JP2010001187A - 改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シフト反応部から吐出されるガスの温度が低いときであっても、メタネーション反応部を効率よく昇温でき、ガスに含まれている一酸化炭素をメタネーション反応部において低減させるのに有利な改質装置を提供する。
【解決手段】改質装置は、ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減させるシフト反応部３と、ガスに含まれる一酸化炭素をメタネーション反応により低減させるメタネーション反応部と、シフト反応部３およびメタネーション反応部を有する基体１と有する。メタネーション反応部は、シフト反応部３の下流に配置されており、シフト反応部３に伝熱可能に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明はガスに含まれる一酸化炭素を低減させるシフト反応部およびメタネーション反応部を有する改質装置に関する。

従来、特許文献１、２、３には、改質用燃料を改質させて改質ガスを生成させる改質部、シフト反応部およびメタネーション反応部を併有する改質装置が開示されている。このものによれば、改質部で生成された改質ガスは、シフト反応部、メタネーション反応部の順に流れる。これにより改質ガスに含まれる一酸化炭素が低減される。一酸化炭素メタネーション反応は、一酸化炭素酸化反応よりも発熱を抑制できると考えられている。
特開２００６−６２９３４号公報 特開２００２−３１９４１６号公報 特許第３８５３６３２号公報

上記したように改質部で生成された改質ガスは、シフト反応部、メタネーション反応部の順に流れる。ここで、燃料電池の負荷が小さく、改質部で生成される改質ガスの単位時間あたりの流量が小さいとき、シフト反応部からメタネーション反応部に向けて供給されるガスの温度が低めとなり易い。この場合、メタネーション反応部はこれの活性温度域に到達しにくいことがある。この場合、メタネーション反応部におけるメタネーション反応が良好に行われないおそれがある。この場合、ガスに含まれている一酸化炭素の濃度の低減には限界がある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、シフト反応部から吐出されるガスの温度が低いときにおいて、メタネーション反応部を効率よく昇温でき、ガスに含まれている一酸化炭素をメタネーション反応部において低減させるのに有利な改質装置を提供することを課題とする。

様相１の本発明に係る改質装置は、改質用燃料を改質させて改質ガスを形成する改質部と、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるシフト反応を促進させるシフト触媒を収容するためのシフト反応部と、ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応を促進させるメタネーション触媒を収容するための第１メタネーション反応部と、シフト反応部および第１メタネーション反応部を有する基体と具備しており、第１メタネーション反応部は、シフト反応部の下流に配置されており、シフト反応部から伝熱され得るようにシフト反応部に伝熱可能に設けられている。

シフト反応はガスに含まれる一酸化炭素をＨ_２Ｏと反応させて低減させる反応を意味する。シフト反応部は、ガスに含まれる一酸化炭素をシフト反応により低減させる。メタネーション反応は、一酸化炭素をＨ_２と反応させてメタン化（ＣＨ_４）させて低減させる反応を意味する。第１メタネーション反応部は、ガスに含まれる一酸化炭素をメタネーション反応により低減させる。

基体はシフト反応部および第１メタネーション反応部を有する。第１メタネーション反応部はシフト反応部の下流に配置されており、シフト反応部に伝熱可能に設けられている。

ここで、シフト反応部を流れるガスの単位時間当たりの流量が少ないとき、シフト反応はシフト反応部において実行されるものの、シフト反応による発熱量が相対的に少ない。この場合、シフト反応部の下流域の出口から第１メタネーション反応部に向けて吐出されるガスの温度が相対的に低くなる。このためシフト反応部と第１メタネーション反応部とが伝熱不能に分離されていると、シフト反応部の下流に位置する第１メタネーション反応部の温度も低めとなるおそれがある。この場合、第１メタネーション反応部におけるメタネーション反応が充分に行われないおそれがある。

この点様相１に係る本発明によれば、第１メタネーション反応部はシフト反応部の下流に配置されており、且つ、シフト反応部に伝熱可能に設けられている。ここで、シフト反応部を流れるガスの流量が少なく、シフト反応部の出口から吐出され第１メタネーション部に流入するガスの温度が相対的に低いときには、第１メタネーション反応部の温度はシフト反応部の温度よりも低温となり易い。このような場合であっても、第１メタネーション反応部はシフト反応部に伝熱可能に設けられているため、シフト反応部の温度は第１メタネーション反応部に伝熱される。このため、第１メタネーション反応部はシフト反応部からの伝熱により効果的に昇温される。よって、第１メタネーション反応部におけるメタネーション反応が良好に行われる。この結果、第１メタネーション反応部から吐出されたガスに含まれている一酸化炭素が効果的に低減される。基体は改質部を有することが好ましい。改質部は、改質用燃料を改質反応により改質させることにより、燃料電池の発電反応に寄与する活物質（例えば水素）を有する改質ガスを形成する。

本発明によれば、次の好適態様を採用できる。

・好ましくは、シフト反応部の回りに第１メタネーション反応部が配置されている。また好ましくは、第１メタネーション反応部の回りにシフト反応部が配置されている。この場合、同軸的でも良いし、非同軸的としても良い。第１メタネーション反応部とシフト反応部との間には、伝熱部材が介在していることが好ましい。

・好ましくは、基体は内空間と内空間の外周に配置された外空間とを有する。シフト反応部は、基体の内空間および外空間のうちの一方に設けられている。第１メタネーション反応部は、基体の内空間および外空間のうちの他方に設けられている。この場合、小型化を図りつつ、シフト反応部と第１メタネーション反応部とを、これらの厚み方向（径方向）に隣設させ得、厚み方向における両者間の伝熱が良好となる。この場合、伝熱面積を大きく確保しつつ、伝熱距離が短縮される。シフト反応部から第１メタネーション反応部への伝熱を期待できる。また第１メタネーション反応部からシフト反応部への伝熱を期待できる。本明細書における『隣設』とは、両者が直接接触しつつ隣接していても良いし、他の部材を介して隣設していても良い。

・好ましくは、シフト反応部は、担体と、担体に保持されたシフト触媒とを有する。好ましくは、メタネーション反応部は、担体と、担体に保持されたメタネーション触媒とを有する。但し、担体が用いられないこともある。この場合、触媒をペレット化することが好ましい。シフト触媒およびメタネーション触媒については、活性温度域が重複することが多い。従ってシフト反応部とメタネーション反応部との間における相互の伝熱性を高めることは有効である。この場合、メタネーション触媒とシフト触媒とは、活性温度域は同一でも良いし、重複していても良い。重複は全部重複および一部重複を含む。

・シフト反応部は基体の内空間に設けられており、メタネーション反応部は基体の外空間に設けられていることが好ましい。逆に、シフト反応部は基体の外空間に設けられており、メタネーション反応部は基体の内空間に設けられていることも好ましい。

・シフト反応部を通過する単位時間あたりのガス流量が少ないときであっても、シフト反応部のうちこれの上流域および／または中流域はシフト反応により昇温され易い。そこで、メタネーション反応部はシフト反応部のうち上流域および中流域のうちの少なくと一方に伝熱可能に隣設されていることが好ましい。このため、ガスの温度が低いときであっても、シフト反応部からの伝熱によりメタネーション反応部が昇温され易くなる。

・シフト反応部は上流域および下流域に分割して考えることができる。あるいはシフト反応部は上流域、中流域および下流域に分割して考えることができる。従って、シフト反応部の入口から出口までを１００として相対表示すると、シフト反応部の上流域については、例えば、シフト反応部の入口を始点とし、入口から下流に向けて２０〜５０までの部位を終点とすることができる。また、シフト反応部の下流域については、例えば、シフト反応部の出口を始点とし、出口から上流に向けて２０〜５０までの部位を終点とすることができる。

・改質ガスが一酸化炭素の他に、二酸化炭素も含有する場合には、一酸化炭素のメタネーション反応の他に、二酸化炭素のメタネーション反応が発生するおそれがある。この場合、二酸化炭素の濃度が高いと、二酸化炭素のメタネーション反応によりメタネーション反応部が過剰に昇温するおそれがある。このような場合には、シフト反応部とメタネーション反応部を伝熱可能に設けるものの、メタネーション反応部はシフト反応部の下流域に隣設されていないことが好ましい。これにより二酸化炭素のメタネーション反応が発生するときであっても、メタネーション反応部が過剰に昇温することが抑制される。

・好ましくは、シフト反応部の上流域および中流域はメタネーション反応に伝熱可能に隣設され、且つ、シフト反応部の下流域は空間通路に隣設されている。シフト反応部を流れるガスの単位時間あたりの流量が増加すると、一酸化炭素のメタネーション反応ばかりか、二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなる。ガスにおいて、一酸化炭素の濃度よりも二酸化炭素の濃度は高い場合には、二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなる。このためメタネーション反応部（殊に下流域）に過剰昇温化が発生し、メタネーション反応部が過剰に昇温するおそれがある。そこで、シフト反応部はメタネーションに伝熱可能に隣設されるものの、メタネーション反応部の下流域とシフト反応部との伝熱性を制限し、メタネーション反応部の下流域とシフト反応部との断熱性を高めることが好ましい。この場合、メタネーション反応部の過剰昇温化を抑制させるのに有利となる。

・一酸化炭素のメタネーション反応の他に、二酸化炭素のメタネーション反応が促進されると、メタネーション反応部は過剰高温化するおそれがある。そこで、このような場合には、第１メタネーション反応部およびシフト反応部は隣設されつつ、第１メタネーション反応部はシフト反応部に部分的に隣設されておらず、シフト反応部から第１メタネーション反応部への伝熱を図りつつも、シフト反応部から第１メタネーション反応部への伝熱が制限されていることが好ましい。

・上記したように二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなると、第１メタネーション反応部または第２メタネーション反応部は過剰に昇温化されるおそれがある。この場合、好ましくは、第１メタネーション反応部または第２メタネーション反応部における過剰昇温化を抑制するために、第１メタネーション反応部または第２メタネーション反応部を冷却させる冷却部が、第１メタネーション反応部または第２メタネーション反応部に対して伝熱可能に設けられている。冷却部は冷却媒体で冷却されることが好ましい。冷却媒体としては、冷却水や改質用水原料等の液体、空気等の冷却気体が挙げられる。

・好ましくは、基体は、気相状および／または液相状の改質用水原料を用いて改質用燃料を改質反応にて改質させる改質部と、改質部を加熱させる加熱部と、改質用水原料を加熱させる改質用水原料加熱部とを有する。改質用水原料加熱部は、改質用水原料を蒸発させる蒸発部とすることができる。

・好ましくは、基体は、ガスの流れ方向においてシフト反応部の出口と第１メタネーション反応部の入口との間に設けられた空間通路を有する。この場合、ガスの流れ方向において、シフト反応部の出口と第１メタネーション反応部の入口との間における直接伝熱が抑制される。更にシフト反応部の出口から吐出されたガスを空間通路において効率よく拡散させることができる。従って、第１メタネーション反応部における反応ムラが低減される。

・好ましくは、第１メタネーション反応部で一酸化炭素が低減されたガスに対してメタネーション反応により一酸化炭素を更に低減させる第２メタネーション反応部が、メタネーション反応部の下流に設けられている。これにより一酸化炭素の低減化を更に促進できる。第１メタネーション反応部のメタネーション触媒と、第２メタネーション反応部の第２メタネーション触媒とは、同一組成でも良いし、同系組成でも良いし、異なる組成でも良い。この場合、活性温度域は同一でも良いし、重複していても良い。なお、第２メタネーション反応部が蒸発部に隣設されているときには、第２メタネーション触媒の活性温度域としては、第１メタネーション反応部のメタネーション触媒よりも低温とすることができる。

・好ましくは、第２メタネーション反応部は蒸発部等の改質用水原料加熱部の外側に隣設されている。この場合、蒸発部等の改質用水原料加熱部は水原料の気化熱で冷却されるため、第２メタネーション反応部の過剰高温化が抑制される。改質用水原料加熱部により第２メタネーション反応部が過剰に冷却されるときには、改質用水原料加熱部と第２メタネーション反応部との間に第２断熱層を介在させることも好ましい。断熱層としては、空気断熱層、セラミックス断熱層、多孔質断熱層が挙げられる。

・第１メタネーション反応部から吐出され第２メタネーション反応部に向かうガスの温度が低いときがある。そこで、好ましくは、第１メタネーション反応部から吐出されたガスを加熱させるガス加熱部が、第１メタネーション反応部と第２メタネーション反応部との間に設けられている。これにより第２メタネーション反応部に供給される前のガスを加熱させて昇温させることができる。第２メタネーション反応部におけるメタネーション反応が良好に維持される。

・改質用水原料加熱部が設けられている場合には、好ましくは、第２メタネーション反応部と改質用水原料加熱部との間には、断熱層が設けられている。断熱層としては、空気断熱層、セラミックス断熱層、多孔質断熱層が挙げられる。

本発明によれば、シフト反応部から吐出されるガスの温度が低いときであっても、シフト反応部からの第１メタネーション反応部への伝熱により第１メタネーション反応部を効率よく昇温でき、ガスに含まれている一酸化炭素を第１メタネーション反応部において低減させるのに有利となる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施例１について図１および図２を参照して説明する。図１において、本実施形態に係る改質装置は、例えば定置用、産業用、車両用の燃料電池システムに適用される。図１は改質装置の全体概念を示す。便宜上、改質装置から説明する。改質装置は、基体１と、燃焼室１ｅを形成すると共に気相状および／または液相状の改質用水原料を用いて改質用燃料を改質反応にて改質させる筒形状の改質部１０と、改質部１０の回りに燃焼排ガス通路１１を形成するように設けられた筒形状の断熱壁１２と、改質部１０を加熱させる加熱部としての燃焼部１３と、改質用水原料を加熱させて水蒸気化させる改質用水原料加熱部としての筒形状の蒸発部１４とを有する。断熱壁１２は、改質部１０の回りに同軸的に設けられた周壁１２ａと、端面を閉鎖する端壁１２ｃとを有する。燃焼排ガス通路１１は、内側燃焼排ガス通路１１ａと外側燃焼排ガス通路１１ｃとをもつ。改質部１０、断熱壁１２、燃焼部１３、蒸発部１４、燃焼排ガス通路１１は、中心軸線Ｐ１に対して同軸的に配置されている。改質部１０は同軸的な外通路１０ａ、折返通路１０ｂ、および内通路１０ｃをもつ。改質部１０には、改質触媒を担持した触媒担体が収容されている。改質触媒としては公知のものを採用でき、Ｎｉなどの卑金属系触媒、Ｒｕ，Ｐｔ，Ｒｈなどの貴金属系触媒が例示されるが、これらに限定されるものではない。改質用燃料がメタンを主要成分とする場合には、改質部１０は次式により改質ガス（水素含有ガス）を生成する。
改質反応…ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ（吸熱反応）
図１に示すように、蒸発部１４の下部は給水通路１５が繋がれている。蒸発部１４の上部は水蒸気通路１６が繋がれている。改質部１０には熱交換部２が隣設されている。殊に改質部１０の下方に熱交換部２が隣設されている。熱交換部２は、互いに熱交換可能な第１熱交換通路２ｆおよび第２熱交換通路２ｓをもつ。水蒸気通路１６は合流域１７において燃料通路１８と合流した後、第１熱交換通路２ｆを通り、入口１０ｉから改質部１０に供給される。

図１に示すように、改質装置の基体１は、改質部１０の下方に配置された熱交換部２と、熱交換部２の下方に配置されたシフト反応部３と、第１メタネーション反応部４とを備えている。ここで、改質部１０の下流（下方）に熱交換部２が設けられている。熱交換部２の下流（下方）にシフト反応部３が設けられている。シフト反応部３の下流に第１メタネーション反応部４が設けられている。シフト反応部３は、次式に基づいて、一酸化炭素を水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と反応させて低減させるシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているＣＯを低減させることができる。
シフト反応…ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２（発熱反応）
シフト反応部３は、シフト反応を促進させるシフト触媒を有する触媒担体を有する。シフト触媒は公知のものを採用でき、例えば銅−亜鉛系触媒、Ｐｔ系触媒が採用されるが、これに限定されるものではない。触媒担体は粒状またはハニカム状をなす。

基体１内において、ガスの流れ方向において、シフト反応部３の出口３ｐと第１メタネーション反応部４の入口４ｉとの間には空間通路１９が設けられている。空間通路１９は、折返通路１９ａと、第１メタネーション反応部４の下流域の外周側に配置されたリング状空間１９ｃとを有する。従ってシフト反応部３の出口３ｐと、第１メタネーション反応部４の入口４ｉとは空間通路１９に対面しており、ガスの流れ方向において互いに非接触である。この場合、改質ガスの流れ方向において、シフト反応部３の出口３ｐと第１メタネーション反応部４の入口４ｉとの間における直接伝熱が抑制される。更に、シフト反応部３の出口３ｐから吐出された改質ガスを空間通路１９において拡散させることができ、従って、第１メタネーション反応部４における反応ムラが低減される。

図１および図２に示すように、第１メタネーション反応部４およびシフト反応部３はこれらの厚み方向に伝熱可能に隣設（積層）されている。殊に、第１メタネーション反応部４はシフト反応部３のうち上流域３ｕおよび中流域３ｍに伝熱可能に隣設されている。ここで、シフト反応部３の入口３ｉから出口３ｐまでを１００として相対表示すると、シフト反応部３の上流域３ｕは、シフト反応部３の入口３ｉから下流に向けて１／３までの領域とする。シフト反応部３の下流域３ｄは、シフト反応部３の出口３ｐから上流に向けて１／３までの領域とする。シフト反応部３の中流域３ｍは、上流域３ｕと下流域３ｄとの間に位置する。

更に説明を加える。本実施形態によれば、図２に示すように、基体１は、径方向（矢印Ｒ方向）の中央に配置された内空間１ａと、内空間１ａの外周に同軸的に配置された断面リング状の外空間１ｃとを有する。基体１は、外空間１ｃおよび内空間１ａを仕切る筒形状の仕切壁１ｆと、仕切壁１ｆの外周側の外壁１ｓと、内空間１ａの下部に設けられ複数の孔を有するガス通過板１ｈと、内空間１ａの上部に設けられ複数の孔を有するガス通過板１ｋと、外空間１ｃの下部に設けられたリング状のガス通過板１ｍと、外空間１ｃの上部に設けられ複数の孔を有するリング状のガス通過板１ｎとを有する。仕切壁１ｆは伝熱性を有する金属またはセラミックスで形成されており、内空間１ａと外空間１ｃとの間における伝熱性を有する伝熱部材として機能でき、つまり、シフト反応部３と第１メタネーション反応部４との間における伝熱性を高める。これにより第１メタネーション反応部４およびシフト反応部３は、径方向（矢印Ｒ方向）における相互の伝熱性が高められている。仕切壁１ｆはこれの厚み方向に非連通性をもつ。

シフト反応部３は、基体１の内空間１ａに設けられている。第１メタネーション反応部４は、基体１の外空間１ｃに設けられている。従って、シフト反応部３および第１メタネーション反応部４は、これらの厚み方向において、仕切壁１ｆを介して厚み方向に伝熱可能に同軸的に隣設されている。内空間１ａの回りに外空間１ｃが配置されているため、内空間１ａおよび外空間１ｃの伝熱面積が確保され、ひいてはシフト反応部３および第１メタネーション反応部４の伝熱面積が確保される。

第１メタネーション反応部４は、この場合、小型化を図りつつ、径方向（矢印Ｒ方向）におけるシフト反応部３と第１メタネーション反応部４との伝熱が良好となる。更に小型化を図りつつ、第１メタネーション反応部４とシフト反応部３との伝熱面積も確保され易い。この場合、伝熱面積を大きく確保しつつ、伝熱距離が短縮され、伝熱応答性を向上させることができる。

ここで、シフト反応部３は、担体と、担体に保持されたシフト触媒とを有する。第１メタネーション反応部４は、担体と、担体に保持された第１メタネーション触媒とを有する。シフト触媒の活性温度域は１６０〜２５０℃であり、第１メタネーション触媒の活性温度域は１３０〜２５０℃であり、両者の活性温度域は重複する。重複は完全重複および一部重複を含む。一部重複は、一部に重複しない部分があるという意味である。なお、活性温度域はこれらに限定されるものではない。

内空間１ａよりも外空間１ｃは径外方向に配置されている。このため内空間１ａよりも径寸法が大きい外空間１ｃの容積が確保され易い。このため第１メタネーション反応部４の容積が確保され易い。更に、外空間１ｃの外周面積が確保されやすく、第１メタネーション反応部４の放熱面積が確保され易く、第１メタネーション反応部４の過剰高温化の抑制にも有利である。しかも第１メタネーション反応部４は断面でリング状をなすため、中心軸線Ｐ１の回りにておいて広く分散されている。故に、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応のムラ低減に貢献できる。

第１メタネーション反応部４は、下式のように一酸化炭素をＨ_２と反応させてメタン化（ＣＨ_４）させて一酸化炭素を低減させることを目的とする。従って、第１メタネーション反応部４は、改質ガスに含まれる一酸化炭素をメタネーション反応により低減させる。
ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ（発熱反応）
次に改質装置を作動させるときについて図１を参照して説明する。この場合、空気通路７５から燃焼用空気を燃焼部１３に供給すると共に、燃焼用燃料を燃焼部１３に供給する。これにより燃焼部１３が着火され、燃焼室１ｅにおいて燃料火炎が生成される。燃焼用燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が採用できる。例えば、炭化水素系の都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。燃焼部１３により改質部１０が改質反応に適するように高温（例えば４００〜９００℃）に加熱される。改質部１０と共に蒸発部１４も昇温される。

改質部１０が適温領域にされたら、給水通路１５から改質用水原料（改質反応前の液相状の水）が蒸発部１４の水入口１４ｉに供給される。改質用水原料は蒸発部１４において加熱されて水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部１４を上昇し、蒸発部１４の水蒸気出口１４ｐから水蒸気通路１６を経て燃料通路１８の合流域１７に到達する。これに対して、改質用の燃料は図略の燃料源から燃料通路１８に供給される。改質用燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも良い。具体的には、炭化水素系、アルコール系が採用できる。例えば、炭化水素系の都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。

本実施形態によれば、燃料通路１８の合流域１７において、改質用の改質用燃料と水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部２の低温側の第１熱交換通路２ｆを流れて入口１０ｉから改質部１０の外通路１０ａに至る。このとき改質部１０の内通路１０ｃの出口１０ｐから吐出された高温の改質ガスは、熱交換部２の高温側の第２熱交換通路２ｓを流れる。このため相対的に高温の改質ガス（水素含有ガス）と、改質ガスよりも相対的に低温の混合流体とは互いに熱交換される。従って、改質反応前の混合流体がシフト反応前に予熱される。混合流体は改質部１０の外通路１０ａに流入して矢印Ｕ方向（上向き，図１参照）に流れ、折返通路１０ｂをＵターンして内通路１０ｃに流入して矢印Ｄ方向（下向き，図１参照）に流れる。このとき水蒸気および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した改質反応により、水素を含有する（例えば２０モル％以上）改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素および二酸化炭素を含む。

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、熱交換部２の高温側の第２熱交換通路２ｓを通過することにより、低温側の第１熱交換通路２ｆの混合流体を加熱する。更に、第２熱交換通路２ｓを通過した改質ガスは、入口３ｉからシフト反応部３に流入する。この場合、改質ガスは、第２熱交換通路２ｓから第１メタネーション反応部４には直接流入できないようになっている。シフト反応部３においては、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減される。

更に、シフト反応部３において浄化された改質ガスは、空間通路１９で矢印Ｃ方向に反転し、第１メタネーション反応部４の入口４ｉから出口４ｐに向けて上向きに流れる。このとき改質ガスに含まれている一酸化炭素は、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応により低減される。その後、改質ガスは第１メタネーション反応部４の出口４ｐから吐出され、通路６ｈ、ガス加熱部５、通路６ｋおよび入口室６ｉを介して第２メタネーション反応部６に供給される。第２メタネーション反応部６は、担体と、担体に保持された第２メタネーション触媒とを有する。第２メタネーション触媒は、第１メタネーション触媒と同一または同系の組成を採用できる。但し場合によっては異なる組成としても良い。第２メタネーション触媒の活性温度域は、第１メタネーション触媒の活性温度域よりも低めとすることができる。蒸発部１４は水を水蒸気化させるものであり、シフト反応部３よりも低温に維持される。第２メタネーション反応部６は、蒸発部１４の影響を受け易いためである。

改質ガスが第２メタネーション反応部６に供給されると、第２メタネーション反応部６においてメタネーション反応によりＣＯがメタン化されて低減される。この結果、改質ガスに含まれているＣＯが更に低減される。この改質ガスは、第２メタネーション反応部６の出口６ｐからアノードガスとして、燃料電池９の燃料極（アノード）に供給される。カソードガスとして機能する空気は、燃料電池９の酸化剤極（カソード）に供給される。これにより燃料電池９において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガス（燃料電池９のアノードから排出されたガス）は、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスは燃焼部１３に供給されて燃焼され、燃焼部１３の熱源となる。

ところで、燃料電池９が低負荷運転であり、改質部１０に供給させる燃料が少なく、シフト反応部３を流れる改質ガスの単位時間当たりの流量が少ないとき、シフト反応部３の下流域３ｄの出口３ｐから吐出されるガスの温度が相対的に低くなり易い。この場合、シフト反応部３から第１メタネーション反応部４に伝熱されない構造であるときには、シフト反応部３の下流に位置する第１メタネーション反応部４の温度が低めとなるおそれがある。この場合、第１メタネーション反応部４のメタネーション触媒の活性温度域に充分に昇温されず、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応が充分に行われないおそれがある。

この点本実施形態によれば、改質ガスが流れる方向において、第１メタネーション反応部４はシフト反応部３の下流に配置されており、シフト反応部３に伝熱可能に設けられている（対策Ａ）。このため、燃料電池９が低負荷運転であり、シフト反応部３を流れる改質ガスの単位時間当たりの流量が少ないときであっても、シフト反応がシフト反応部３において実行され、シフト反応部３が昇温すれば、その熱はシフト反応部３の外周部から径外方向（図２に示す矢印Ｘ１方向）に伝熱され、第１メタネーション反応部４の内周部に至り、第２メタネーション反応部６に伝熱される。

このため、シフト反応部３の出口３ｐから吐出される改質ガスの温度が低いときであっても、第１メタネーション反応部４はシフト反応部３からの伝熱により効果的に昇温される。第１メタネーション反応部４はシフト反応部３に対して伝熱可能に隣設されているためである。この結果、燃料電池９が低負荷運転であり、シフト反応部３から吐出される改質ガスの温度が低めのときであっても、シフト反応部３からの伝熱により第１メタネーション反応部４を効率よく昇温できる。このため、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応が良好に行われる。この結果、第１メタネーション反応部４から吐出されたガスに含まれている一酸化炭素が効果的に低減される。一酸化炭素の濃度を例えば１０ｐｐｍ以下に低減できる。

第１メタネーション反応部４およびシフト反応部３はこれらの厚み方向に伝熱可能に隣設されている。このため伝熱距離が短縮され、伝熱速度および応答性を高めるのに有利となる。図１に示すように、第１メタネーション反応部４およびシフト反応部３はこれらの長さ方向（ガスの流れ方向）において重複している。

更に説明を加える。燃料電池９が低負荷運転のときには、シフト反応はシフト反応部３の上流域３ｕおよび／または中流域３ｍにおいて実行されるものの、シフト反応部３の下流域３ｄにおいてあまり実行されないおそれがある。改質ガスに含まれるＣＯがシフト反応部３の上流域３ｕおよび中流域３ｍで低減されてしまうためである。この場合、シフト反応部３の下流域３ｄの出口３ｐから吐出されるガスの温度が相対的に低くなる。このため、シフト反応部３から第１メタネーション反応部４に伝熱されない構造であるときには、シフト反応部３の下流に位置する第１メタネーション反応部４の温度が低めとなるおそれがある。この場合、第１メタネーション反応部４のメタネーション触媒の活性温度域に充分に昇温されず、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応が充分に行われないおそれがある。前述したように、燃料電池９が低負荷運転であり、シフト反応部３の出口３ｐから吐出される改質ガスの温度が低めのとき、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応を良好に行うためには、上流域４ｕをこれの下流域４ｄよりもできるだけ昇温させることが好ましい。上記したように燃料電池９が低負荷運転であるとき、シフト反応はシフト反応部３の上流域３ｕおよび／または中流域３ｍにおいて実行され、上流域３ｕおよび／または中流域３ｍは下流域３ｄよりも比較的昇温されやすい。そこで本実施形態によれば、図１に示すように、第１メタネーション反応部４の上流域４ｕは、シフト反応部３の昇温されやすい中流域３ｍに対向しており、シフト反応部３の中流域３ｍから伝熱され易くなっている。従って燃料電池９が低負荷運転であっても、第１メタネーション反応部４の上流域４ｕにおいてメタネーション反応を良好に発生させ易い利点が得られる。なお、第１メタネーション反応部４の昇温が充分ではないときには、第１メタネーション反応部４の上流域４ｕを昇温させれば、第１メタネーション反応部４の全体を昇温させるのに有利である。

これに対して、燃料電池９が高負荷運転となり、シフト反応部３を流れる改質ガスの単位時間当たりの流量が増加すると、シフト反応はシフト反応部３の上流域３ｕにおいて実行され、更に、シフト反応部３の下流域３ｄにおいても良好に実行される。この結果、燃料電池９が低負荷運転の場合に比較し、シフト反応部３の出口３ｐから吐出されるガスの温度が相対的に高くなる。このため第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応が充分に行われる。この結果、第１メタネーション反応部４から吐出された改質ガスに含まれている一酸化炭素が効果的に低減される。一酸化炭素の濃度を例えば１０ｐｐｍ以下に低減できる。

ここで、第１メタネーション反応部４の入口４ｉから出口４ｐまでを１００として相対表示すると、第１メタネーション反応部４の上流域４ｕについては、入口４ｉを始点とし、入口４ｉから下流に向けて１／３までの部位を終点とすることができる。また、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄについては、第１メタネーション反応部４の出口４ｐを始点とし、出口４ｐから上流に向けて１／３までの部位を終点とすることができる。

ところで、燃料電池９の負荷が増加し、改質部１０に供給される改質用燃料の流量が増加すると、改質部１０で生成される改質ガスの流量が増加し、ひいてはシフト反応部３を流れるガスの単位時間あたりの流量が増加する。このとき、一酸化炭素のメタネーション反応ばかりか、二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなる傾向がある。改質部１０で改質された改質ガスでは、一酸化炭素の濃度よりも二酸化炭素の濃度が高いためである。このため二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなる。二酸化炭素のメタネーション反応は次の式に基づく。
ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ（発熱反応）
二酸化炭素のメタネーション反応は、水素の消費が大きいため、なるべく発生させない方が好ましい。理想的なメタネーション反応では、一酸化炭素のメタネーション反応が発生するものの、二酸化炭素のメタネーション反応は発生しないほうが好ましい。メタネーション触媒の組成の選択により、一酸化炭素のメタネーション反応を促進させものの、二酸化炭素のメタネーション反応を抑制することができる。但し、実運転では、二酸化炭素のメタネーション反応を完全に抑制することは困難である。

第１メタネーション反応部４において二酸化炭素のメタネーション反応が活発化すると、シフト反応部３の温度よりも第１メタネーション反応部４において過剰に昇温するおそれがある。上記した改質反応の関係で、改質ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は高いためである。

そこで本実施形態によれば、図２に示すように、シフト反応部３の上流域３ｕおよび中流域３ｍは、これの厚み方向において、第１メタネーション反応部４に伝熱可能に隣設されているものの、シフト反応部３の下流域３ｄは径方向（矢印Ｒ方向）において第１メタネーション反応部４に隣設されず、空間通路１９に隣設されている。このため、径方向（矢印Ｒ方向）におけるシフト反応部３の外周部の下流域３ｄから第１メタネーション反応部４への伝熱は制限される。よって燃料電池９が高負荷運転であり、改質部１０で生成される改質ガスの流量が多いときには、シフト反応部３から第１メタネーション反応部４への厚み方向の伝熱が制限され、第１メタネーション反応部４における過剰昇温化は抑制される。換言すると、第１メタネーション反応部４においては、空間通路１９が形成されているため、その相当ぶん、高価な第１メタネーション触媒の量が低減されている（対策Ｂ）。これによりコストを低減させつつ、第１メタネーション反応部４における過剰昇温化が効果的に抑制されている。

更に本実施形態によれば、図１に示すように、第１メタネーション反応部４で一酸化炭素が低減されたガスに対してメタネーション反応により一酸化炭素を更に低減させる第２メタネーション反応部６が、第１メタネーション反応部４の下流に設けられている。具体的には、蒸発部１４の外周側に、筒形状をなす第２メタネーション反応部６が同軸的に隣設されている。これにより一酸化炭素の低減化を更に促進できる。すなわち、第１メタネーション反応部４の過剰昇温化を抑えるべく、第１メタネーション触媒の量が抑えられている。これを補うために、第２メタネーション反応部６が第１メタネーション反応部４の下流に分離させて設けられている。

第２メタネーション反応部６と蒸発部１４との間には、筒形状の第２断熱層７２が設けられている。第２断熱層７２としては、空気断熱層、セラミックス断熱層、多孔質断熱層が挙げられる。第２断熱層７２は、第２メタネーション反応部６の熱が蒸発部１４に伝達されることを抑制し、第２メタネーション反応部６の温度を確保するのに有効である。第２断熱層７２は、低断熱層７２ｋよりも高い断熱性をもつ高断熱層７２ｈと、高断熱層７２ｈよりも低い断熱性をもつ低断熱層７２ｋとを有する。低断熱層７２ｋは、第２メタネーション反応部６の下流域６ｄと蒸発部１４との間に配置されている。高断熱層７２ｈは第２メタネーション反応部６の上流域６ｕと蒸発部１４との間に配置されている。第２メタネーション反応部６の下流域６ｄについては、メタネーション反応（発熱反応）により上流域６ｕよりも昇温化され易い。このため、下流域６ｄから蒸発部１４への吸熱を確保すべく、つまり下流域６ｄの過剰昇温化を抑制すべく、断熱性が低い低断熱層７２ｋが採用されている。これにより第２メタネーション反応部６の下流域６ｄは、蒸発部１４により冷却され易くなる。よって下流域６ｄの過剰高温化が抑制される。なお、蒸発部１４は液相状の水の水蒸気化を促進させるため、気化熱の関係で温度が低めとなり易い。

これに対して第２メタネーション反応部６の上流域６ｕについては、第２メタネーション反応部６におけるメタネーション反応（発熱反応）により昇温化は充分ではないため、更に、第２メタネーション反応部６の上流域６ｕにおける温度を維持するため、断熱性が高い高断熱層７２ｈが採用されている。これにより第２メタネーション反応部６の上流域６ｕは蒸発部１４から冷却されにくくなる。故に、上流域６ｕにおけるメタネーション触媒は活性温度域に維持され易くなる。場合によっては、高断熱層７２ｈおよび低断熱層７２ｋの位置を交換させても良い。

ところで、燃料電池９が低負荷運転であるとき、供給される改質用燃料の量が相対的に少なくなり、改質部１０で発生する改質ガスの流量が少なく、第１メタネーション反応部４から吐出されたガスの温度が低いときがある。この場合、第２メタネーション反応部６の上流域６ｕにおいて充分に昇温されず、触媒失活が発生するおそれがある。第２メタネーション反応部６における触媒失活とは、第２メタネーション反応部６が第２メタネーション反応部６のメタネーション触媒の活性温度域に充分に到達していないことを意味する。そこで、第２メタネーション反応部６の入口室６ｉは、第２メタネーション反応部６の上流域６ｕを外側から包囲するリング状の空間とされている。更に、入口室６ｉは、水の気化熱が奪われるため低温にされる蒸発部１４から径方向（Ｒ方向）において遠ざけるように、第２メタネーション反応部６の外周側に配置されている（対策Ｃ）。必要に応じて、入口室６ｉの外周に第３断熱層（図略）を被覆しても良い。

更に、第１メタネーション反応部４から吐出された改質ガスの温度が低いとき、改質ガスを積極的に加熱させるためのガス加熱部５が、第１メタネーション反応部４と第２メタネーション反応部６との間に設けられている。具体的にはガス加熱部５は、熱交換部２（運転時には例えば３００〜５００℃）の外周部に伝熱可能に隣設されており、熱交換部２により加熱される。これにより第２メタネーション反応部６に供給される前の改質ガスをガス加熱部５（リング状でも良いし、非リング状でも良い）により加熱させて昇温させることができる。従って、第２メタネーション反応部６におけるメタネーション反応が良好に維持される。

（実施形態２）
図３は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図３に示すように、燃焼排ガス通路１１を流れる燃焼排ガスからの伝熱により加熱されるようにガス加熱部５ｂが設けられている。

シフト反応部３において浄化された改質ガスは、空間通路１９で反転し、第１メタネーション反応部４の入口４ｉから出口４ｐに向けて上向きに流れる。このとき改質ガスに含まれている一酸化炭素は第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応により低減される。その後、改質ガスは第１メタネーション反応部４の出口４ｐから吐出され、通路６ｈ、ガス加熱部５ｂ、通路６ｋおよび入口室６ｉを介して第２メタネーション反応部６に供給される。ガス加熱部５ｂおよび入口室６ｉはリング状とされているが、これに限定されるものではない。

燃料電池９が低負荷運転であるとき、改質ガスの流量が少なく、第１メタネーション反応部４から吐出されたガスの温度が低いときがある。この場合、第２メタネーション反応部６の上流域６ｕにおいて触媒失活が発生するおそれがある。そこで、第２メタネーション反応部６の入口室６ｉは空間とされつつ、更に、水の気化熱が奪われるため低温にされる蒸発部１４から径方向（矢印Ｒ方向）において遠ざけるように、第２メタネーション反応部６の外周側に配置されている（対策Ｃ）。更に、第１メタネーション反応部４から吐出された改質ガスを加熱させるためのガス加熱部５ｂが、第１メタネーション反応部４と第２メタネーション反応部６との間に設けられている。具体的には加熱部５ｂは、燃焼排ガス通路１１に伝熱可能に隣設されており、燃焼排ガス通路１１を流れる燃焼排ガスにより熱交換されて加熱される。これにより第２メタネーション反応部６に供給される前のガスを加熱させて昇温させることができる。従って、第２メタネーション反応部６におけるメタネーション反応が良好に維持される。ガス加熱部５ｂとしては、燃焼排ガス通路１１から分離させた電気ヒータとしても良い。

（実施形態３）
図４は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。燃料電池９が高負荷運転となり、シフト反応部３を流れる改質ガスの単位時間当たりの流量が増加すると、シフト反応はシフト反応部３の上流域３ｕにおいて実行され、更に、シフト反応部３の下流域３ｄにおいても良好に実行される。この結果、燃料電池９が低負荷運転の場合に比較し、シフト反応部３の出口３ｐから吐出されるガスの温度が相対的に高くなる。このため第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応が充分に行われる。この結果、第１メタネーション反応部４から吐出された改質ガスに含まれている一酸化炭素が効果的に低減される。

燃料電池９の負荷が増加し、改質部１０で生成される改質ガスの単位時間あたりの流量が増加すると、一酸化炭素のメタネーション反応ばかりか、二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなる傾向がある。改質部１０で改質された改質ガスでは、一酸化炭素の濃度よりも二酸化炭素の濃度が高いためである。このためメタネーション触媒によっては、二酸化炭素のメタネーション反応による影響が大きくなる。二酸化炭素のメタネーション反応が活発化すると、第１メタネーション反応部４において過剰昇温化が発生し、過剰に昇温するおそれがある。殊に、第１メタネーション反応部４においては上流域４ｕよりも下流域４ｄにおいて過剰昇温化し易い。

そこで本実施形態によれば、図４に示すように、第１メタネーション反応部４とシフト反応部３との間には、部分的に第１断熱層７１が設けられている（対策Ｇ）。第１断熱層７１は、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄとシフト反応部３の上流域３ｕとの間に部分的にリング状に同軸的に設けられている。更に第１メタネーション反応部４の下流域４ｄの外周には、これを冷却させる冷却部８が設けられている（対策Ｈ）。冷却部８は、第１メタネーション反応部４の外周部を包囲するリング状の冷却室８０で形成されている。殊に、冷却部８は、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄの過剰高温化を抑制するように、下流域４ｄのうち、径寸法が小さい内周部を包囲するのではなく、径寸法が大きい外周部を包囲する。これにより放熱面積が増加し、下流域４ｄの過剰高温化を抑制するのに有利となる。

冷却室８０は、燃焼部１３に燃焼用空気を供給するための空気通路７５に連通している。従って、燃焼部１３に燃焼用空気が供給されるとき、燃焼用空気は冷却部８の冷却室８０を通過し、第１メタネーション反応部４（殊に下流域４ｄ）を冷却することにより、予熱される。このように燃焼用空気が予熱されるため、燃焼部１３における燃焼効率を高め得る。本実施形態によれば、図４に示すように第２メタネーション反応部６は廃止されている。

（実施形態４）
図５は実施形態４を示す。本実施形態は前記した図４に示す実施形態３と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図５に示すように、第１メタネーション反応部４（特に下流域４ｄ）の外周部を包囲するリング状の冷却室８０をもつ冷却部８で形成されている。冷却室８０は、燃焼部１３に燃焼用空気を供給するための空気通路７５に連通している。従って、空気通路７５から燃焼用空気が燃焼部１３に供給されるとき、燃焼用空気は冷却部８の冷却室８０を通過し、第１メタネーション反応部４（特に、過剰高温しがちの下流域４ｄ）を冷却することにより、予熱される。このように燃焼用空気が冷却室８０で予熱されるため、燃焼部１３における燃焼効率を高め得る。更に、冷却部８を迂回させる迂回要素として機能する迂回通路８１が、空気通路７５に迂回バルブ８２ｆ，８２ｓと共に設けられている。第１メタネーション反応部４が過剰に高温であるときには、迂回バルブ８２ｆ，８２ｓにより、空気通路７５の燃焼用空気を冷却部８の冷却室８０に供給して第１メタネーション反応部４を冷却させつつ、燃焼用空気を予熱させる。

これに対して第１メタネーション反応部４が適温域または低温域であるときには、迂回バルブ８２ｆ，８２ｓにより、空気通路７５の燃焼用空気を冷却部８の冷却室８０に供給することを停止するか、冷却部８の冷却室８０に供給する空気流量を低減させるか、無くする。これにより第１メタネーション反応部４を活性温度域に維持させ、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応を良好に行うことができる。このように冷却部８は、下流域４ｄを冷却できる冷却機能と、下流域４ｄを冷却しない非冷却機能とを併有する。なお本実施形態によれば、図５に示すように、第１メタネーション反応部４が良好に機能できるため、第２メタネーション反応部６は廃止されている。但し、必要に応じて第２メタネーション反応部６を設けても良い。

（実施形態５）
図６は実施形態５を示す。本実施形態は前記した実施形態３，４と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。二酸化炭素のメタネーション反応が活発化すると、第１メタネーション反応部４において過剰昇温化が発生するおそれがある。二酸化炭素の濃度は高いためである。殊に、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄにおいて過剰昇温化し易い。そこで本実施形態によれば、図６に示すように、第１メタネーション反応部４とシフト反応部３との間には、部分的に第１断熱層７１が設けられている（対策Ｇ）。殊に、第１断熱層７１は同軸的なリング形状をなし、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄとシフト反応部３の上流域３ｕとの間に部分的に設けられている。第１断熱層７１は非リング形状であり、周方向に断続的に配置されていても良い。

第１メタネーション反応部４（特に下流域４ｄ）を包囲するリング状の冷却室８０をもつ冷却部８Ｃが、改質反応で使用される水を加熱する加熱部、場合によっては蒸発部として形成されている。冷却部８Ｃの冷却室８０は、第１メタネーション反応部４のうち過剰に高温化するおそれがある下流域４ｄの外周部を包囲しつつ、改質用の水を供給するための給水通路１５に連通している。従って、給水通路１５に改質用の水が供給されるとき、改質用の水は、冷却部８Ｃの冷却室８０を通過し、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄを冷却することにより、加熱されて（場合によっては水蒸気化され）、通路１６ｃを介して合流域１７に向かう。従って、冷却部８Ｃは、改質水を加熱する加熱部として機能することができる。場合によっては冷却部８Ｃは、改質水を加熱して蒸発させる蒸発部として機能することができる。熱交換部２の第１熱交換通路２ｆは水を蒸発させることができる。必要に応じて改質部１０の外周側の蒸発部を設けても良い。

（実施形態６）
図７は実施形態６を示す。本実施形態は前記した図６に示す実施形態５と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図７に示すように、冷却部８Ｄの冷却室８０は、改質部１０の外周側の蒸発部１４の入口１４ｉに繋がる。給水通路１５に改質用の水が供給されるとき、改質用の水は冷却部８Ｄの冷却室８０を通過し、第１メタネーション反応部４（過剰高温化しがちの下流域４ｄ）を冷却することにより、予熱され、通路１４ｘｏおよび迂回バルブ８２ｓを経て、その後、入口１４ｉから蒸発部１４に流入し、蒸発部１４で更に蒸気化が進行する。従って、冷却部８Ｄは、蒸発部１４に供給させる前の改質水を予め加熱させる（副加熱部）として機能する。冷却部８Ｄで水は水蒸気化することもある。このように改質用の水が冷却部８Ｄで予熱されるため、蒸発部１４をアシストできる。

図７に示すように、冷却部８Ｄを迂回させる迂回通路８１が給水通路１５に迂回バルブ８２ｆ，８２ｓと共に設けられている。第１メタネーション反応部４、特にこれの下流域４ｄが過剰に高温であるときには、迂回バルブ８２ｆ，８２ｓにより、給水通路１５の水を冷却部８Ｄの冷却室８０に供給して第１メタネーション反応部４（特に下流域４ｄ）を冷却させつつ、水を予熱させる。

これに対して第１メタネーション反応部４が適温であるとき、あるいは、過剰に低温であるときには、迂回バルブ８２ｆ，８２ｓにより、給水通路１５の水を冷却部８Ｄの冷却室８０に供給することを停止するか、冷却部８Ｄの冷却室８０に供給する水の流量を低減させる。これにより第１メタネーション反応部４を活性温度域に維持させ、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応を良好に行う。なお、迂回通路８１および迂回バルブ８２ｆ，８２ｓを廃止しても良い。本実施形態によれば、冷却部８Ｄの冷却機能により第１メタネーション反応部４の温度調整が良好となり、第１メタネーション反応部４を活性温度域に維持させ易く、ＣＯ低減効果を向上させることができる。このため図７に示すように、第２メタネーション反応部６は廃止されている。このように迂回バルブ８２ｆ，８２ｓは、改質用の水を第１メタネーション反応部４の熱で加熱させる形態と、加熱しない形態とに切り替える機能を有する切替手段として機能する。迂回バルブ８２ｆ，８２ｓの開度を調整すれば、改質用の水を第１メタネーション反応部４の熱で加熱させる流量と加熱させない流量との比率を調整することができるため、迂回バルブ８２ｆ，８２ｓは比率調整手段として機能することができる。

（実施形態７）
図８は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図８に示すように、第１メタネーション反応部４は、シフト反応部３の下流に配置されており、シフト反応部３に厚み方向に伝熱可能に隣設されている。具体的には、基体１は内空間１ａと内空間１ａの外周に配置された外空間１ｃとを有する。シフト反応部３は基体１の内空間１ａに設けられている。この場合、小型化を図りつつ、シフト反応部３と第１メタネーション反応部４との間における厚み方向の伝熱が良好となる。このため燃料電池９が低負荷運転であり、改質部１０で生成される改質ガスの単位時間あたりの流量が少ないときであっても、第１メタネーション反応部４の温度が維持されやすい。故に、第１メタネーション反応部４におけるメタネーション反応が良好に維持される。

図８に示すように、第１メタネーション反応部４は外空間１ｃに設けられている。第１メタネーション反応部４の下流域４ｄは、シフト反応部３の上流域３ｕに伝熱可能に隣設されている。第１メタネーション反応部４の中流域４ｍは、シフト反応部３の中流域３ｍに伝熱可能に隣設されている。第１メタネーション反応部４の上流域４ｕは、シフト反応部３の下流域３ｄに伝熱可能に隣設されている。シフト反応部３および第１メタネーション反応部４は軸長方向においてほぼ同じ寸法とされているため、軸長方向における小型化を図ることができる。

燃料電池９が低負荷運転であるとき、改質ガスの流量が少なく、第１メタネーション反応部４から吐出されたガスの温度が低い。この場合、第２メタネーション反応部６の上流域６ｕにおいて触媒失活が発生するおそれがある。そこで図８に示すように、第２メタネーション反応部６の入口室６ｉは空間とされつつ、更に、水の気化熱が奪われるため低温にされる蒸発部１４から径方向（矢印Ｒ方向）において遠ざけるように、第２メタネーション反応部６の外周側に配置されている。更に、第１メタネーション反応部４から吐出されたガスを加熱させるためのガス加熱部５Ｅが、第１メタネーション反応部４と第２メタネーション反応部６との間に設けられている。具体的にはガス加熱部５Ｅは電気ヒータとされている。第１メタネーション反応部４から吐出されたガスの温度が充分に高いときには、ガス加熱部５Ｅをオフとさせる。ガス加熱部５Ｅとしては、電気ヒータに限らず、燃焼部１３で燃焼された燃焼排ガスと熱交換させるタイプとしても良く、リング状でも、非リング状でも良い。

（実施形態８）
図９は実施形態８を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図９に示すように、シフト反応部３および第１メタネーション反応部４は伝熱可能に隣設されている。入口室６ｉは第２メタネーション反応部６の上流域をリング状に包囲している。第１メタネーション反応部４を経た改質ガスは、通路６ｈを通過してガス加熱部５ｂで加熱され、通路６ｋを介して入口室６ｉに供給され、更に第２メタネーション反応部６に供給される。第２メタネーション反応部６と蒸発部１４との間には、リング状の第２断熱層７２が配置されている。ガス加熱部５ｂは、燃焼排ガス通路１１に伝熱可能に密接されており、燃焼排ガス通路１１により加熱される。

（実施形態９）
図１０は実施形態９を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図１０に示すように、シフト反応部３および第１メタネーション反応部４は伝熱可能に同軸的に隣設されている。図１０によれば、第１メタネーション反応部４は、これの厚み方向、つまり径方向（矢印Ｒ方向）において、シフト反応部３に伝熱可能に隣設されている。殊に、第１メタネーション反応部４はシフト反応部３の上流域３ｕに伝熱可能に隣設されている。ここで、シフト反応部３の入口３ｉから出口３ｐまでを１００として相対表示すると、シフト反応部３の上流域３ｕは、シフト反応部３の入口３ｉから１／２までの領域とする。シフト反応部３の下流域３ｄはシフト反応部３の出口３ｐから１／２までの領域とする。シフト反応部３の下流域３ｄは第１メタネーション反応部４に伝熱可能に隣設されておらず、空間通路１９に対向している。このため第１メタネーション反応部４における第１メタネーション触媒の量が抑えられている。よって第１メタネーション反応部４における過剰昇温化を抑制するのに有利となる。

（実施形態１０）
図１１は実施形態１０を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図１１に示すように、シフト反応部３および第１メタネーション反応部４はこれらの厚み方向において伝熱可能に隣設状態に積層されている。但し、シフト反応部３および第１メタネーション反応部４は筒形状ではなく、所要の厚みを有する平板形状とされている。

（実施形態１１）
図１２は実施形態１１を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図１２に示すように、シフト反応部３は改質部１０に対して互いに別体であり、改質部１０から分離されている。改質部１０で生成された改質ガスは通路２ｗからシフト反応部３に供給される。

（実施形態１２）
図１３は実施形態１２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図１３に示すように、第１メタネーション反応部４およびシフト反応部３は厚み方向において伝熱可能に同軸的に隣設されている。具体的に、図１３に示すように、第１メタネーション反応部４はシフト反応部３のうち上流域３ｕには隣設していないものの、中流域３ｍおよび下流域３ｄに伝熱可能に隣設されている。シフト反応部３の上流域３ｕは、第１メタネーション反応部４の出口側のリング状の空間通路１９ｋに隣設されている。本明細書における隣設は、両者が互いに接触していても良いし、他の部材を介して隣接していても良い。第１メタネーション反応部４の下流端４ｄから吐出される改質ガスは、空間通路１９ｋにおいて拡散されるため均一性が高まる。

前述したように、燃料電池９が低負荷運転であり、シフト反応部３の出口３ｐから吐出される改質ガスの温度が低いときであっても、シフト反応部３の熱を径方向に伝熱させることができ、第１メタネーション反応部４を効率良く昇温させることができる。第１メタネーション反応部４においてメタネーション反応を良好に発生させ易い利点が得られる。

（実施形態１３）
図１４は実施形態１３を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。メタネーション触媒を担持する担体は、一般的には伝熱性が高くないことが多い。そこで、図１４に示すように、メタネーション反応部４の内部には、メタネーション触媒の担体よりも伝熱性が高く伝熱を促進できる単数または複数の伝熱部材４０が配置されている。伝熱部材４０は、ガス通過性を発揮するように多数の穴を有しており、パンチングメタルまたはメッシュで形成できる。伝熱部材４０は仕切壁１ｆに伝熱可能に接続されている。よって第１メタネーション反応部４の温度が低いとき、伝熱部材４０を介してシフト反応部３の熱を第１メタネーション反応部４に効率よく伝達できる。燃料電池の負荷が少ないとき、第１メタネーション反応部４において最も低温域となる部位に、伝熱部材４０が配置されることが好ましい。

（実施形態１４）
図１５は実施形態１４を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図１５に示すように、第１メタネーション反応部４およびシフト反応部３は厚み方向において伝熱可能に同軸的に隣設されている。具体的に、図１５に示すように、シフト反応部３の上流域３ｕおよび中流域３ｍは、第１メタネーション反応部４に伝熱可能に隣設されている。前述したように燃料電池の高負荷運転時に、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄは過剰に高温化するおそれがある。そこで第１メタネーション反応部４の下流域４ｄには、シフト反応部３が隣設していない。更に下流域４ｄの外周部にはこれを冷却できる冷却部８がリング状に隣設されている。冷却部８としては、燃料電池の高負荷時に下流域４ｄを冷却できる冷却機能と、燃料電池の低負荷時に冷却しない非冷却機能とに切り替え得る構造が好ましい。なお、燃料電池の低負荷運転時にはシフト反応部３の上流域３ｕおよび中流域３ｍが昇温するが、上流域３ｕおよび中流域３ｍの熱は第１メタネーション反応部４に効果的に伝熱される。燃料電池低負荷運転時において、第１メタネーション反応部におけるメタネーション反応を良好に行うためには、第１メタネーション反応部４の下流域４ｄが昇温されるよりも、上流域４ｕが昇温される方が好ましい。

（試験例）
図８に示す実施形態に係る装置を用いて試験した。第１メタネーション反応部および第２メタネーション反応部の触媒は、１％Ｎａ・５％Ｒｕ／ＺｒＣｏＯｘ（Ｃｏ：Ｚｒ＝３：４）とした。％は質量％を意味する。ガス加熱部５Ｅはオフとした。試験結果を表１に示す。表１に示すように、燃料電池９の負荷が２２％のときには、シフト反応部３の出口の温度は低温となり、第１メタネーション反応部４の入口４ｉおよび出口４ｐの温度も低めとなる。燃料電池９の負荷が２２％のときには、第２メタネーション反応部６の温度が１４６℃と高めである理由は、第１メタネーション反応部４から第２メタネーション反応部６に供給される改質ガスのＣＯ濃度が３００ｐｐｍあることにより、第２メタネーション反応部６におけるメタネーション反応熱が発生しているためである。燃料電池９の負荷が増加すると、改質部１０に供給される改質用燃料（都市ガス，１３Ａ）が増加するため、シフト反応部３のＣＯ濃度（モル％）は増加する傾向がある。第１メタネーション反応部４の出口４ｐから吐出された改質ガスのＣＯ濃度は、燃料電池９の負荷が２２％のときを除いて、１０ｐｐｍ以下であり、具体的には燃料電池９の負荷にかかわらず、０ｐｐｍであり、極めて良好であった。

同様に、第２メタネーション反応部６の出口６ｐから吐出された改質ガスのＣＯ濃度は１０ｐｐｍ以下であり、具体的には燃料電池９の負荷にかかわらず、０ｐｐｍであり、極めて良好であった。

第１メタネーション反応部４がシフト反応部３よりも高温となるときには、第１メタネーション反応部４からシフト反応部３への伝熱を期待でき、第１メタネーション反応部４の過剰高温化が効果的に抑制されている。

（メタネーション触媒）
本実施形態のメタネーション触媒としては、酸化物担体と、その酸化物担体に担持された貴金属触媒とを有することが好ましい。本触媒は粒状としたり、ハニカム基材上にコーティングした形態で用いることができる。酸化物担体はＣｏ及びＺｒを含有する酸化物が好ましい。特にＣｏとＺｒとの含有比（原子数比）は１：０．０５〜１：２０程度、より好ましくは１：０．１〜１：１０程度であり、１：３（原子数比）にすることが好ましい。Ｃｏ及びＺｒ以外の元素を含有するか否かは限定しないが、Ｃｏ及びＺｒの酸化物を主成分とすることが好ましく、Ｃｏ及びＺｒの酸化物を担体質量の７０質量％以上とすることが更に好ましく、Ｃｏ及びＺｒの酸化物から構成されることがより好ましい。酸化物担体中において、Ｃｏ及びＺｒは複合酸化物として存在しても良く、それぞれの酸化物の単純な混合物であっても良いし、更には両者の混合物であっても良い。

この酸化物担体は、硝酸Ｃｏ及び硝酸ジルコニウムを含有する水溶液をアルカリ水溶液中に添加しながら加熱する工程によって製造されうる形態のものが好ましい。硝酸Ｃｏ及び硝酸ジルコニウムはアルカリの存在下、加熱することで酸化物の沈殿が生じる。酸化物担体の形態としては特に限定しない。例えば、粉体（結晶粒子がばらばらなもの、顆粒などの２次粒子や凝集体など）や、それら粉体からなる凝集体など比表面積が大きい形態が挙げられる。粉体は粒径が５ｎｍ〜５００μｍ程度が好ましく、５ｎｍ〜３００μｍ程度が更に好ましい。凝集体は焼結や機械的圧縮、そして圧縮後の焼結などによって作製できる。また、それら粉体をスラリー状にした後、金属又はセラミック製のハニカム基材上に塗布・乾燥・焼成することで、ハニカム基材上に塗工された酸化物担体が得られる。

貴金属触媒はＲｕ、Ｐｔ、Ｒｈ及びＰｄからなる群から選択される。詳細は示さないがＲｕ、Ｐｔ、Ｒｈ及びＰｄを貴金属触媒として採用することで一酸化炭素メタネーション反応における触媒活性が向上することが判明している。一酸化炭素メタネーション反応における触媒活性及び一酸化炭素シフト反応における触媒活性との関係の観点からは、Ｒｕ及びＲｈが好ましく、Ｒｕが特に好ましい。貴金属触媒は上記元素を単独若しくは合金又は混合物として用いてもよいほか、他の元素（例えば遷移元素、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素）を合金か又は混合して用いることもできる。また、複数の貴金属触媒（貴金属触媒以外の触媒成分を含有させる場合も含む）を酸化物担体に担持させる場合にはそれぞれの触媒成分を別々の酸化物担体に担持させた後に、混合することもできる。

貴金属触媒を酸化物担体に担持させる方法としては特に限定しない。例えばＲｕ、Ｐｔ、Ｒｈ又はＰｄの酸化物、硝酸塩、塩化物などの溶液を酸化物担体に浸漬した後、貴金属触媒に還元することで、貴金属触媒を酸化物担体に担持できる。貴金属触媒の担持量は特に限定しないが、好ましくは０．１質量％〜５０質量％（酸化物担体及び貴金属触媒の総量を基準とする）程度、より好ましくは０．５質量％〜２０質量％程度である。この範囲にすることで、絶対値として充分な触媒活性が得られると共に、単位質量あたりの貴金属触媒の触媒活性も充分なものにできる。貴金属触媒の形態は微粉末状にすることが好ましく、その場合の粒径としては１ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましい。

更に説明を加える。メタネーション触媒としては、メタネーション触媒Ａ，Ｂを採用できる。メタネーション触媒Ａとしては、ジルコニウム酸化物とコバルト酸化物とを基材とする担体に、Ｒｕを担持させたものを例示できる。但し、ＣＯとＣＯ_２との選択性が低いため、ＣＯのメタネーション反応の他に、ＣＯ_２のメタネーション反応が発生するおそれがある。

更にメタネーション触媒Ｂとしては、メタネーション触媒Ａにアルカリ金属またはアルカリ土類金属、ランタノイドから選択された第３元素を添加し、メタネーション活性を抑えたものを例示できる。この場合、ＣＯ_２よりもＣＯを優先的に選択させる選択性が高いため、ＣＯのメタネーション反応を実行させるもの、ＣＯ_２のメタネーション反応を抑制させることができ、メタネーション反応部の過剰高温化を抑制し易い。メタネーション触媒Ａの活性温度域は相対的に低く、１００〜１８０℃である。メタネーション触媒Ｂの活性温度域は相対的に高く、１３０〜２５０℃である。第１メタネーション反応部の触媒としては、高温型のメタネーション触媒Ｂが望ましく、第２メタネーション反応部の触媒としては、低温型のメタネーション触媒Ａを使用しても良いし、高温型のメタネーション触媒Ｂを使用しても良い。

（その他）
上記した実施形態１では、第２メタネーション反応部６と蒸発部１４との間には、筒形状の第２断熱層７２が設けられているが、第２メタネーション触媒の活性温度域の関係で、必要がなければ、第２断熱層７２を廃止しても良い。高断熱層７２ｈのみとしても良い。第２メタネーション反応部６は必要に応じて設ければ良い。改質装置の構造は上記した構造に限定されるものではない。シフト反応部３および第１メタネーション反応部４を平パネル状とし、厚み方向に積層させても良い。ＣＯ低減はシフト反応およびメタネーション反応により行われるが、これに限らず、必要に応じて、ＣＯ酸化反応を付加させても良い。

本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。本発明は請求項１の構造を有すれば良く、請求項２以降の構造については必要に応じて設ければ良い。本発明に係る改質装置は改質装置と一体化的に組み込まれていても良いし、改質装置に対して分離されていても良い。本明細書の記載から次の技術的思想も把握できる。

［付記項１］ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるシフト反応を促進させるシフト触媒を収容するためのシフト反応部と、ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応を促進させるメタネーション触媒を収容するためのメタネーション反応部と、シフト反応部およびメタネーション反応部を有する基体と具備する一酸化炭素低減用触媒装置または改質装置。

［付記項２］付記項１において、前記メタネーション反応部は、前記シフト反応部の下流に配置されており、ガスの流れ方向において、前記シフト反応部と前記メタネーション反応部との間には空間通路が形成されている一酸化炭素低減用触媒装置または改質装置。ガスの流れ方向において、シフト反応部とメタネーション反応部との間の直接伝熱は抑えられている。シフト反応部およびメタネーション反応部はこれらの厚み方向において隣設されていることが好ましい。

［付記項３］付記項１において、前記メタネーション反応部および前記シフト反応部は、これらの厚み方向に伝熱可能に隣設されている一酸化炭素低減用触媒装置。伝熱距離が短縮され、伝熱性が向上する。

［付記項４］付記項１において、メタネーション反応部の下流に第２メタネーション反応部が直列的に設けられている一酸化炭素低減用触媒装置。ガスに含まれている一酸化炭素の低減に有利である。メタネーション反応部と第２メタネーション反応部との間にガス加熱部を設けることができる。第２メタネーション反応部の温度が低いとき、第２メタネーション反応部に向かうガスをガス加熱部で加熱させる。

［付記項５］付記項１において、メタネーション反応部にはこれを冷却させる冷却部が設けられている一酸化炭素低減用触媒装置。冷却部は、改質用の水原料を加熱させる蒸発部とすることができる。

［付記項６］ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応を促進させる第１メタネーション触媒を収容するための第１メタネーション反応部と、第１メタネーション反応部の下流に直列的に設けられガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応を促進させる第２メタネーション触媒を収容するための第２メタネーション反応部とを具備する一酸化炭素低減用触媒装置。第１メタネーション触媒および第２メタネーション触媒は同一組成、同系組成、異組成のいずれかにできる。第２メタネーション反応部の活性温度域は第１メタネーション反応部の活性温度域と同一域でも、低温域でも良い。

［付記項７］気相状および／または液相状の改質用水原料を用いてガス状または液体状の改質用燃料を改質反応により改質させる改質部と、前記改質部を加熱させる加熱部と、前記改質用水原料を加熱させる改質用水原料加熱部と、前記改質部で生成された改質ガスに対してシフト反応により一酸化炭素を低減させる前記シフト反応部と、前記シフト反応部から吐出された改質ガスに対してメタネーション反応により一酸化炭素を低減させるメタネーション反応部とを具備する改質装置。改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させることができる。

［付記項８］改質ガス等のガスに含まれる一酸化炭素を低減させるシフト反応を促進させるシフト触媒を収容するためのシフト反応部と、ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応を促進させるメタネーション触媒を収容するための第１メタネーション反応部と、前記シフト反応部および前記第１メタネーション反応部を有する基体とを具備しており、前記第１メタネーション反応部は、前記シフト反応部の下流に配置されており、前記シフト反応部から伝熱され得るように前記シフト反応部に伝熱可能に設けられている一酸化炭素低減用触媒装置。

［付記項９］付記項８において、前記基体は内空間と前記内空間の外周に配置された外空間とを有しており、前記シフト反応部は、前記基体の前記内空間および前記外空間のうちの一方に設けられており、前記第１メタネーション反応部は、前記基体の前記内空間および前記外空間のうちの他方に設けられている一酸化炭素低減用触媒装置。

本発明は例えば定置用、産業用、車両用、電気機器用、電子機器用、可搬用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。

実施形態１に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を有する改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態２に係り、改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係り、改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態４に係り、改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態５に係り、改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態６に係り、改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態７に係り、改質装置を模式的に示す断面図である。 実施形態８に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態９に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１０に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１１に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１２に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１３に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。 実施形態１４に係り、一酸化炭素低減用触媒装置を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１は基体、１０は改質部、１１は燃焼排ガス通路、１２は断熱壁、１３は燃焼部、１４は蒸発部（改質用水原料加熱部）、１５は給水通路、１６は水蒸気通路、１８は合流域、１８は燃料通路、２は熱交換部、３はシフト反応部、４は第１メタネーション反応部、５はガス加熱部、６は第２メタネーション反応部、７１は第１断熱層、７２は第２断熱層、７５は空気通路、８１は迂回通路、８２ｆ，８２ｓは迂回バルブを示す。

Claims (13)

1. 改質用燃料を改質させて改質ガスを形成する改質部と、
   前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるシフト反応を促進させるシフト触媒を収容するためのシフト反応部と、
   ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応を促進させるメタネーション触媒を収容するための第１メタネーション反応部と、
   前記シフト反応部および前記第１メタネーション反応部を有する基体とを具備しており、前記第１メタネーション反応部は、前記シフト反応部の下流に配置されており、前記シフト反応部から伝熱され得るように前記シフト反応部に伝熱可能に設けられている改質装置。
2. 請求項１において、前記基体は内空間と前記内空間の外周に配置された外空間とを有しており、前記シフト反応部は、前記基体の前記内空間および前記外空間のうちの一方に設けられており、
   前記第１メタネーション反応部は、前記基体の前記内空間および前記外空間のうちの他方に設けられている改質装置。
3. 請求項１または２において、前記第１メタネーション反応部は前記シフト反応部のうち上流域および中流域のうちの少なくとも一方に伝熱可能に隣設されている改質装置。
4. 請求項１または２において、前記第１メタネーション反応部の下流域と前記シフト反応部との間に第１断熱層が設けられている改質装置。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記第１メタネーション反応部および前記シフト反応部は部分的に隣設されつつ、前記第１メタネーション反応部は前記シフト反応部に部分的に隣設されておらず、前記前記シフト反応部から前記第１メタネーション反応部への伝熱が制限されている改質装置。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記第１メタネーション反応部における過剰昇温化を抑制するために前記第１メタネーション反応部を冷却させる冷却部が、前記第１メタネーション反応部に対して伝熱可能に設けられている改質装置。
7. 請求項６において、前記冷却部は、前記改質用燃料を改質させる改質用水原料が供給され前記水原料で前記第１メタネーション反応部を冷却させると共に前記水原料を加熱させる改質装置。
8. 請求項１〜７のうちの一項において、前記基体は、気相状および／または液相状の改質用水原料を用いて前記改質用燃料を改質反応により改質させる改質部と、前記改質部を加熱させる加熱部と、前記改質用水原料を加熱させる改質用水原料加熱部とを有しており、前記改質部で生成された改質ガスを前記シフト反応部、前記第１メタネーション反応部の順に通過させる改質装置。
9. 請求項１〜８のうちの一項において、前記基体は、ガスの流れ方向において前記シフト反応部の出口と前記第１メタネーション反応部の入口との間に設けられた空間通路を有する改質装置。
10. 請求項１〜９のうちの一項において、前記第１メタネーション反応部で一酸化炭素が低減されたガスに対してメタネーション反応により一酸化炭素を更に低減させる第２メタネーション反応部が、前記第１メタネーション反応部の下流に設けられている改質装置。
11. 請求項１０において、前記第２メタネーション反応部は前記改質用水原料加熱部の外側に隣設されている改質装置。
12. 請求項１１において、前記第１メタネーション反応部から吐出されたガスを加熱させるためのガス加熱部が、前記第１メタネーション反応部と前記第２メタネーション反応部との間に、あるいは、前記第２メタネーション反応部に設けられている改質装置。
13. 請求項１１または１２において、前記第２メタネーション反応部と前記改質用水原料加熱部との間には、第２断熱層が設けられている改質装置。

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