JP2023128536A

JP2023128536A - 触媒充填容器

Info

Publication number: JP2023128536A
Application number: JP2022032927A
Authority: JP
Inventors: 達也吉川; Tatsuya Yoshikawa; 卓史小代; Takuji Koshiro; 厚早坂; Atsushi Hayasaka; 徹朗 ▲瀬▼耒; Tetsuro Serai; 桂広泉; Keihiro Izumi
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2023-09-14

Abstract

【課題】プレス加工による寸法精度の悪化を防ぎつつ、反応ガスの化学反応の効率低下を防ぐことの可能な触媒充填容器を提供する。【解決手段】触媒充填容器は、天地方向に対し交差する方向の流路長さが天地方向の流路高さより大きい構成である。天板２０は、触媒充填流路６１の天地方向上側に配置され、触媒充填流路６１の上壁２１を構成する。底板３０は、触媒充填流路６１の天地方向下側に配置され、触媒充填流路６１の下壁３１を構成する。触媒６０は、天板２０と底板３０との間に形成される触媒充填流路６１内に充填され、触媒充填流路６１内を流れる反応ガスの化学反応を促進させるものである。この触媒充填容器は、触媒充填流路６１に反応ガスが流入する入口７０における天地方向の開口高さＨ_ＩＮと、触媒充填流路６１から反応ガスが流出する出口８０における天地方向の開口高さＨ_ＯＵＴとが異なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに用いられる触媒充填容器に関するものである。

従来、燃料電池システムに用いられ、原燃料ガスなどの反応ガスの改質または脱硫などを行うための触媒が充填される触媒充填容器が知られている。なお、本明細書において、反応ガスとは、触媒の作用により化学反応を生じるガスをいう。

燃料電池システムに用いられる触媒充填容器は、高温環境下にて使用される。そのため、触媒充填容器を構成する天板または底板が経年変化などで変形した場合、天板の下面と触媒との間に空間が生じることがある。特に、天地方向に対し交差する方向の流路長さが天地方向の流路高さより大きい、いわゆる横置きの触媒充填容器では、その天板の下面と触媒との間に生じる空間が天板の下面に沿って拡がることがある。

それに対し、特許文献１に記載の触媒充填容器は、天板のプレス加工により、天板から底板側に向けて突出するリブを複数個所に設けている。これにより、この触媒充填容器は、触媒と天板との間に空間が生じた場合でも、その空間を流れる反応ガスが複数のリブを通過する際に触媒に潜り込むようにして、反応ガスの化学反応の効率低下を防いでいる。

特開２０１７－１５２２１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の触媒充填容器のように、天板の複数個所にリブを設けると、プレス加工による歪みが大きくなり、天板の各部位の寸法精度が悪化するといった問題がある。また、プレス加工による加工コストも高くなるといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、プレス加工による寸法精度の悪化を防ぐと共に、反応ガスの化学反応の効率低下を防ぐことの可能な触媒充填容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によると、燃料電池システム（１）に用いられ、天地方向に対し交差する方向の流路長さが天地方向の流路高さより大きい触媒充填容器は、天板（２０）、底板（３０）、および粒状の触媒（６０）を備える。天板は、触媒充填流路（６１）の天地方向上側に配置され、触媒充填流路の上壁（２１）を構成する。底板は、触媒充填流路の天地方向下側に配置され、触媒充填流路の下壁（３１）を構成する。触媒は、天板と底板との間に形成される触媒充填流路内に充填され、触媒充填流路内を流れる反応ガスの化学反応を促進させるものである。そして、この触媒充填容器は、触媒充填流路に反応ガスが流入する入口（７０）における天地方向の開口高さ（Ｈ__ＩＮ）と、触媒充填流路から反応ガスが流出する出口（８０）における天地方向の開口高さ（Ｈ__ＯＵＴ）とが異なっている。

これによれば、経年変化などにより触媒充填流路内で天板の一部と触媒との間に空間が生じた場合でも、その空間を流れる反応ガスを入口から出口までの間で触媒に潜り込ませて触媒に当てることが可能となる。したがって、触媒充填容器を流れる反応ガスの化学反応の効率低下を防ぐことができる。
さらに、この触媒充填容器の構成によれば、天板にリブを設けることと同様の効果を奏するので、リブを廃止するか、又はリブの数を減らすことが可能である。したがって、この触媒充填容器は、プレス加工による寸法精度の悪化を防ぐことができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る触媒充填容器が用いられる燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。第１実施形態に係る触媒充填容器の概略構成において、図３のＩＩ－ＩＩ線の断面図である。図２のＩＩＩ方向から視た触媒充填容器全体の平面図である。図２のＩＶ―ＩＶ線の断面図である。図２のＶ―Ｖ線の断面図である。触媒充填容器の触媒を充填する工程を説明するための説明図である。第２実施形態に係る触媒充填容器を示した断面図である。第３実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第４実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第５実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第６実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第７実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第８実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第９実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第１０実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第１１実施形態に係る触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第１比較例の触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。第２比較例の触媒充填容器の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本開示の触媒充填容器は、燃料電池システム１が備える改質器２または脱硫器３に適用することが可能なものである。なお、第１実施形態では、本開示の触媒充填容器を改質器２に適用した例について説明する。

まず、燃料電池システム１の構成について説明する。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池スタック４、燃焼器５、改質器２、蒸発器６、エジェクタ７、空気予熱器８、脱硫器３、排熱回収器９などを備えている。そのうち、燃料電池スタック４、燃焼器５、改質器２、蒸発器６、エジェクタ７、空気予熱器８は、モジュール化された燃料電池装置１０を構成している。

燃料電池スタック４は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた電気化学反応により発電する。本実施形態では、燃料ガスとして、改質器２での水蒸気改質反応により生成した水素ガスと一酸化炭素とを含むガスが用いられる。酸化剤ガスとして、空気が用いられる。燃料電池スタック４において燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学反応により電気エネルギが発生する。

燃料電池スタック４は、セルスタックとも呼ばれるものであり、図示しない複数の燃料電池セルの集合体である。各燃料電池セルは、固体酸化物形の燃料電池セル（即ち、ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）であり、平板状の固体電解質の一方側の面に燃料極（即ち、アノード）が形成され、他方側の面に空気極（即ち、カソード）が形成された構成となっている。燃料極および空気極は、いずれも導電性のセラミックスで形成された多孔質体である。燃料電池スタック４では、複数の燃料電池セルが積層されており、これらが電気的に直列接続されたものである。

燃料電池スタック４は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電するが、その発電に使用されなかった残りの燃料ガスと酸化剤ガスはそれぞれ、燃料電池スタック４から排出される。すなわち、燃料ガスを含む排出ガスである燃料オフガスＧｆａ、Ｇｆｂと、酸化剤ガスを含む排出ガスである酸化剤オフガスＧａとが、燃料電池スタック４からそれぞれ排出される。なお、酸化剤オフガスＧａは空気オフガスと呼ばれることもある。

燃料電池スタック４から排出される燃料オフガスＧｆａ、Ｇｆｂは、燃焼器導入流路１１と燃料リサイクル流路１２とへ分かれて流通する。燃焼器導入流路１１の下流側端部は燃焼器５に接続されており、燃焼器導入流路１１は、燃料オフガスＧｆａを燃焼器５に導く。その一方で、燃料リサイクル流路１２の下流側端部は、エジェクタ７の吸引口７２に接続されている。燃料リサイクル流路１２は、燃料オフガスＧｆｂをエジェクタ７の吸引口７２に導く。従って、燃料リサイクル流路１２は、改質器２に供給される原燃料ガスに燃料オフガスＧｆｂを合流させる。

また、燃料電池スタック４から排出される酸化剤オフガスＧａは、オフガス流路１３を流通する。オフガス流路１３の下流側端部は、燃焼器５に接続されている。オフガス流路１３は、酸化剤オフガスＧａを燃焼器５に導く。

燃焼器５には、燃料ガスを含む燃料オフガスＧｆａが燃焼器導入流路１１から供給され、酸化剤ガスを含む酸化剤オフガスＧａがオフガス流路１３から供給される。そして、燃焼器５は、その供給された燃料オフガスＧｆａに含まれる燃料ガスと、供給された酸化剤オフガスＧａとを燃焼させる。例えば、燃焼器５では、燃料オフガスＧｆａと酸化剤オフガスＧａとの混合ガスが、図示しない着火器で着火されて燃焼し、その燃焼により高温の燃焼ガスＧｃが生成される。その燃焼ガスＧｃが燃焼器５から燃焼ガス流路１４を流れる際に、燃焼ガスＧｃの高熱が改質器２等へ供給される。

改質器２には、エジェクタ７から、原燃料ガスと水蒸気との混合ガスＧｒｆが供給される。なお、改質器２に供給される原燃料ガスは、炭化水素（例えば、メタン）を含むガスである都市ガスである。改質器２は、その混合ガスＧｒｆを、燃焼ガスＧｃを含む熱媒体によって加熱し、触媒上で水蒸気改質反応させることにより、その混合ガスＧｒｆに含まれる原燃料ガスを、水素を含む燃料ガスに改質する。改質器２で改質された燃料ガスは、燃料電池スタック４の燃料極へ供給される。

燃焼ガス流路１４は、燃焼器５から改質器２、空気予熱器８、蒸発器６、排熱回収器９を経由している。そのため、改質器２で混合ガスＧｒｆを加熱するために利用された燃焼ガスＧｃは改質器２から排出された後、空気予熱器８および蒸発器６を流れ、その空気予熱器８と蒸発器６にて熱源として利用される。

空気予熱器８には、燃料電池システム１の外部から空気が供給される。空気予熱器８は、燃焼ガスＧｃと、空気予熱器８に供給された空気とを熱交換させて、その空気を加熱する。すなわち、空気予熱器８は、燃焼ガスＧｃと空気とを熱交換させる熱交換器である。空気予熱器８は、その予め加熱した空気を燃料電池スタック４の空気極へ供給する。

蒸発器６には、燃料電池システム１の外部から水が供給される。蒸発器６は、燃焼ガスＧｃと、蒸発器６に供給された水とを熱交換させ、その熱交換によってその水を加熱し、水蒸気を生成する。すなわち、蒸発器６は、燃焼ガスＧｃと水とを熱交換させる熱交換器である。蒸発器６は、生成した水蒸気を、エジェクタ７の流入口７４と蒸発器６とを接続するガス流路の途中に設けられた合流部１５へ流出させる。

蒸発器６から流出した燃焼ガスＧｃは、燃料電池装置１０の外部に設けられた排熱回収器９へ供給される。その排熱回収器９は、その供給された燃焼ガスＧｃの熱を回収する。例えば、排熱回収器９は、その燃焼ガスＧｃと水との熱交換により、その水を加熱し、給湯用の湯を生成する。

脱硫器３には、燃料電池システム１の外部から原燃料ガス（例えば、都市ガス）が供給される。脱硫器３は、その原燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去する。脱硫器３は、硫黄成分を除去した後の原燃料ガスを合流部１５へ流出させる。

エジェクタ７は、原燃料ガスと水蒸気との混合ガスＧｒｆと、燃料リサイクル流路１２から供給された燃料オフガスＧｆｂとを混合して改質器２へ供給する。エジェクタ７は、流入口７４と、吸引口７２と、吐出口７３とを有する。

エジェクタ７の流入口７４には、合流部１５が設けられたガス流路が接続されており、そのガス流路から原燃料ガスと水蒸気との混合ガスＧｒｆが流入する。エジェクタ７の吸引口７２には、燃料リサイクル流路１２の下流側端部が接続されている。エジェクタ７の吐出口７３には改質器２が接続されている。

エジェクタ７は、エジェクタ７の内部の図示しないノズルから原燃料ガスと水蒸気との混合ガスＧｒｆを噴射することで、その負圧により、燃料リサイクル流路１２が接続された吸引口７２から燃料オフガスＧｆｂをエジェクタ７の内部に吸引する。そして、エジェクタ７は、原燃料ガスと水蒸気との混合ガスＧｒｆと、吸引した燃料オフガスＧｆｂとを混合し、その混合した混合ガスＧｒｆを吐出口７３から吐出する。エジェクタ７の吐出口７３から吐出された混合ガスＧｒｆは、改質器２へ供給される。

次に、本実施形態の触媒充填容器の一例としての改質器２について、図２～図６を参照しつつ詳細に説明する。なお、図２、図４～６に記載した上下を示す矢印は、改質器２が燃料電池装置１０の一部に組み込まれて使用される際の天地方向上下を示している。また、図２、図６では、触媒６０を見やすくするために模式的に大きく記載している。これらのことは、後述する第２～第１０実施形態および第１、第２比較例で参照する図７～図１８でも同じである。

図２に示すように、改質器２は、天地方向に対し交差する方向の流路長さが、天地方向の流路高さよりも大きい、いわゆる横置きの触媒充填容器である。改質器２は、天板２０、底板３０、入口側仕切部材４０、出口側仕切部材５０、触媒６０などを備えている。改質器２の内側には、触媒６０が配置される触媒充填流路６１が形成されている。なお、改質器２の下側には、燃焼器５から排出された燃焼ガスＧｃが流れる燃焼ガス流路１４が設けられている。燃焼ガス流路１４中に記載した炎の印１４１は、燃焼ガス流路１４の中で比較的高温となる位置（即ち、燃焼ガスＧｃの上流側）を示したものである。なお、炎の印１４１は説明のために記載したものであり、そこに炎が存在するとは限らない。

図２の白抜き矢印ＩＮに示すように、改質器２の入口７０には、上述したエジェクタ７から原燃料ガスと水蒸気との混合ガスＧｒｆが供給される。一方、図２の白抜き矢印ＯＵＴに示すように、改質器２の出口８０からは、改質器２内での水蒸気改質により生成された水素と一酸化炭素とを含む燃料ガスが燃料電池スタック４の燃料極に向けて排出される。以下の説明では、触媒充填流路６１を通過するガス（即ち、混合ガス、燃料オフガス及び燃料ガス）を、反応ガスと呼ぶこととする。

なお、入口７０とは、触媒充填流路６１に反応ガスが流入する開口部をいい、出口８０とは、触媒充填流路６１から反応ガスが流出する開口部をいう。本実施形態では、入口７０における天地方向の開口高さ（以下、「入口７０の開口高さＨ__ＩＮ」という）と、出口８０における天地方向の開口高さ（以下、「出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴ」という）とが異なっている。具体的には、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。なお、本実施形態では、入口７０の開口高さＨ__ＩＮと出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴは、天板２０と底板３０の形状により定められている。

天板２０は、触媒充填流路６１の天地方向上側に配置され、触媒充填流路６１の上壁２１などを構成している。天板２０は、例えば金属板のプレス加工により形成される。そのため、本実施形態の天板２０は、改質器２の触媒充填流路６１の上壁２１を構成すると共に、改質器２の入口７０よりも上流側にある上流側流路７１の上壁２２と、改質器２の出口８０よりも下流側にある下流側流路８１の上壁２４を形成している。すなわち、天板２０は、触媒充填流路６１の上壁２１と、上流側流路７１の上壁２２と、下流側流路８１の上壁２４とを一体に形成している。

天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、上流側流路７１の上壁２２よりも天地方向下側に位置している。そのため、触媒充填流路６１の上壁２１と上流側流路７１の上壁２２との間には、段差２３（以下、「入口上段差２３」という）が設けられている。また、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、下流側流路８１の上壁２４よりも天地方向下側に位置している。そのため、触媒充填流路６１の上壁２１と下流側流路８１の上壁２４との間にも、段差２５（以下、「出口上段差２５」という）が設けられている。

さらに、天板２０において、触媒充填流路６１の上壁２１のうち入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）は、触媒充填流路６１の上壁２１のうち出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。

一方、底板３０は、触媒充填流路６１の天地方向下側に配置され、触媒充填流路６１の下壁３１を構成している。底板３０も、例えば金属板のプレス加工により形成される。本実施形態の底板３０も、改質器２の触媒充填流路６１の下壁３１を形成すると共に、上流側流路７１の下壁３２と、下流側流路８１の下壁３４を形成している。すなわち、底板３０は、触媒充填流路６１の下壁３１と、上流側流路７１の下壁３１と、下流側流路８１の下壁３４とを一体に形成している。

底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、上流側流路７１の下壁３２よりも天地方向下側に位置している。そのため、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１と、上流側流路７１の下壁３２との間には、段差３３（以下、「入口下段差３３」という）が設けられている。また、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、下流側流路８１の下壁３４よりも天地方向下側に位置している。そのため、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１と、下流側流路８１の下壁３４との間にも、段差３５（以下、「出口下段差３５」という）が設けられている。

さらに、底板３０において、触媒充填流路６１の下壁３１のうち入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）は、触媒充填流路６１の下壁３１のうち出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。また、水平に対する底板３０の傾斜角は、水平に対する天板２０の傾斜角よりも小さく設定されている。本実施形態では、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

図３に示すように、本実施形態の改質器２は、天地方向から見て円環状に形成されている。その円環状の中央部に改質器２の入口７０が設けられ、外縁部に改質器２の出口８０が設けられる。そのため、本実施形態の改質器２は、入口７０における天地方向に垂直な方向の開口長さ（本実施形態では、入口７０の周長）よりも、出口８０における天地方向に垂直な方向の開口長さ（本実施形態では、出口８０の周長）が大きい構成となっている。したがって、本実施形態では、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴを小さく形成したことで、仮に入口７０の開口高さＨ__ＩＮと出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴとを同一に形成した場合に比べて、入口７０の開口断面積と出口８０の開口断面積とを近づけることが可能である。これにより、入口７０から流入する反応ガスの流速と出口８０から流出する反応ガスの流速とを近づけることが可能となる。なお、入口７０の開口断面積と出口８０の開口断面積とは実質的に同一にすることがより好ましい。これにより、入口７０から流入する反応ガスの流速と出口８０から流出する反応ガスの流速とを揃えることが可能となる。

なお、円環状に形成された改質器２の場合、入口７０の開口断面積と出口８０の開口断面積とを同一にするには、次の（式１）を満たせばよい。
２πＲ__ＩＮ×Ｈ__ＩＮ＝２πＲ__ＯＵＴ×Ｈ__ＯＵＴ・・・（式１）
ただし、πは円周率、Ｒ__ＩＮは入口７０の半径、Ｒ__ＯＵＴは出口８０の半径である。

図２に炎の印１４１で示したように、本実施形態では、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて燃料電池システム１からの受熱量が大きく、比較的高温となる構成である。本実施形態では、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴを小さく形成することで、仮に入口７０の開口高さＨ__ＩＮと出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴとを同一に形成した場合と比べると、出口８０を通過する反応ガスの流速が速くなる。下記の（式２）～（式５）に示したように、熱伝達率は、速度の関数となっており、速度Ｖを大きくすると熱伝導率λ_ｐが増大し、温度を増大させることができる。

ただし、上記（式２）～（式５）において、Ｑは交換熱量、Ａは伝熱面積、ｈ_ｔｃは流体と触媒６０との間の熱伝達率、ΔＴは対数平均温度差、Ｎｕ_ｐは流体と触媒６０との間のヌセルト数、λ_ｐはガス熱伝導率、Ｐｒ_ｐはプラントル数、μは粘性係数、ｄ_ｐは代表長さ、Ｒｅ_ｐはレイノルズ数、Ｖは空塔速度である。

図１および図４に示すように、入口側仕切部材４０は、入口７０に配置された、例えば金属製の板材である。入口側仕切部材４０は、触媒充填流路６１内から上流側の流路に触媒６０が移動することを防ぐと共に、反応ガスを通す複数のスリット４１を有している。本実施形態では、複数のスリット４１の開口高さは、入口７０の開口高さＨ__ＩＮと略同一に形成されている。なお、後述の第１１実施形態で説明するように、入口側仕切部材４０の有するスリット４１の上端を、天板２０における触媒充填流路６１の上壁２１の下面（具体的には、入口上段差２３の下面２３１）よりも天地方向下側に形成してもよい。

図１および図５に示すように、出口側仕切部材５０は、出口８０に配置された、例えば金属製の板材である。出口側仕切部材５０は、触媒充填流路６１内から上流側の流路に触媒６０が移動することを防ぐと共に、反応ガスを通す複数のスリット５１を有している。本実施形態では、複数のスリット５１の開口高さは、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴと略同一に形成されている。なお、後述の第１１実施形態で説明するように、出口側仕切部材５０の有するスリット５１の上端を、天板２０における触媒充填流路６１の上壁２１の下面（具体的には、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向下側に形成してもよい。

触媒６０は、粒子状（例えば、略球形状）に形成され、触媒充填流路６１内に充填される。触媒６０は、触媒充填流路６１内を流れる反応ガスの化学反応（具体的には、水蒸気改質反応）を促進させる。触媒６０として、例えば、ニッケル系またはルテニウム系の触媒材料とアルミナとを燒結した多孔質体が用いられる。改質器２は、加熱された反応ガスと水蒸気を触媒６０の存在のもとで水蒸気改質反応させる。なお、具体的には、改質器２は、以下の反応式Ｆ１に示す改質反応、および反応式Ｆ２に示すシフト反応により、水素と一酸化炭素を含む燃料ガスを生成する。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_２・・・（Ｆ１）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・（Ｆ２）

次に、改質器２の触媒充填流路６１内に触媒６０を充填する方法の一例について説明する。

図６に示すように、触媒６０の充填方法は、まず、底板３０に入口側仕切部材４０と出口側仕切部材５０を固定し、その間に所定量の触媒６０を載置する。次に、矢印Ｆに示すように、触媒６０の上方から天板２０を被せ、天板２０から触媒６０に荷重を掛けつつ、加振することで、触媒充填流路６１内に触媒６０を充填する。このとき、本実施形態では、底板３０が入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に傾斜しているので、触媒６０が自重により出口８０側に移動しやすい構造となっている。そのため、触媒６０を充填する際に行う加振などの作業工程を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１が、上流側流路７１の上壁２２よりも天地方向下側に位置し、且つ、下流側流路８１の上壁２４よりも天地方向下側に位置している。そのため、天板２０に入口上段差２３と出口上段差２５が設けられていることで、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１の剛性が高くなっている。さらに、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１が、上流側流路７１の下壁３２よりも天地方向下側に位置し、且つ、下流側流路８１の下壁３４よりも天地方向下側に位置している。そのため、底板３０に入口下段差３３と出口下段差３５が設けられていることで、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１の剛性が高くなっている。したがって、触媒６０を充填する作業工程において、天板２０から触媒６０に荷重をかけやすくなっており、さらに底板３０もその荷重を受け止めやすくなっているので、小さな荷重で触媒６０を充填することができる。

ここで、上述した本実施形態の改質器２と比較するため、第１比較例の改質器２０１について、図１７を参照して説明する。

図１７に示すように、第１比較例の改質器２０１は、天板２０と底板３０の両方とも上流側流路７１から下流側流路８１に亘り平坦に形成されている。この場合、触媒６０を充填する工程において、触媒６０が自重により移動することが少ないので、触媒６０を充填する際に大きく加振する作業工程が必要となる。また、第１比較例の改質器２０１は、天板２０と底板３０の剛性が、第１実施形態のものに比べて低いので、触媒６０を充填する作業工程において、天板２０から触媒６０に対して大きい荷重をかけることが必要となる。そのため、第１比較例の改質器２０１は、本実施形態の改質器２に比べて、触媒６０の充填率が低いものとなる。

さらに、上述した本実施形態の改質器２と比較するため、第２比較例の改質器２０２について、図１８を参照して説明する。

図１８に示すように、第２比較例の改質器２０２は、入口７０の開口高さＨ__ＩＮと、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴとが同一である。また、第２比較例の改質器２０２は、天板２０をプレス加工することで、天板２０から底板３０側に向けて突出するリブ２０３を複数個所に設けている。これにより、第２比較例の改質器２０２では、経年変化などで天板２０と触媒６０との間に空間が生じた場合でも、その空間を流れる反応ガスが複数のリブ２０３を通過する際に触媒６０に潜り込むので、反応ガスの化学反応の効率低下を防ぐことが可能である。

しかし、第２比較例の改質器２０２のように、天板２０に対して複数個所にリブ２０３を設けると、プレス加工による歪みが大きくなり、天板２０の各部位の寸法精度が悪化するといった問題がある。また、プレス加工による加工コストも高くなるといった問題がある。

さらに、第２比較例の改質器２０２は、底板３０が水平に形成されているので、触媒６０を充填する際に、触媒６０が自重により移動することが少ないので、触媒６０を充填する際に大きく加振する作業工程が必要となる。

そのような第１、第２比較例の改質器２０１、２０２に対し、本実施形態の改質器２は、次の作用効果を奏するものである。
（１）本実施形態の改質器２は、横置きの触媒充填容器において、入口７０の開口高さＨ__ＩＮと、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴとが異なっている構成である。
これによれば、経年変化などにより触媒充填流路６１内で天板２０の一部と触媒６０との間に空間が生じた場合でも、その空間を流れる反応ガスを、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域で触媒６０に潜り込ませて触媒６０に当てることが可能である。したがって、改質器２を流れる反応ガスの化学反応（本実施形態では、水蒸気改質反応）の効率低下を防ぐことができる。
さらに、本実施形態の改質器２の構成によれば、第２比較例のような天板２０にリブ２０３を設ける構成と同様の効果を奏するので、リブ２０３を廃止するか、又はリブ２０３の数を減らすことが可能である。したがって、本実施形態の改質器２は、プレス加工による寸法精度の悪化を防ぐことができる。

（２）本実施形態の改質器２は、触媒充填流路６１において、入口７０と出口８０のうち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域が、開口高さの大きい入口７０側の領域に比べて、燃焼ガス流路１４を流れる燃焼ガスＧｃからの受熱量が大きく、高温となる構成である。
これによれば、本実施形態の改質器２は、触媒充填流路６１において、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そして、その出口８０側の領域で高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応をより促進できる。

（３）本実施形態では、天板２０は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）に対して天地方向の上側に位置している。そして、天板２０は、入口７０から出口８０に向かい天地方向下側に傾斜している。
これによれば、天板２０を入口７０から出口８０に向かい下側に傾斜する構成とすることで、経年変化などにより触媒充填流路６１内で天板２０の一部と触媒６０との間に空間が生じた場合でも、触媒充填流路６１の中で天板２０が傾斜した下側の領域では、天板２０と触媒６０との間に空間が生じない。そのため、天板２０と触媒６０との間の空間を流れる反応ガスを、触媒充填流路６１の中で天板２０が傾斜した下側の領域で触媒６０に潜り込ませて触媒６０に当てることが可能となる。

（４）本実施形態では、底板３０は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）に対して天地方向の上側に位置している。そして、底板３０は、入口７０から出口８０に向かい天地方向下側に傾斜している。
これによれば、底板３０に傾斜部を設けて触媒６０が自重により移動しやすい構造とすることで、触媒６０を充填する際に行う加振を低減できる。さらに、天板２０のうち底板３０の高い方に対応する部位（即ち、天板２０のうち入口７０側の部位）を主に見て充填作業を行えばよいので、その作業を容易に行ことができる。

（５）本実施形態では、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、上流側流路７１の下壁３２よりも天地方向下側に位置し、且つ、下流側流路８１の下壁３４よりも天地方向下側に位置している。
これによれば、底板３０に入口下段差３３と出口下段差３５が設けられ、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１の剛性を高めることが可能となる。そのため、触媒６０を充填する作業工程において天板２０から触媒６０に荷重をかけやすくなるので、小さな荷重で触媒６０を充填することができる。

（６）本実施形態では、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、上流側流路７１の上壁２２よりも天地方向下側に位置し、且つ、下流側流路８１の上壁２４よりも天地方向下側に位置している。
これによれば、天板２０に入口上段差２３と出口上段差２５が設けられ、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１の剛性を高めることが可能となる。そのため、触媒６０を充填する作業工程の際、天板２０から触媒６０に荷重をかけやすくなるので、小さな荷重で触媒６０を充填することができる。

（７）本実施形態では、入口７０における天地方向に垂直な方向の開口長さ（本実施形態では、入口７０の周長）は、出口８０における天地方向に垂直な方向の開口長さ（本実施形態では、出口８０の周長）よりも小さく形成されている。さらに、入口７０の開口高さＨ__ＩＮは、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴよりも大きく形成されている。
これによれば、仮に入口７０の開口高さＨ__ＩＮと、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴとを同一に形成したものと比べて、本実施形態では入口７０の開口断面積と出口８０の開口断面積との差が小さくなる。すなわち、本実施形態は入口７０の開口断面積と出口８０の開口断面積との差を小さくし、好ましくは実質的に同一として、入口７０と出口８０の反応ガスの流速を揃えることが可能となる。そのため、改質器２を長期使用した場合でも、反応ガスに含まれる不純物が触媒充填流路６１内の一部の領域の触媒６０に集中して付着してしまうことが防がれるので、触媒６０の性能低下を防ぐことができる。

（８）本実施形態では、天板２０および底板３０は、入口７０側から出口８０側に向かい天地方向の下側に連続して傾斜している。
これによれば、入口７０の開口断面積と出口８０の開口断面積との差を小さくし、好ましくは実質的に同一としたとき、触媒充填流路６１の途中においても流路断面積が実質的に同一となり、触媒充填流路６１の全領域において反応ガスの流速を揃えることが可能となる。そのため、改質器２を長期使用した場合でも、反応ガスに含まれる不純物が一部の領域の触媒６０に集中して付着してしまうことが防がれるので、触媒６０の性能低下を防ぐことができる。

（第２～第１１実施形態）
第２～第１１実施形態は、第１実施形態に対して触媒充填容器としての改質器２の構成の一部を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

（第２実施形態）
図７に示すように、第２実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第１実施形態に対して、主に、底板３０の形状を変更したものである。

底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向下側に位置している。そして、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の上側に連続して傾斜している。

一方、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。そのため、第２実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図７に炎の印１４１で示したように、第２実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第２実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第３実施形態）
図８に示すように、第３実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態に対して、主に、底板３０の形状を変更したものである。

底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側から出口８０側に亘り、水平に形成されている。

一方、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。そのため、第３実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図８に炎の印１４１で示したように、第３実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第３実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態等と同様の作用効果を奏することができる。

なお、第３実施形態では、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は水平に形成されているので、触媒６０の充填工程において、改質器２の天地方向上下を反転した状態で、触媒６０を充填することで、その作業工程を容易に行うことができる。具体的に、この場合の触媒６０の充填方法は、まず、天板２０に入口側仕切部材４０と出口側仕切部材５０を固定し、その間に所定量の触媒６０を載置する。次に、触媒６０の上方から底板３０を被せ、底板３０から触媒６０に荷重を掛けつつ、加振することで、触媒充填流路６１内に触媒６０を充填する。このとき、本実施形態では、天板２０が傾斜しているので、触媒６０が自重により入口７０側へ移動しやすい構造となっている。そのため、触媒６０を充填する際に行う加振などの作業工程を容易に行うことができる。

（第４実施形態）
図９に示すように、第４実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第１実施形態に対して、天板２０と底板３０の形状を変更したものである。

天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向下側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の上側に連続して傾斜している。

一方、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向下側に位置している。そして、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の上側に連続して傾斜している。また、水平に対する底板３０の傾斜角は、水平に対する天板２０の傾斜角よりも大きく設定されている。そのため、第４実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図９に炎の印１４１で示したように、第４実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。入口７０側から出口８０側に流れる反応ガスは、高温となった触媒６０に必ず当たるので、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第４実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態等と同様の作用効果を奏することができる。

（第５実施形態）
図１０に示すように、第５実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第１実施形態に対して、天板２０と底板３０の形状を変更したものである。

一方、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側から出口８０側に亘り、水平に形成されている。そのため、第５実施形態では、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴが大きく形成されている。

図１０に炎の印１４１で示したように、第５実施形態では、触媒充填流路６１において入口７０側の領域が、出口８０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＩＮの小さい入口７０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第５実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態等と同様の作用効果を奏することができる。また、第５実施形態では、第３実施形態で説明したように、改質器２の天地方向上下を反転した状態で、触媒６０を充填することで、その作業工程を容易に行うことができる。

（第６実施形態）
図１１に示すように、第６実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第１実施形態に対して、主に、底板３０の形状を変更したものである。

底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０から触媒充填流路６１の途中３７まで天地方向の下側に向けて傾斜しており、触媒充填流路６１の途中３７から出口８０まで水平となっている。

一方、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。そのため、第６実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図１１に炎の印１４１で示したように、第６実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第６実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第７実施形態）
図１２に示すように、第７実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第１実施形態に対して、主に、天板２０と底板３０の形状を変更したものである。

天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位と出口８０側の部位との途中に段差２６を有している。

一方、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向下側に位置している。そして、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位と出口８０側の部位との途中に段差３６を有している。そのため、第７実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図１２に炎の印１４１で示したように、第７実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第７実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。具体的には、天板２０に段差２６を設けることで、経年変化などにより触媒充填流路６１内で天板２０の一部と触媒６０との間に空間が生じた場合でも、触媒充填流路６１内において天板２０の低い部位（即ち、天板２０の段差２６より出口８０側の領域）では、天板２０と触媒６０との間に空間が生じない。そのため、天板２０と触媒６０との間の空間を流れる反応ガスを、触媒充填流路６１内において天板２０の低い部位で触媒６０に潜り込ませて触媒６０に当てることが可能となる。したがって、触媒充填容器を流れる反応ガスの化学反応の効率低下を防ぐことができる。

また、底板３０に段差３６を設けることで、触媒６０の充填作業時に、触媒充填流路６１内において底板３０の低い部位（即ち、底板３０の段差３６より入口７０側の領域）に、触媒６０が自重により移動しやすくなる。そのため、触媒６０を充填する際に行う加振を低減できる。また、天板２０のうち底板３０の高い方に対応する部位（即ち、天板２０のうち入口７０側の部位）を主に見て充填作業を行えばよいので、その作業を容易に行ことができる。

さらに、天板２０および底板３０に段差２６、３６を設けることで、触媒充填容器としての改質器２と他の部品とを組み合わせて燃料電池装置１０を構成する際、段差２６、３６を使って改質器２の位置決めなどを容易に行うことができる。

（第８実施形態）
図１３に示すように、第８実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第７実施形態に対して、主に、底板３０の形状を変更したものである。

一方、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位と出口８０側の部位との途中に段差２６を有している。そのため、第８実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図１３に炎の印１４１で示したように、第８実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第８実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態および第７実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第８実施形態では、第３実施形態で説明したように、改質器２の天地方向上下を反転した状態で、触媒６０を充填することで、その作業工程を容易に行うことができる。

（第９実施形態）
図１４に示すように、第９実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第７実施形態に対して、主に、天板２０と底板３０の形状を変更したものである。

天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向下側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位と出口８０側の部位との途中に段差２６を有している。

一方、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向下側に位置している。そして、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位と出口８０側の部位との途中に段差３６を有している。天板２０の段差２６の高さより、底板３０の段差３６の高さの方が大きい。そのため、第９実施形態でも、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

また、図１４に炎の印１４１で示したように、第９実施形態でも、触媒充填流路６１において出口８０側の領域が、入口７０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＯＵＴの小さい出口８０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。入口７０側から出口８０側に流れる反応ガスは、高温となった触媒６０に当たるので、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第９実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態および第７実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

（第１０実施形態）
図１５に示すように、第１０実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第９実施形態に対して、主に、底板３０の形状を変更したものである。

一方、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側から出口８０側に亘り、水平に形成されている。そのため、第１０実施形態では、上述した天板２０の形状と底板３０の形状により、入口７０の開口高さＨ__ＩＮよりも、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴが大きく形成されている。

また、図１５に炎の印１４１で示したように、第１０実施形態では、触媒充填流路６１において入口７０側の領域が、出口８０側の領域に比べて高温となる構成である。すなわち、開口高さＨ__ＩＮの小さい入口７０側の領域の触媒６０がより高温となる構成である。そのため、その高温となった触媒６０に対し反応ガスを集中的に当てることで、触媒６０の性能を十分に引き出すことができ、化学反応を促進できる。

以上説明した第１０実施形態の触媒充填容器としての改質器２も、第１実施形態および第７実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第１０実施形態では、第３実施形態で説明したように、改質器２の天地方向上下を反転した状態で、触媒６０を充填することで、その作業工程を容易に行うことができる。

（第１１実施形態）
図１６に示すように、第１１実施形態の触媒充填容器としての改質器２は、第１実施形態に対して、主に、天板２０と仕切部材４０、５０の形状を変更したものである。

第１１実施形態では、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側の部位（即ち、入口上段差２３の下面２３１）が出口８０側の部位（即ち、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。

一方、底板３０において触媒充填流路６１の下壁３１は、入口７０側の部位（即ち、入口下段差３３の下面３３１）が出口８０側の部位（即ち、出口下段差３５の下面３５１）よりも天地方向上側に位置している。そして、天板２０において触媒充填流路６１の上壁２１は、入口７０側から出口８０側に向かい、天地方向の下側に連続して傾斜している。また、水平に対する底板３０の傾斜角と、水平に対する天板２０の傾斜角とは略同じである。

第１１実施形態では、入口側仕切部材４０の有する複数のスリット４１の開口高さは、天板２０の下面（具体的には、入口上段差２３の下面２３１）よりも天地方向下側に設けられている。そのため、入口７０の開口高さＨ__ＩＮは、入口側仕切部材４０の有する複数のスリット４１の開口高さにより定められている。

また、出口側仕切部材５０の有する複数のスリット５１の開口高さは、天板２０の下面（具体的には、出口上段差２５の下面２５１）よりも天地方向下側に設けられている。そのため、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴは、出口側仕切部材５０の有する複数のスリット５１の開口高さにより定められている。第１１実施形態では、入口７０の開口高さＨ__ＩＮより、出口８０の開口高さＨ__ＯＵＴの方が小さく形成されている。

以上説明した第１１実施形態では、経年変化などにより触媒充填流路６１内で天板２０と触媒６０との間に空間が生じた場合でも、反応ガスは、上流側流路７１から触媒充填流路６１に流入する際に、入口側仕切部材４０のスリット４１を通り、触媒充填流路６１内の触媒６０に潜り込む。また、反応ガスは、触媒充填流路６１から流出する際に、触媒６０に潜り込んでから出口側仕切部材５０のスリット５１を通り、下流側流路８１に流出する。そのため、触媒充填流路６１において入口７０側の領域と出口８０側の領域の両方にて反応ガスを触媒６０に当てることが可能となる。したがって、触媒充填容器を流れる反応ガスの化学反応の効率低下を防ぐことができる。

さらに、仕切部材４０、５０のスリット４１、５１の開口高さを低くすることで、天板２０にリブ２０３を設けることと同様の効果を奏するので、リブ２０３を廃止するか、又はリブ２０３の数を減らすことが可能である。したがって、この触媒充填容器は、プレス加工による寸法精度の悪化を防ぐことができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、触媒充填容器は改質器２として用いられるものとして説明したが、それに限らず、例えば、触媒充填容器は、例えば脱硫器３など、触媒６０が充填される容器として種々の用途に用いることが可能である。

上記各実施形態では、触媒充填容器としての改質器２を円盤状として説明したが、それに限らず、例えば、触媒充填容器は、例えば直管状、扇状、放射状など種々の形状とすることが可能である。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１燃料電池システム
２改質器（触媒充填容器）
３脱硫器（触媒充填容器）
２０天板
３０底板
６０触媒
６１触媒充填流路
７０入口
８０出口

Claims

燃料電池システム（１）に用いられ、天地方向に対し交差する方向の流路長さが天地方向の流路高さより大きい触媒充填容器において、
触媒充填流路（６１）の天地方向上側に配置され、前記触媒充填流路の上壁（２１）を構成する天板（２０）と、
前記触媒充填流路の天地方向下側に配置され、前記触媒充填流路の下壁（３１）を構成する底板（３０）と、
前記天板と前記底板との間に形成される前記触媒充填流路内に充填され、前記触媒充填流路内を流れる反応ガスの化学反応を促進させる粒状の触媒（６０）と、を備え、
前記触媒充填流路に反応ガスが流入する入口（７０）における天地方向の開口高さ（Ｈ__ＩＮ）と、前記触媒充填流路から反応ガスが流出する出口（８０）における天地方向の開口高さ（Ｈ__ＯＵＴ）とが異なっている、触媒充填容器。
前記天板または前記底板の少なくとも一方は、前記燃料電池システムで生成された熱を受けるように構成されており、
前記触媒充填流路において、前記入口と前記出口のうち天地方向の開口高さの小さい方の領域が、前記入口と前記出口のうち天地方向の開口高さの大きい方の領域に比べて、前記燃料電池システムからの受熱量が大きく、高温となる構成である、請求項１に記載の触媒充填容器。
前記天板は、前記入口側の部位（２３１）が前記出口側の部位（２５１）に対して天地方向の上側または下側のいずれか一方に位置しており、前記入口と前記出口との間で天地方向の上側または下側のいずれか一方向に傾斜する部位を有するか、又は、前記入口側の部位と前記出口側の部位との途中に段差（２６）を有している、請求項１または２に記載の触媒充填容器。
前記底板は、前記入口側の部位（３３１）が前記出口側の部位（３５１）に対して天地方向の上側または下側のいずれか一方に位置しており、前記入口と前記出口との間で天地方向の上側または下側のいずれか一方向に傾斜する部位を有するか、または、前記入口側の部位と前記出口側の部位との途中に段差（３６）を有している、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の触媒充填容器。
前記底板は、前記触媒充填流路の下壁を構成すると共に、前記入口より上流側にある上流側流路（７１）の下壁（３２）と、前記出口より下流側にある下流側流路（８１）の下壁（３４）を構成しており、
前記底板において前記触媒充填流路の下壁は、前記上流側流路の下壁よりも天地方向下側に位置し、且つ、前記下流側流路の下壁よりも天地方向下側に位置している、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の触媒充填容器。
前記天板は、前記触媒充填流路の上壁を構成すると共に、前記入口より上流側にある上流側流路（７１）の上壁（２２）と、前記出口より下流側にある下流側流路（８１）の上壁（２４）を構成しており、
前記天板において前記触媒充填流路の上壁は、触媒充填流路の上壁よりも天地方向下側に位置し、且つ、前記下流側流路の上壁よりも天地方向下側に位置している、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の触媒充填容器。
前記入口における天地方向に垂直な方向の開口長さは、前記出口における天地方向に垂直な方向の開口長さよりも小さく形成され、
前記入口における天地方向の開口高さは、前記出口における天地方向の開口高さよりも大きく形成されている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の触媒充填容器。
前記天板および前記底板の少なくとも一方は、前記入口側から前記出口側に向かい天地方向の上側または下側のいずれか一方向に傾斜している、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の触媒充填容器。
前記天板および前記底板の少なくとも一方は、前記入口側の部位が前記出口側の部位に対して天地方向の上側または下側のいずれか一方に位置しており、前記入口側の部位と前記出口側の部位との途中に段差（２６、３６）を有している、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の触媒充填容器。
前記入口および前記出口の少なくとも一方に配置され、前記触媒充填流路から上流側または下流側の流路に触媒が移動することを防ぐと共に、反応ガスを通すスリット（４１、５１）を有する仕切部材（４０、５０）をさらに備え、
前記スリットは、前記天板における前記触媒充填流路の上壁よりも天地方向下側に設けられている、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の触媒充填容器。