多くなると得られる発泡体の強度が弱くなり高温時に割れを生じる可能性がある。

酸化ジルコニウムとしては、熱反射性及び高温での断熱性という点から、平均粒径が１から８０μｍのものを用いることが好ましく、より好ましくは１から５０μｍである。平均粒径の大きな酸化ジルコニウムを使用すると（＞８０μｍ）、組成物中における酸化ジルコニウムの存在が疎となるため、輻射防止による断熱性改善効果が充分に発揮されず、また、平均粒径が１μｍ以下では赤外線の波長より小さくなるため赤外線が通過してしまい反射効果が小さくなってしまう。また、本実施の形態では、ジルコンサンドのような安価な珪砂化合物を用いることもできる。

酸化チタンとしては、熱反射性という点から、赤外波長（０．７６μｍ）以上の粒径を有するものを用いることが好ましいが、酸化チタンは非常に細かい粉体であり、一般的に、その平均一次粒子径の上限は０．２から０．３μｍ程度である。このため、平均粒径が０．１μｍ以上である酸化チタンを使用することが好ましく、より好ましくは０．２μｍ以上である。０．１μｍより小さい粒径の酸化チタンを添加しても赤外線が通過してしまい、目的とする熱反射性効果が得られない。また、本実施の形態では、より良好な断熱性を得るという点から、熱線反射材として、酸化ジルコニウムと酸化チタンとを併用することが好ましい。

また、シリカ・アルミナ系微粒子粉末、アルカリ金属珪酸塩、過酸化水素、および熱線反射材を配合した混合物には、寸法安定性と補強材を兼ねて耐熱性繊維を配合してもよい。配合可能な繊維としては、ガラスチョップド繊維等がある。さらに、必要に応じて発泡助材を添加してもよい。発泡助材としてはステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、マレイン酸亜鉛、マレイン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩、ひまし油系の界面活性剤、カゼイン等の動物系たんぱく質等を用いることができる。

以上で説明した第２の断熱成型体５の密度及び熱伝導率は、実用性の点から密度は２００から５００ｋｇ／ｍ^３の範囲にするのが好ましく、さらに２００から３００ｋｇ／ｍ^３の範囲とするのがより好ましく、断熱性の尺度となる熱伝導率として、０．０５０から０．０７５Ｗ／ｍＫの性能が得られる。また、第２の断熱成型体５の耐熱温度は約６５０℃であり、前述の低温部ｂの断熱に適した条件を満たす断熱素材である。

表面材６は、無機質短繊維をフェルト状に成型した無機質短繊維フェルトである。無機質短繊維は、ロックウール、またはセラミックウール、またはロックウールとセラミックウールの混合繊維からなる群から選ばれたものとするとよい。無機質短繊維は、脱ショット処理をしたものを用いてもよい。

ここで、ロックウールはＳｉＯ_２３５から５５ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３１０から２０ｗｔ％、ＭｇＯ５から４０ｗｔ％、ＣａＯ５から４０ｗｔ％、ＦｅＯ０から１０ｗｔ％、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ等の微量成分０から１０ｗｔ％とからなる原料鉱物の混合物を、セラミックウールは、ＳｉＯ_２４７から５２ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３４７から５２ｗｔ％、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等の微量成分の合計が０から１０ｗｔ％とからなる原料鉱物の混合物を、キュポラ炉又は電気炉で１４００から１６００℃の温度で溶融し、ブローイング法や高速回転体によるスピニング法で繊維化して得られる。係る無機質短繊維はショットと称する非繊維化粒子を約３０ｗｔ％含有しているので、脱ショット処理された形で使用する。

表面材６を第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５の外側に装着することで、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５を外的衝撃に対し強くすることができる。さらに、表面材６は、装着する形状にもよるが、厚み２から５ｍｍ、坪量３００から２０００ｇ／ｍ^２が適正で、熱伝導率は、０.０３０から０.０５０Ｗ／ｍＫの範囲にあり、耐熱性も５００から１０００℃と高く、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５の断熱性能を補強することもできる。

また、上述したように、表面材６は、本実施の形態では、第２の断熱成型体５の成型型とすることができる。この場合、表面材６は、通気性がよいため、スラリー状態にして注入される第２の断熱成型体５が、発泡、硬化する際に生成される水分を除去することができるので好適である。
以下では、本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１の第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５、表面材６の組み付け方法について説明する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１の第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５、表面材６の組み付け方法を示す流れ図である。なお、以下の説明では、燃料処理装置１の構成要素の符号については適宜図１を参照する。

まず、高温部ａ、低温部ｂ組立工程として、燃料処理装置１の第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５、表面材６以外の部分、すなわち、燃焼排気ガス導出流路３２、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６等も含む高温部ａ、低温部ｂをあらかじめ組み上げておく（Ｓ１００）。

次に、第１の断熱成型体装着工程として、第１の断熱成型体４を燃料処理装置１の高温部ａに挿入、装着する（Ｓ１０２）。ここで、第１の断熱成型体４は、典型的には、最上部ａ１、中央部ａ２、最下部ａ３の３つの部分を成型した後に、これらを組み合わせて第１の断熱成型体４の全体を形成する。本実施の形態では、最上部ａ１は、第２の断熱成型体５との境界部分であり、隔壁１５Ａの一部、隔壁１５Ｂ、隔壁２２Ａの一部の外側を覆う部分である。最下部ａ３は、隔壁２２Ａの端面２２Ａ’の外側を覆う部分である。中央部ａ２は、最上部ａ１と最下部ａ３との間の部分であり、隔壁２２Ａの外側を覆う部分である。

最上部ａ１は、珪石原料、石灰原料および水を含有する原料スラリーと熱線反射材、耐熱性繊維等を配合した混合物を約５００ｋｇ／ｍ^３以下の密度でプレス脱水成型させて、
定の規格寸法（例えば、６５ｍｍ×６１０ｍｍ×３０３ｍｍ）で板状に成型した無機質多孔体をドーナツ型に加工し、隔壁１５Ａと隔壁２２Ａが接合している部分に対応する箇所に段加工して成型する。ドーナツ型の寸法は、例えば、隔壁２２Ａの内径が８６ｍｍ程度、隔壁１５Ａの内径が１２１ｍｍ程度である場合には、８９ｍｍ程度の内径とし、段差部分を１２４ｍｍ程度の内径とするとよい。

なお、最上部ａ１は、無機質多孔体を一旦一定の規格寸法に成型せずに、直接ドーナツ型に成型してもよいことはいうまでもない。無機質多孔体を一旦一定の規格寸法に成型して、加工する場合には、例えば、隔壁２２Ａの寸法等が設計変更されても、成型型を変更する必要がないため迅速に対応することができる。直接ドーナツ型に成型する場合には、比較的少ない量の無機質多孔体で無駄なく最上部ａ１を成型することができる。

中央部ａ２は、最上部ａ１と同様に、一定の規格寸法（例えば、６５ｍｍ×６１０ｍｍ×３０３ｍｍ）で板状に成型した無機質多孔体をドーナツ型に加工し、所定の高さ、すなわち、隔壁２２Ａの軸方向の長さになるように数枚積層させることで成型する。ドーナツ型の寸法は、例えば、隔壁２２Ａの内径が８８ｍｍ程度である場合には、８９ｍｍ程度の内径とするとよい。また、無機質多孔体を一旦一定の規格寸法に成型せずに、直接ドーナツ型に成型してもよい。

また、中央部ａ２は、無機質多孔体を半円筒型に２つ成型し、当該２つの半円筒を組合わせて円筒型にし、所定の高さになるように加工して成型することもできる。この場合、２つの半円筒の合わせ目は、一直線ではないさね構造（相尺り）とするとよく、合わせ目は耐熱性接着剤で接着するとよい。また、２つの半円筒を組み合わせるのではなく、直接円筒型に成型してもよい。なお、半円筒型、円筒型の寸法は、例えば、隔壁２２Ａの内径が８６ｍｍ程度である場合には、８９ｍｍ程度の内径とするとよい。中央部ａ２は、無機質多孔体を半円筒型あるいは円筒型にして成型することにより、ドーナツ型を積層する場合に比較して、隙間を減らすことができるので断熱性が向上する。

最下部ａ３は、最上部ａ１と同様に、一定の規格寸法（例えば、６５ｍｍ×６１０ｍｍ×３０３ｍｍ）で板状に成型した無機質多孔体を略円盤状に加工して成型する。また、無機質多孔体を一旦一定の規格寸法に成型せずに、直接略円盤状に成型してもよい。また、ドーナツ型あるいは略筒状に成型される中央部ａ２を、隔壁２２Ａの軸方向の長さよりも最下部ａ３側にやや長く形成し、当該ドーナツ型あるいは略筒状の内側に、略円盤状に形成された無機質多孔体をはめ込むようにして成型してもよい。

以上のようにして成型した最上部ａ１、中央部ａ２、最下部ａ３を順に高温部ａに挿入、装着し、これらを組み合わせて第１の断熱成型体４の全体が形成され、高温部ａに装着される。

次に、表面材装着工程として、表面材６を第１の断熱成型体４の外側に装着し、第１の断熱成型体４を被覆する（Ｓ１０４）。表面材６は、無機質短繊維をフェルト状に成型し、略円筒形状に形成して、第１の断熱成型体４と略同軸に外側に装着する。さらに、第１の断熱成型体４側の開口、すなわち、第１の断熱成型体４の最下部ａ３の外側にも略円盤状に形成された表面材６を装着する。

表面材６の軸方向の長さは、高温部ａ、低温部ｂの軸方向の長さの和とほぼ同じ長さとする。また、表面材６の燃焼排気ガス導出流路３２、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６に対応する部分にはそれぞれ孔が形成され、当該各孔から燃焼排気ガス導出流路３２、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、表面材６は改質用水導入流路３６が突き出るように装着される。

この時点では、表面材６と低温部ｂ、すなわち隔壁１５Ａ、１６Ａ等との間は、空間として空いており、当該空間の空中に燃焼排気ガス導出流路３２、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６等が露出した状態となっている。

次に、境界面設置工程として、第１の断熱成型体４の最上部ａ１の第２の断熱成型体５が配設される側に、第１の断熱成型体４と第２の断熱成型体５との境界に略ドーナツ型に形成された境界面材７を設置する（Ｓ１０６）。

続いて、スラリー流込工程として、微粒子粉末１００重量部に対してアルカリ金属珪酸塩、過酸化水素、及び熱線反射材の割合が、それぞれ、１０から１００重量部、０．２から１０重量部、及び４から４０重量部である混合物を撹拌混合してできるスラリーを、表面材６と隔壁１５Ａ、１６Ａ等との間の空間に、表面材６の未だ開口している側から常温で流し込む（Ｓ１０８）。スラリーは、発泡体積に適した量、本実施の形態では、表面材６と隔壁１５Ａ、１６Ａ等との間の空間容積の５分の１から４分の１程度の容積を１回または２回に分けて流し込むとよい。

なお、スラリーを流し込む空間にはロックウールフェルト、セラミックスウールフェルト、無機質短繊維フェルト等の間仕切り（不図示）を挿入し、２から４区画に分けておいもよい。このようにすることで、燃料処理装置１の運転時に第２の断熱成型体５が熱膨張しても、間仕切り（不図示）の部分で第２の断熱成型体５の膨張が吸収されるので、亀裂が入ること等が防止される。

次に、発泡工程として、表面材６の未だ開口している側に無機質短繊維フェルトを燃焼原料導入部１１が露出するようにドーナツ型に加工したものを載せてフタをし、スラリーを１５℃から３５℃の温度で３０分から２時間かけて発泡させる（Ｓ１１０）。無機質短繊維フェルトをフタとして載せることで、表面材６の一部として発泡、硬化後の第２の断熱成型体５に接着させることができる。

なお、第２の断熱成型体５の上面形状を平滑にするため、無機質短繊維フェルトの上から重しを載せるとよい。また、無機質短繊維フェルトをフタとして載せなくても、スラリーの発泡、硬化後に、第２の断熱成型体５上面を平滑にカットし、無機質短繊維フェルトをドーナツ型に加工したものを耐熱性接着剤、発泡させない無機質発泡体等で接着して表面材６の一部としてもよい。

次に、養生工程として、スラリーの硬化後、燃料処理装置１全体を防湿フィルムで包み、９０℃前後の温度で約８時間程度養生する（Ｓ１１２）。続いて、乾燥工程として、燃料処理装置１全体を防湿フィルムから取り出した後、９０℃前後の温度で約１６時間程度乾燥して（Ｓ１１４）、第２の断熱成型体５の成型は終了し、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５、表面材６の燃料処理装置１のへの組み付けも終了する。

以上のようにして成型される第２の断熱成型体５は、表面材６と隔壁１５Ａ、１６Ａ等との間の燃焼排気ガス導出流路３２、燃料ガス導出流路３３、原料ガス導入流路３４、選択酸化用空気導入流路３５、改質用水導入流路３６等を隙間なく包み込むように覆うので、優れた断熱性能を発揮することができる。

次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システム２０１について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システム２０１を説明するブロック図である。燃料電池発電システム２０１は、燃料処理装置としての本発明の第２の実施の形態に係る燃料処理装置１と、燃料ガスＪと酸化剤ガスＮとの電気化学的反応により発電する燃料電池２０２とを備える。

さらに、燃料電池発電システム２０１は、原料ガスＧを改質触媒層１４に供給する原料ガス供給装置２０３と、燃焼用原料（燃焼用ガスＤと燃焼用空気Ｅ）を燃焼室３に供給する燃焼用原料供給装置２０４と、燃料電池発電システム２０１の各部を制御する制御装置２０５を備えている。

原料ガス供給装置２０３は、配管２１３を介して原料ガスＧを定量的に改質触媒層１４に供給するように構成されている。原料ガスＧを貯蔵するタンクを備えていてもよいし、原料ガスＧを系外から導入してもよく、都市ガスやＬＰＧのように供給元の気体の圧力が高く維持されている場合には、流量調節弁を備える。供給元の圧力が高くない場合には、ブロワを備え、原料ガスＧを改質触媒層１４内へ供給するための圧力を確保する。なお、原料燃料として原料ガスＧではなく、ＧＴＬや灯油のように液体の原料燃料を用いる場合には、定量ポンプを備えてもよいし、流量調節機能を有さないポンプと流量調節弁とを備えてもよい。原料ガス供給装置２０３は、典型的には、制御装置２０５からの指示信号ｉ１により、その原料ガス供給量の増減を制御されている。

燃焼用原料供給装置２０４は、燃焼室３での燃焼で消費される燃焼用ガスＤや燃焼用空気Ｅ等の燃焼用原料を供給する装置である。ブロワにより大気を燃焼用空気Ｅとして送り込む構成でよく、大気中の浮遊物の混入を防止するためのフィルターを有するのが好適である。また、燃焼用ガスＤ、燃焼用空気Ｅの供給量を調整するための流量調整弁を有するのが好適である。燃料電池発電システム２０１では、配管２１４、原料導入口３１（図１参照）、燃焼原料導入部１１（図１参照）燃焼室３内に収納されているバーナー１２（図１参照）に接続されている。

ここで、原料ガス供給装置２０３から改質触媒層１４に原料ガスＧが供給されると、図１で説明したように、原料ガスＧは改質触媒層１４で改質反応により水素に富む改質ガスＭを生成し、改質ガスＭはシフト触媒層１５でシフト反応によりシフトガスＩを生成し、シフトガスＩは、選択酸化触媒層１６で一酸化炭素選択酸化反応により、燃料ガスＪを生成する。燃料ガスＪは、燃料としての水素濃度が高められ、さらに、一酸化炭素濃度が充分に低下させられる。

燃料電池２０２は、本実施の形態では、積層型の固体高分子型燃料電池が用いられ、アノード極（不図示）に燃料ガス導出流路３３が接続されている。燃料電池２０２は、水素に富む燃料ガスＪを燃料ガス導出流路３３を介してアノード極（不図示）に導入し、さらに、酸化剤ガスＮとしての空気等をカソード極（不図示）に導入して発電を行う。燃料電池２０２で発電された電力は、燃料電池２０２に接続された電力ケーブル２１５を通じて、外部の電気需要（不図示）に供給される。燃料電池２０２は、典型的には、制御装置からの制御信号ｉ１により、その発電電流量の増減を制御されている。なお、燃料電池２０２は、必ず積層型の固体高分子型燃料電池である必要はなく、他の型の燃料電池であってもよい。

以上で説明した本発明の実施の形態に係る燃料処理装置１又は燃料電池発電システム２０１によれば、高温部ａを外部に対して断熱する第１の断熱成型体４と、低温部ｂを外部に対して断熱する第２の断熱成型体５とを備えるので、燃料処理装置１内の温度分布を各部の反応に適した温度分布に維持することができ、効率よく燃料ガスＪを生成することができる燃料処理装置１を提供することができる。さらに、燃料処理装置１を備えることで、燃料ガスＪ中の一酸化炭素が充分低減されるため、アノード極（燃料極）のプラチナＰｔ触媒等が被毒し、発電効率が低下することのない燃料電池発電システム２０１を提供することができる。また、燃料処理装置１内の温度分布を各部の反応に適した温度分布に維持しながら、燃料処理装置１の外側の温度を充分に低下させることができるので、燃料処理装置１の表面に触れても火傷をするおそれがなく、実用性が十分である燃料処理装置とすることができる。

さらに、第１の断熱成型体４は無機質多孔体であるため、１０００℃以上の耐熱特性がある上に、機械的強度が強く、さらに、高温部ａの形状に合わせて容易に加工することができ、製造効率のよい燃料処理装置１及び燃料電池発電システム２０１とすることができる。

また、第２の断熱成型体５は無機質発泡体であるため、配管等が存在する複雑な形状部分にも、混合物をスラリー状態で流し込み、発泡、硬化させることで、隙間なく断熱施工をすることができので、高い断熱性を有し製造効率のよい燃料処理装置１及び燃料電池発電システム２０１とすることができる。

さらに、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５の外側に無機質短繊維フェルトによって成型される表面材６を備えるので、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５を外的衝撃からも充分に保護することができる。

また、以上で説明した本発明の実施の形態に係る燃料処理装置１又は燃料電池発電システム２０１によれば、断熱成型体を適材適所で使い分け、断熱性、強度、価格のバランスのとれた断熱構造とすることができ、総合的に低価格化が図られた燃料処理装置１又は燃料電池発電システム２０１を提供することができ、また、断熱施工数も比較的少なくて済むので実用的で量産に向いた燃料処理装置１又は燃料電池発電システム２０１とすることができる。

なお、本発明の実施の形態である燃料処理装置１又は燃料電池発電システム２０１は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

以上の説明では、熱源は、バーナー１２から放出されるバーナー炎２であるもとして説明したが、これに限らず、改質反応に利用する熱を発生するものであればなんでもよい。また、改質反応は、水蒸気改質方式として説明したが、部分改質方式あるいは自己熱改質方式（オートサーマル方式）であってもよい。

以上の説明では、表面材６は、無機質短繊維フェルトによって成型されるものとして説明したが、これに限られるものではないし、また、表面材６を備えない構成としてもよい。また、微粒子粉末１００重量部に対してアルカリ金属珪酸塩、過酸化水素、及び熱線反射材の混合物を撹拌混合してできるスラリーを表面材６内に流し込む際に、外側に表面材６を補強する型枠を設けてもよい。この場合、スラリーの硬化後、養生した後に型枠を取り外せばよい。

また、本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の構成は、以上で説明した構成に限定されるものではない。以下、図４を参照して本発明の第２の実施の形態に係る燃料処理装置３０１について説明する。第２の実施の形態に係る燃料処理装置３０１の説明では、第１の実施の形態に係る燃料処理装置１と共通する構成については、重複した説明はできるだけ省略する。

図４は、本発明の第３の実施の形態に係る燃料処理装置としての燃料処理装置３０１の概略構成を示す断面図である。図に示すように、略円柱形状の燃料処理装置３０１は、垂直に設置され、熱源としてのバーナー炎３０２、筒状体としての燃焼円筒体３０３Ａ、原料燃料Ｇを改質し、水素を主成分とする改質ガスＭを生成し、改質触媒層３１４を含んで構成される改質部と、改質ガスＭ中の一酸化炭素を低減して燃料ガスＪを生成し、シフト触媒層３１５、選択酸化触媒層３１６を含んで構成される一酸化炭素低減部、改質触媒層３１４を外部に対して断熱する無機質多孔体としての第１の断熱成型体３０４、シフト触媒層３１５、選択酸化触媒層３１６を外部に対して断熱する無機質発泡体としての第２の断熱成型体３０５とを備える。

燃料処理装置３０１は、さらに、隔壁３４１と、隔壁３４２と、隔壁３４３と、隔壁３４４と、隔壁３４５と、隔壁３４６と、隔壁３４７とを備える。

燃焼原料導入部３１１は、燃料処理装置３０１の上部中央に設置され、原料導入口３３１を有する。原料導入口３３１から燃焼用原料（燃焼用ガスＤと燃焼用空気Ｅ）が導入される。バーナー３１２は、燃料処理装置３０１の上部中央であって燃焼原料導入部３１１の直下方に形成された開口部３１１Ａに接続され、燃料処理装置３０１の中心軸線に沿って懸架され、燃焼用ガスＤを燃焼させる。燃焼室３０３は、燃焼円筒体３０３Ａによって画成されており内部に、バーナー３１２を収納する。改質触媒層３１４は、円環形状をし、燃焼円筒体３０３Ａの外側（燃料処理装置３０１の径方向外側）に配置されている。改質触媒層３１４は、その内側を隔壁３４１により、その外側を隔壁３４２により画成されている。

第１の断熱成型体３０４は、筒状体としての燃焼円筒体３０３Ａの筒状体高温部の側を外部に対して断熱する。第１の断熱成型体３０４は、図に示すように燃料処理装置３０１の下部の広い配設される。第１の断熱成型体３０４は、上部に円柱形の凹部３２０を有する円柱形状であり、燃料処理装置３０１の下部に、後述の外皮材３３９の底面及び内壁面下部に接触して配置されている。凹部３２０には、燃焼室３０３の下部と、改質触媒層３１４の下部が収納されている。凹部３２０は、隔壁３４３の外周面に接触して、あるいは外周面と１ｍｍ程度の隙間をあけて配置されている。すなわち、表面材としての外皮材３３９は、第１の断熱成型体３０４の外側を覆い断熱を行っている。

第２の断熱成型体３０５は、筒状体としての燃焼円筒体３０３Ａの筒状体低温部の側を外部に対して断熱する。第２の断熱成型体３０５は、改質触媒層３１４の外側（燃料処理装置３０１の径方向外側）であって、第１の断熱成型体３０４の上方に、配置されている。第２の断熱成型体３０５は、その内側を隔壁３４３により、その外側を隔壁３４４により直接挟まれ、隔壁３４３と隔壁３４４の間に収納されている。

ここで、第２の実施の形態では、燃焼円筒体３０３Ａの筒状体高温部の側の外部は大気空間であり、燃焼円筒体３０３Ａの筒状体低温部の側の外部は、効率のよい反応を行うために燃料処理装置３０１内では比較的に高い温度が適している改質触媒層３１４よりも径方向に外側の部分である。第２の実施の形態では、上述のように、第１の断熱成型体３０４は大気空間部分に施される。第２の断熱成型体３０５は、改質触媒層３１４とシフト触媒層３１５との間に施される。これにより、相対的に温度の高い改質触媒層３１４と相対的に温度が低いシフト触媒層３１５とが断熱され、ともに反応に適した温度に維持することができることとなる。

シフト触媒層３１５は、円環形状であり、第２の断熱成型体３０５の外側（燃料処理装置３０１の径方向外側）に配置されている。シフト触媒層３１５は、その内側を隔壁３４４により、その外側を隔壁３４５により画成されている。選択酸化触媒層３１６は、円環形状であり、シフト触媒層３１５の外側（燃料処理装置３０１の径方向外側）に、配置されている。選択酸化触媒層３１６は、隔壁３４６と隔壁３４７の垂直部３４７Ａとによって画成されている。外皮材３３９は、選択酸化触媒層３１６の外側に配置されており、具体的には、隔壁３４７の垂直部３４７Ａの外側に接触して配置されている。

燃料処理装置３０１は、さらに燃焼排気ガス流路３２１と、原料ガス導入流路３３４と、改質ガス流路３２２とを備える。燃焼排気ガス流路３２１は、燃焼円筒体３０３Ａと隔壁３４１との間に円環形状に形成され、さらに燃料処理装置３０１上部であって外皮材３３９の天井部３３９Ａに接する隔壁３４７の水平部３４７Ｂの真下に薄い円板状に形成される。バーナー３１２で燃焼した原料ガスＧの燃焼排気ガスＦは、燃焼排気ガス流路３２１を通って、燃焼排気ガス流路３２１に接続される燃焼排気ガス導出流路３３２を介して燃料処理装置３０１外に排気される。燃焼排気ガスＦは、燃焼排気ガス流路３２１を通っている間、改質触媒層３１４を加熱し、加熱された改質触媒層３１４は、３００℃から８００℃の範囲内にある。また、後述のように円板状の燃焼排気ガス流路３２１の真下には原料ガス導入流路３３４の一部が通っており、燃焼排気ガスＦは、改質触媒層３１４に接触する前の原料ガスＧを予熱する。

原料ガス導入流路３３４は、燃料処理装置３０１上部であって燃焼排気ガス流路３２１の直下方に形成される。原料ガス導入流路３３４は、その途中に、円環形状の流路３３４Ａと、同じく円環形状の流路３３４Ｂとを有する。流路３３４Ａでは、原料ガスＧは、選択酸化触媒層３１６とシフト触媒層３１５の間を下降し、原料ガスＧと選択酸化触媒層３１６との間で熱交換が隔壁３４６を介して行われる熱交換部３２５を通過し、原料ガスＧが選択酸化触媒層３１６により予熱される。流路３３４Ｂでは、原料ガスＧは、さらに反転し選択酸化触媒層３１６とシフト触媒層３１５の間を上昇し、原料ガスＧとシフト触媒層３１５との間で熱交換が隔壁３４５を介して行われる熱交換部３２６を通過し、原料ガスＧがシフト触媒層３１５により予熱される。

改質用水Ｈが添加された原料ガスＧは、原料ガス導入流路３３４に導入され、原料ガス導入流路３３４を通って改質触媒層３１４に供給される。改質ガス流路３２２は、第１の断熱成型体３０４と改質触媒層３１４との間に円環状に形成された流路３２２Ａを含み、さらにシフト触媒層３１５の上方に形成された流路３２２Ｂと、シフト触媒層３１５と選択酸化触媒層３１６との下方に形成された流路３２２Ｃと、選択酸化触媒層３１６の上方に形成された流路３２２Ｄを含んで構成されている。シフト触媒層３１５、選択酸化触媒層３１６も、改質ガス流路３２２の一部を形成する。

原料ガスＧ及び改質用水Ｈは、選択酸化触媒層３１６とシフト触媒層３１５とに挟まれた原料ガス導入流路３３４である熱交換部３２５と熱交換部３２６とを通過する間に１００℃から５００℃に予熱される。原料ガスＧは、改質触媒層３１４で改質反応により改質されＨ_２とＣＯを主成分とする改質ガスＭとなる。改質ガスＭは、改質触媒層３１４から流路３２２Ａ、３２２Ｂを通ってシフト触媒層３１５に送られ、改質ガスＭ中のＣＯは、シフト触媒層３１５でシフト（変成）反応により、Ｈ_２とＣＯ_２にシフトされ、ＣＯが減少されたシフトガスＩとなる。シフトガスＩは、シフト触媒層３１５から流路３２２Ｃを通って選択酸化触媒層３１６に送られ、シフトガスＩ中のＣＯは、選択酸化触媒層３１６で選択酸化用空気導入流路３３５から送られた空気Ｋとの一酸化炭素選択酸化反応により、ＣＯが酸化されて除去され、Ｈ_２を主成分とする燃料ガスＪとなる。ＣＯが除去された燃料ガスＪは、流路３２２Ｄを通って燃料ガス導出流路３３３から燃料処理装置３０１外に排出される。

なお、外皮材３３９は、典型的には、無機質短繊維としてのロックウールまたは無機質短繊維としてのガラスウールを円筒形状に成型加工し、さらにＡＬＧＣ（アルミガラスクロス）３４０等を外周部分（側面、上面、底面）に施し、さらに配管用の穴加工がなされている。

以上で説明した本発明の第２の実施の形態に係る燃料処理装置３０１によれば、燃料処理装置３０１内の温度分布を各部の反応に適した温度分布に維持することができ、効率よく燃料ガスＪを生成することができる燃料処理装置３０１を提供することができ、また、燃料処理装置３０１内の温度分布を各部の反応に適した温度分布に維持でき、また、第２の断熱成型体５は無機質発泡体であるため、細くて奥行きのあるような形状部分にも、混合物をスラリー状態で流し込み、発泡、硬化させることで、隙間なく断熱施工をすることができので、高い断熱性を有し製造効率のよい燃料処理装置３０１とすることができる。

次に、適宜図１を参照して本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）まず、実施例１では、第１の断熱成型体４を形成する無機質多孔体の実施例を説明する。本実施例では、消石灰（ＣａＯ ９５％）を８５℃の温水中で消化して得た石灰乳に、珪石粉末（ＳｉＯ_２ ９４％）をＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が１．００となるように加えた。さらに、酸化チタン粉末が成型体中の含有量で２５重量％になるように添加し、蒸気圧約１５ｋｇ／ｃｍ^２、２００℃前後の温度で４から５時間ゲル化させた。続いて、上記で得た結晶スラリー９０重量部にガラス繊維７重量部、ポルトランドセメント３重量部を加えて撹拌混合したスラリーをプレス脱水成型し、続いて約１５ｋｇ／ｃｍ^２の蒸気圧で約１０時間オートクレーブ養生し、さらに１２０℃前後の温度で３６時間乾燥して、２５０ｍｍ（長さ）×２５０ｍｍ（幅）×４０ｍｍ（厚さ）の無機質多孔体を製造した。
表１に得られた無機質多孔体の性能を表示する。

（実施例２）次に、実施例２では、第２の断熱成型体５を形成する無機質発泡体の実施例を説明する。本実施例では、高炉スラグ、フライアッシュを主成分とする平均粒径１０μｍ以下の珪酸アルミニウム系反応性無機粉体１００重量部、４０ｗｔ％濃度珪酸ナトリウム７０重量部、３５ｗｔ％過酸化水素水５重量部、酸化チタン１７重量部を常温で５分撹拌し、２５０ｍｍ（長さ）×２５０ｍｍ（幅）×４０ｍｍ（厚さ）の離型処理したスチール製の型枠に注入し、蓋で密閉する。続いて型枠を常温で１時間、発泡硬化させた後、脱型して無機質発泡体を得た。発泡体は防湿フィルムにて包み、９０℃で８時間養生し、養生後防湿フィルムから取り出し、９０℃で１６時間乾燥して製造した。
表２に得られた無機質発泡体の性能を表示する。

（実施例３）続いて、実施例１、実施例２で示した無機質多孔体、無機質発泡体の組成に準じて成型した第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５を備える燃料処理装置１の実施例を説明する。第１の断熱成型体４を実施例１で示した組成に準じた無機質多孔体により成型した。第１の断熱成型体４の最上部ａ１は、６５ｍｍ×６１０ｍｍ×３０３ｍｍで板状に成型した無機質多孔体をドーナツ型に加工し、隔壁１５Ａと隔壁２２Ａが接合している部分に対応する箇所に段加工して成型した。第１の断熱成型体４の中央部ａ２は、最上部ａ１と同様に、６５ｍｍ×６１０ｍｍ×３０３ｍｍで板状に成型した無機質多孔体をドーナツ型に加工し、数枚積層させることで成型した。第１の断熱成型体４の最下部ａ３は、最上部ａ１と同様に、６５ｍｍ×６１０ｍｍ×３０３ｍｍで板状に成型した無機質多孔体を略円盤状に加工して成型した。第１の断熱成型体４の最上部ａ１、中央部ａ２、最下部ａ３を順に高温部ａに挿入、装着し、これらを組み合わせて第１の断熱成型体４の全体を形成した。

次に、表面材６は、無機質短繊維をフェルト状に成型し、略円筒形状に形成して、第１の断熱成型体４と略同軸に外側に装着した。さらに、第１の断熱成型体４の最下部ａ３の外側にも略円盤状に形成された表面材６を装着した。さらに、第１の断熱成型体４の最上部ａ１の第２の断熱成型体５が配設される側に、境界面材７を設置した。

続いて、第２の断熱成型体５を実施例１で示した組成に準じた無機質発泡体により成型した。スラリーは、表面材６と隔壁１５Ａ、１６Ａ等との間の空間容積の５分の１程度の容積を１回で流し込んだ。次いで、表面材６の未だ開口している側に無機質短繊維フェルトをドーナツ型に加工したものを載せてフタをし、スラリーを常温で１時間かけて発泡させた。その後、燃料処理装置１全体を防湿フィルムで包み、９０℃で８時間養生し、燃料処理装置１全体を防湿フィルムから取り出した後、９０℃で１６時間乾燥した。
以上で得られた燃料処理装置１について、４つの測定点で燃料処理装置１の外側温度（表面材６上の温度）、燃料処理装置１の内側温度（各隔壁と断熱成型体との境界部の温度）を測定した。

図５は、実施例３で得られた燃料処理装置１の外側温度と内側温度の関係を示す図である。本実施例での測定点は、略円柱状に形成された燃料処理装置１の軸方向に対して、（i）隔壁１６Ａの略中央、（ii）隔壁１５Ａの略中央、（iii）隔壁１５Ａの隔壁１５Ｂ側の端部、（iV）隔壁２２Ａの閉鎖されている側の端部の４つの位置（図１参照）である。

測定点（i）では、燃料処理装置外側温度Ｔ１は３８℃であり、燃料処理装置内側温度Ｔ１’は、１５０℃であった。測定点（ii）では、燃料処理装置外側温度Ｔ２は４９℃であり、燃料処理装置内側温度Ｔ２’は２００℃であった。測定点（iii）では、燃料処理装置外側温度Ｔ３は５０℃であり、燃料処理装置内側温度Ｔ３’は４００℃であった。測定点（iV）では、燃料処理装置外側温度Ｔ４は４９℃であり、燃料処理装置内側温度Ｔ４’は６５０℃であった。

以上の測定結果から、燃料処理装置１は、優れた耐熱性、断熱性を有し、装置内の温度バランスを適正に保つことができ、さらに、燃料処理装置１の外側の温度を充分に低下させることができるので、燃料処理装置１の表面に触れても火傷をするおそれがないことが確認された。また、第１の断熱成型体４、第２の断熱成型体５を比較的容易に成型、装着することができ実用性も十分であることが確認された。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置の第１の断熱成型体、第２の断熱成型体、表面材の組み付け方法を示す流れ図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムを説明するブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る燃料処理装置の概略構成を示す断面図である。 実施例３で得られた燃料処理装置の外側温度と内側温度の関係を示す図である。

符号の説明

１、３０１ 燃料処理装置
２、３０２ バーナー炎
３Ａ、３０３Ａ 燃焼円筒体
３、３０３ 燃焼室
４、３０４ 第１の断熱成型体
５、３０５ 第２の断熱成型体
６ 表面材
７ 境界面材
１２、３１２ バーナー
１４、３１４ 改質触媒層
１５、３１５ シフト触媒層
１６、３１６ 選択酸化触媒層
２１、３２１ 燃焼排気ガス流路
２２、３２２ 改質ガス流路
３２、３３２ 燃焼排気ガス導出流路
３３、３３３ 燃料ガス導出流路
３４、３３４ 原料ガス導入流路
３５、３３５ 選択酸化用空気導入流路
３６ 改質用水導入流路
２０１ 燃料電池発電システム
２０２ 燃料電池
１４Ａ、１４Ｂ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１６Ａ、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、３４１、３４２、３４３、３４４、３４５、３４６、３４７ 隔壁
Ｄ 燃焼用ガス
Ｅ 燃焼用空気
Ｆ 燃焼排気ガス
Ｇ 原料ガス
Ｈ 改質用水
Ｉ シフトガス
Ｊ 燃料ガス
Ｋ 空気
Ｍ 改質ガス
Ｎ 酸化剤ガス
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 燃料処理装置外側温度
Ｔ１’、Ｔ２’、Ｔ３’、Ｔ４’ 燃料処理装置内側温度
ａ 高温部
ｂ 中温部

Claims (7)

1. 原料燃料を処理して水素を主成分とする燃料ガスに改質する燃料処理装置において；
   前記改質に利用する熱を発生する熱源を収容する略筒状に形成された筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体と；
   前記筒状体高温部を外部に対して断熱する無機質多孔体と；
   前記筒状体低温部を外部に対して断熱する無機質発泡体とを備える：
   燃料処理装置。
2. 原料燃料を改質し、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質部と；
   前記改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガスを生成する一酸化炭素低減部と；
   前記改質に利用する熱を発生する熱源を収容する略筒状に形成された筒状体であって、相対的に温度の低い筒状体低温部と温度の高い筒状体高温部とを有する筒状体と；
   前記改質部を外部に対して断熱する無機質多孔体と；
   前記一酸化炭素低減部を外部に対して断熱する無機質発泡体とを備え：
   前記改質部は前記筒状体高温部の側に、前記一酸化炭素低減部は前記筒状体低温部の側にそれぞれ配置される；
   燃料処理装置。
3. 前記改質部の温度は４５０℃程度以上であり、前記一酸化炭素低減部の温度は５５０℃程度以下である；
   請求項２に記載の燃料処理装置。
4. 前記無機質発泡体は、シリカ・アルミナ系微粒子粉末を含んで配合された混合物を発泡させ硬化させることにより形成される；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料処理装置。
5. 前記無機質多孔体と前記無機質発泡体の外側を覆う表面材と；
   前記表面材の内側であって前記筒状体低温部の側に前記原料燃料を導入する配管を備え；
   前記混合物はスラリーであり、前記無機質発泡体は、前記表面材の内側に前記スラリーを流し込むことによって形成され、前記配管を覆う；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料処理装置。
6. 前記表面材は、無機質短繊維をフェルト状に成型させた無機質短繊維フェルトである；
   請求項５に記載の燃料処理装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料処理装置と；
   前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える；
   燃料電池発電システム。

Images