JP3675946B2 - 燃料電池用の燃料改質器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水蒸気が添加された炭化水素系の原燃料を改質管に通流し、この原燃料を粒状改質触媒により水蒸気改質して水素含有量の多い改質ガスに改質する燃料電池発電装置用の燃料ガスの製造に使用される燃料改質器に係わり、粒状改質触媒の圧壊と粒状改質触媒への炭素析出の同時低減を図った、改良されたその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素と酸素とを反応用ガスとして用いて、電気化学的に直流電力を発生する発電装置である。この燃料電池は、すでによく知られているとおり、他の発電装置と比較して、電気エネルギーへの変換効率が高く，しかも，炭酸ガスや窒素酸化物等の大気汚染物質の排出量が少ないことから、いわゆるクリーン・エネルギー源として期待されている。そうして、燃料電池としては、使用される電解質の種類により、りん酸型，溶融炭酸塩型などの各種の燃料電池が知られている。この燃料電池には、燃料電池が必要とする水素を供給する装置として、天然ガス，ＬＮＧ，ＬＰＧやナフサ等の炭化水素を主成分とする原燃料から、水素含有量の多い改質ガスに改質する燃料改質器が付随されているのが一般である。
【０００３】
この燃料電池用の燃料改質器は、水蒸気が添加された前記の炭化水素系の原燃料を粒状改質触媒の改質反応を利用して、水蒸気接触分解することにより水素含有量の多い改質ガスを生成する装置である。粒状改質触媒による前記の改質反応は、公知のごとく、吸熱反応であることと、粒状改質触媒に用いられている触媒活性成分に応じた適温下において行われる必要が有ることのために、燃料改質器には粒状改質触媒を加熱するための熱媒体を生成する熱媒体生成器が備えられている。そうして、この改質反応に必要な熱量の供給方法を改良する構成を備えるなどした燃料改質器が同じ出願人より出願され、特開平３−９７６０２号公報などにより公知となっている。
【０００４】
図３は、上記公報による燃料改質器に対して、さらに粒状改質触媒への伝熱性能等に改良を加えた従来例の燃料電池用の燃料改質器を示すその縦断面図であり、図４は、図３における改質管部分の図３におけるＡ−Ａ断面図である。図３，図４において、９は、改質管８と、改質管８の内側上部に配設された熱媒体生成器としてのバーナ５と、改質管８の周囲側部と下部とを覆う炉容器７と、炉容器７の外周部を覆う断熱層７２と、改質管８内に形成された触媒層６とを備えた燃料改質器である。
【０００５】
改質管８は、上下方向に直立した金属製で円筒状をした中間筒体８１と、これを挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて同心円状に配設された，金属製で円筒状をした内側筒体８２および外側筒体８３とを主体にして形成されている。内側筒体８２および外側筒体８３は、中間筒体８１と接合されている金属製の上部板８５等でその上部を接続され、円環状形をした金属製の底板８４により，中間筒体８１の下端から離されてその下部を互いに接続されている。内側筒体８２の中間筒体８１に対向する側の側面，すなわちその外周面には、一端を内側筒体８２の外周面に溶接等により固着された金属製の伝熱フィン８２１が、円周面に沿って複数本配列（図４を参照）されている。それぞれの伝熱フィン８２１は、幅方向が中間筒体８１との間に間隙８２１ａ（図４を参照）が形成される寸法を有し、かつ底板８４が接続される部位の付近から後記する触媒層６の上面付近の部位にわたる長さ寸法を有している。
【０００６】
このような構成により改質管８には、下端部で互いに連通し，しかも，共に円環状をなした，内側環状空間８６および外側環状空間８７の２重の環状空間が形成されることになる。外側環状空間８７の上部には原料ガス９ａの入口８７１が設けられ、内側環状空間８６の上部には改質ガス９ｂの出口８６１が設けられている。また、内側環状空間８６とこの内側環状空間８６と連通している外側環状空間８７の底部とには、粒状改質触媒６１が充填されることで触媒層６が形成されている。
【０００７】
この粒状改質触媒（以降、単に粒状触媒と略称することがある。）６１は、例えば、直径が５ｍｍ前後程度の円柱形，球形などをなしている。そうして、粒状触媒６１は、前記した原燃料に水蒸気が添加されたものである原料ガス９ａを，水素含有量の多い改質ガス９ｂに改質する作用を行う触媒を、極めて細かい細孔を有しそれぞれ前記の形状をしたセラミック製の担体に担持させた構造を備えている。原料ガス９ａを水素含有量の多い改質ガス９ｂに効率良く改質するためには、触媒反応速度を高くする必要がある。このために粒状触媒６１では、担体の備える細孔内に形成される細孔容積を極力大きくした担体を選定し、細孔部を含む担体の表面に担持された触媒と，原料ガス９ａとが接触し合う面積が、極力増大されるように配慮されている。
【０００８】
また、燃料電池用の燃料改質器に採用されている粒状触媒６１としては、ニッケル系の粒状改質触媒と、貴金属系の粒状改質触媒とが著名である。特開平５−２０８１３３号公報，特開平５−２６１２８６号公報などで公知のごとく、ニッケル系の粒状改質触媒は、ニッケルを主体とする触媒種を触媒活性成分として担体に担持させた粒状触媒である。同様に、貴金属系の粒状改質触媒は、ルテニウム，ロジウム，白金などの貴金属系の触媒種を触媒活性成分として担体に担持させた粒状触媒である。なお、これらの粒状触媒の、触媒活性成分の材料とその製法，担体の材料とその製法，あるいは，温度などの粒状触媒の運転条件などに関しては、前記の特開平５−２０８１３３号公報，特開平５−２６１２８６号公報などに開示されているところに譲り、ここでの説明は省略する。
【０００９】
そうして、内側環状空間８６と外側環状空間８７それぞれの，触媒層６の上面は、粒状触媒６１の飛散を防止するための金網６ａで覆われている。触媒層６への粒状触媒６１の充填に際して、粒状触媒６１の充填密度を均等化するために、改質管８に振動やハンマーリング処理などが加えられのが一般である。かくして、触媒層６においては、粒状触媒６１は高い均一度とされて充填されることになり、この結果、粒状触媒６１の充填密度も極めて高いものとなっている。
【００１０】
外側筒体８３と炉容器７とで区切られた空間は、バーナ５が生成する熱媒体５１を通流させる熱媒体通流路５２として使用される。炉容器７の熱媒体通流路５２の上部に当たる部位には、熱媒体出口７１が設けられている。炉容器７の下方および側部周囲には、熱媒体５１の温度を保持するための耐火断熱材製の断熱層７２が配置され、また、内側筒体８２の上部内側には、バーナ５で生成された直後の特に高温の熱媒体５１から内側筒体８２等を保護するために、耐火性断熱材製の断熱層８８が形成されている。
【００１１】
燃料改質器９では、バーナ５においては、燃料の入口５３から導入された燃料が、空気入口５４から取り入れられた燃焼用空気により燃焼し、燃焼ガスとしての高温の熱媒体５１が生成される。熱媒体５１は、改質管８が備える内側筒体８２の内周面に沿って下方に流れ、引続いて熱媒体通流路５２内を通流しつつ、外側筒体８３の外周面に沿って上方に流れたうえで、熱媒体出口７１から燃料改質器９の外部に排出される。この間、熱媒体５１は、改質管８の主として内側筒体８２の内周面側から触媒層６を、また、外側筒体８３の外周面側から外側環状空間８７内を通流する原料ガス９ａを、それぞれ加熱するのである。
【００１２】
その際、触媒層６中の粒状触媒６１は、内側筒体８２および伝熱フィン８２１を介して熱媒体５１から熱を供給されて加熱される。これにより、燃料改質器９では、粒状触媒６１によって行われる吸熱反応による吸熱量に対応する熱量が触媒層６に補給されるように構成されていることになる。一方，原料ガス９ａは、入口８７１から改質管８に流入し、まず、外側環状空間８７中を下向きに流れ、その底部で触媒層６に入り、中間筒体８１の下端部で折り返し、以降，内側環状空間８６内にある触媒層６中を上向きに流れる。この間、外側環状空間８７において熱媒体５１によって加熱される。熱媒体５１で加熱された原料ガス９ａは、熱媒体５１により加熱されて所要の温度とされた粒状触媒６１が持つ触媒活性成分の改質反応により、水素含有量の多い改質ガス９ｂに改質されることになる。このようにして得られた改質ガス９ｂは、改質ガス９ｂの出口８６１から燃料改質器９の外部に供給される。
【００１３】
なお、熱媒体５１による原料ガス９ａの加熱を容易にするために、熱媒体５１・原料ガス９ａが通流する熱媒体通流路５２・外側環状空間８７の通流路の面積を狭くし、熱媒体５１・原料ガス９ａの流速を高くすることで、それぞれのガス体と外側筒体８３間の熱伝達係数が向上するように考慮されるのが一般である。これにより、熱媒体５１から原料ガス９ａへの熱伝達度が向上され、燃料改質器９から排出される熱媒体排出ガスの温度を下げることができ、しかも、燃料改質器９の径方向寸法を短縮することができている。
【００１４】
前述のような構成の燃料改質器９においては、前記の原燃料を水蒸気改質する際には高温の運転温度で改質反応が行なわれ、改質ガス９ｂの出口に近い部分の触媒層６の温度は７００〜７５０〔℃〕程度であり、改質管８を形成している例えば耐熱鋼の最高表面温度は、運転条件にもよるが９００〜９５０〔℃〕にもなるものである。また上述の燃料改質器９によって得られた改質ガス９ｂを燃料電池に供給する場合には、多くの場合に、この改質ガス９ｂをさらに一酸化炭素変成器に通流させ、一酸化炭素濃度を低減させた改質ガスとされている。
【００１５】
ところで燃料改質器９では、その起動，停止が繰り返される度に、改質管８を構成している前記の金属板は膨張，収縮を繰り返すものである。すなわち、バーナ５に近い部分▲１▼の改質管表面温度は、バーナ５の点火とともに急速に上昇する。これに対して、原料ガス９ａの入口に近い部分▲２▼の改質管表面温度は、バーナ点火直後は熱媒体５１の持つ熱量が改質管８等の加熱に費やされるため、部分▲１▼よりもその温度の上昇度が遅くなる。このためバーナ５の点火直後には、改質管８に大きい温度差の温度分布が生じることになる。この大きい温度差によって、改質管８では、外側筒体８３，中間筒体８１よりも内側筒体８２の方が急速に熱膨張することとなり、このため内側筒体８２は外側（触媒層６側である）に太鼓状に変形する。伝熱フィン８２１と中間筒体８１との間に間隙８２１ａが形成されている理由は、内側筒体８２が太鼓状に変形した際に、伝熱フィン８２１が中間筒体８１に接触するのを回避するためである。このように内側筒体８２が太鼓状に変形することで、粒状触媒６１が充填されている触媒層６は、前述したとおり粒状触媒６１は極めて高い充填密度で充填されているために、内側筒体８２の前記の変形により支配された加圧力を受けることとなる。この加圧力により、多孔質のセラミック製担体が用いられている粒状触媒６１は、最悪の場合には圧壊を受けることとなる。粒状触媒６１が圧壊して粉末状になると、触媒層６における原料ガス９ａ，改質ガス９ｂに対する圧力損失が増大し、最悪の場合には、燃料電池を用いた発電装置の運転の継続を不可能にすることとなるのである。
【００１６】
これを回避するために粒状触媒６１に加わる加圧力を低減するようにする構造体が、前記の伝熱フィン８２１である。伝熱フィン８２１は前記した構成を持っているので、内側筒体８２に対する梁としての働きを行い、内側筒体８２の前記の変形量を抑制する。この結果、内側筒体８２の熱膨張に基づく触媒層６に加わる加圧力が減少し、粒状触媒６１の圧壊が低減されるのである。従って伝熱フィン８２１は、燃料改質器９においては、熱媒体５１から供給される熱量の粒状触媒６１への伝達を改善すると共に、粒状触媒６１の圧壊を低減するという役目を果たしていることになる。
【００１７】
また、前述のような構成の燃料改質器９においては、特開平５−２０８１３３号公報，特開平５−２６１２８６号公報内に開示されているとおり、粒状触媒６１が持つ触媒活性成分の表面に、炭素が析出される現象が起こり得ることが知られている。またこの炭素析出は、次記する条件において発生し易いことも、前記の公報などによって知られている。
【００１８】
▲１▼原料ガス９ａに用いられる原燃料が、天然ガス，ＬＮＧなどである場合に対して、ＬＰＧ，ナフサなどである場合の方が、すなわち、分子量値がより大きい炭化水素を主成分とする原燃料が用いられている場合の方が発生し易い。また、
▲２▼触媒層６に充填される粒状触媒６１が、貴金属系の粒状改質触媒である場合よりも、ニッケル系の粒状改質触媒である場合の方が発生し易い。また、
▲３▼触媒粒状触媒６１が高温であるほど発生し易い。さらに、
▲４▼原燃料に対して水蒸気を添加する割合に対応する量である、スチーム・カーボン比（水蒸気と，原燃料中の炭素とのモル比である。）（以降、Ｓ／Ｃと略称することがある。）の値が小さいほど発生し易い。
【００１９】
そうして、この炭素析出が発生した場合には、粒状触媒６１はその改質反応の活性度の低下、触媒層６の原料ガス９ａ，改質ガス９ｂに対する圧力損失の増大という燃料改質器９にとって好ましくない運転状態をもたらすことになる。燃料改質器９では、炭素析出の発生を抑制するために、適正なＳ／Ｃ値を設定すると共に、粒状触媒６１を原燃料の種別によって使い分けて採用するなどの対処が行われている。すなわち、原燃料に天然ガス，ＬＮＧが用いられる場合には、多くの場合に、粒状触媒６１としてニッケル系の粒状触媒が採用されている。また、原燃料にＬＰＧ，ナフサ等が用いられる場合には、天然ガス，ＬＮＧの場合よりも炭素析出が起こり易いので、ニッケル系の粒状改質触媒と比較して高価ではあるが、多くの場合に、貴金属系の粒状触媒が採用されている。
【００２０】
ちなみに、発明者らが持つ粒状改質触媒の反応活性度に関する測定データ例を表１に示す。ここで表１は、粒状改質触媒の反応活性度としての反応速度定数に関して、触媒活性成分としてルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒の場合と、ニッケル系の粒状改質触媒の場合とを比較して示す測定データである。表１によると、ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒の反応速度定数は、ニッケル系の粒状改質触媒の反応速度定数に対して、反応温度値にもよるが、１．５〜２．５倍程度大きく、それだけ反応活性度が高いことを示している。
【００２１】
【表１】
表１ 粒状改質触媒の反応速度定数の測定結果
（１）反応条件
圧力値 大気圧
Ｓ／Ｃ値 ２．５
ＧＨＳＶ値 ２００００〔ｈ^-1〕
（Ｇａｓ Ｈｙｄｒｏｕｓ Ｓｐａｃｅ
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）
（２）測定対象
（ａ）種別 ▲１▼ニッケル系の粒状改質触媒
（Ｎｉ触媒）
▲２▼ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒（Ｒｕ触媒）
（ｂ）担体 共にアルミナ製の球状の担体
（直径５〔ｍｍ〕）を使用．

【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術による燃料電池用の燃料改質器は、粒状触媒によって原燃料を水蒸気接触分解して水素含有量の多い改質ガスに改質するのに際し、粒状触媒が所要の温度に加熱されることで効率良く改質ガスを生成することができ、しかも、粒状触媒への加圧力，炭素析出を低減することができているのであるが、なお次記する問題が残存している。すなわち、
まず、燃料電池用の燃料改質器では、その触媒層の温度は、原料ガス，改質ガスが通流する方向に沿う温度分布が存在しているという事実がある。すなわち、触媒層は、その原料ガスの入口部と，改質ガスの出口部で温度が相対的に高く、原料ガスなどの通流方向に関する中間部で相対的に低い温度状態となっている。触媒層の中間部の温度が原料ガスの入口部の温度よりも低くなる理由は、粒状触媒による改質反応が吸熱反応であるためである。原料ガスは、熱媒体によって加熱されて高温となって触媒層に流入されるのであるが、粒状触媒における吸熱反応により熱を奪われてその温度が低下するのである。触媒層は熱媒体によって加熱されているのではあるが、前記した温度分布の発生を解消するにいたっていないのが実態である。また、改質ガスの出口部の温度が触媒層の中間部の温度よりも高くなる理由は、この部位が熱媒体生成器であるバーナに近いので，熱媒体により強く加熱されるためである。
【００２３】
前記した状態の温度分布を持つ触媒層にニッケル系の粒状触媒が採用されていると、ニッケル系の粒状触媒は、前述したごとく高温であるほど炭素析出が発生し易い粒状触媒であるために、触媒層の原料ガスの入口部，改質ガスの出口部に炭素析出が発生することとなるのである。
また、これに対処するために、貴金属系の粒状触媒を採用したとすると、貴金属系の粒状触媒は、ニッケル系の粒状触媒と比較して圧壊強度が低いという性質を持つため、粒状触媒が圧壊することでその粉末状化が発生することとなるのである。ちなみに、発明者らが持つ粒状触媒の圧壊強度に関する測定データ例を表２に示す。ここで表２は、触媒活性成分としてルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒の圧壊強度と、ニッケル系の粒状改質触媒の圧壊強度とを比較して示す圧壊強度の測定データである。表２によると、ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒の圧壊強度は、ニッケル系の粒状改質触媒の圧壊強度に対して４１〔％〕程度である。そうして、触媒層における貴金属系の粒状改質触媒の圧壊が最も発生し易い部位は、太鼓状に変形する内側筒体によって最も強く加圧される部位であり、この部位は、触媒層内における原料ガスなどの通流方向の中間部なのである。
【００２４】
【表２】
表２ 粒状改質触媒の圧壊強度の測定結果
（１）使用した測定装置 木屋式強度計
（２）測定対象
（ａ）種別 ▲１▼ニッケル系の粒状改質触媒
（Ｎｉ触媒）
▲２▼ルテニウムを用いた貴金属系の粒状改質触媒（Ｒｕ触媒）
（ｂ）担体 共にアルミナ製の球状の担体
（直径５〔ｍｍ〕）を使用．

この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、粒状改質触媒の圧壊と，粒状改質触媒への炭素析出とを、同時に低減することが可能な燃料電池用の燃料改質器を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、
１）改質管と、触媒層と、熱媒体生成器とを備え、
改質管は、上下方向にほぼ直立した筒状の中間筒体と、この中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けてほぼ同心状に配設され，上部を中間筒体と接合する上部板などで接続され，下部を中間筒体の下端から離して互いに底板で接続された内側筒体および外側筒体とを有し、
触媒層は、改質管の少なくとも中間円筒と内側筒体との間に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填することで形成されてなり、
熱媒体生成器は、触媒層を加熱するための熱媒体を生成し、この熱媒体を少なくとも内側筒体の内周面側および外側筒体の外周面側に供給するものであり、
水蒸気が添加された炭化水素系の原燃料を中間円筒と外側筒体との間に形成された環状空間から触媒層に通流し、前記の原燃料を熱媒体により加熱された触媒層により水蒸気改質を行うことで，水素含有量の多い改質ガスに改質するものである、燃料電池用の燃料改質器において、
触媒層は、粒状改質触媒として貴金属系触媒種が使用された貴金属系の粒状改質触媒とニッケル系触媒種が使用されたニッケル系の粒状改質触媒とが併用され、貴金属系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層は、触媒層の原燃料が流入される部位と，触媒層の改質ガスが流出される部位とにそれぞれ配置され、ニッケル系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層は、前記の貴金属系の粒状改質触媒が充填された両部分触媒層に挟まれる部位に配置されてなる構成とすること、により達成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の一つの実施の形態例による燃料電池用の燃料改質器を示すその縦断面図であり、図２は、図１におけるＰ部の一部省略した縦断面図である。図１，図２において、図３，図４に示した従来例による燃料電池用の燃料改質器と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図１中には、図３で付した符号については、代表的な符号のみを記した。
【００２７】
図１，図２において、１は、図３，図４に示した従来例による燃料改質器９に対して、触媒層２を用いるようにした燃料改質器である。触媒層２は、改質管８の、従来例の燃料改質器９が備える触媒層６が形成されている部位と同一の部位に形成され、部分触媒層２１と、部分触媒層２２と、部分触媒層２３とを有している。部分触媒層２１は、貴金属系の粒状改質触媒３が充填された部分触媒層であり、触媒層２の原料ガス９ａが流入される部位に配置されている。部分触媒層２３は、粒状改質触媒３が充填された部分触媒層であり、触媒層２の改質ガス９ｂが流出される部位に配置されている。また、部分触媒層２２は、ニッケル系の粒状改質触媒４が充填された部分触媒層であり、図２中に示すように、前記の部分触媒層２１，２３に挟まれて配置されている。
【００２８】
貴金属系の粒状触媒３は、粒状改質触媒６１と同一の構造を備える粒状触媒であり、前述の従来の技術の項で説明済であるが、担体に担持する触媒活性成分としてルテニウム，ロジウム，白金などの貴金属系の触媒種を用いた粒状触媒に特定したものである。また、ニッケル系の粒状改質触媒４も、粒状触媒６１と同一の構造を備える粒状触媒であり、これも前述の従来の技術の項で説明済であるが、担体に担持する触媒活性成分としてニッケルを主体とする触媒種を用いた粒状触媒に特定したものである。
【００２９】
図１，図２に示す実施の形態例では前記の構成としたので、触媒層２の内で相対的に高温となる部位である，触媒層２の原料ガス９ａの入口部と改質ガス９ｂの出口部には、炭素析出を起こし難い貴金属系の粒状触媒３が充填された部分触媒層２１，２３が、また、触媒層２の内で加圧力が相対的に強く働く部位である，触媒層２の原料ガス９ａなどの通流方向に関する中間部位には、高い圧壊強度を持つニッケル系の粒状触媒４が充填された部分触媒層２２が、それぞれ配置されることになる。
【００３０】
そうして、貴金属系の粒状触媒３が充填された部分触媒層２１，２３が配置される部位は、内側筒体８２の太鼓状の変形の影響を比較的に受け難い部位であるので、ニッケル系の粒状触媒４よりも低い圧壊強度を持つ貴金属系の粒状触媒３であっても、圧壊を発生しないのである。また、ニッケル系の粒状触媒４が充填された部分触媒層２２が配置される部位は、触媒層２の内でも相対的に温度が低い部位であるので、貴金属系の粒状触媒よりも炭素析出を生じ易いニッケル系の粒状触媒４であっても、炭素析出は発生しないのである。すなわち、この発明による触媒層２の構成は、燃料電池用の燃料改質器の触媒層において発生している，温度および粒状触媒に対する加圧力の分布状態を巧みに利用し、しかも、ニッケル系の粒状触媒４と貴金属系の粒状触媒３とがそれぞれに持つ特質を適切に活用することによって、粒状触媒の圧壊と，粒状触媒への炭素析出とを、同時に低減することを可能にすることができるのである。
【００３１】
また、部分触媒層２３が形成されている部位は、触媒層２に関して、部分触媒層２１，２２中を通流することで得られた改質ガス９ｂに対し、仕上げの改質を行う部位である。この部分触媒層２３に前記の表１中に示したような高い反応活性を持つ貴金属系の粒状触媒３を用いることにより、ニッケル系の粒状触媒４を用いる場合よりも部分触媒層２３に充填する粒状触媒の量を低減することができる。したがって、触媒層２に必要となる容積を低減することができ、結局は燃料改質器１全体の小形・軽量化に有効なものとなるのである。
【００３２】
なお、実施の形態の項における今までの説明では、燃料改質器１が備える触媒層２は、内側環状空間８６とこの内側環状空間８６と連通している外側環状空間８７の底部とに粒状改質触媒が充填されることで形成されるとしてきたが、これに限定されるものではなく、例えば、触媒層は、内側環状空間８６のみに粒状改質触媒を充填することで形成されてもよいものである。
【００３３】
【発明の効果】
この発明においては、前記の課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることにより、次記する効果を奏する。
▲１▼貴金属系の粒状改質触媒が充填される部位に加わる加圧力を相対的に小さく、かつ、ニッケル系の粒状改質触媒が充填される部位の温度を相対的に低くすることができるので、粒状改質触媒の圧壊と，粒状改質触媒への炭素析出とを、同時に低減することが可能となる。また、
▲２▼触媒層の全体に高価な貴金属系の粒状改質触媒を充填することが無いので、前記の▲１▼項の効果を得ながら、燃料電池用の燃料改質器の製造原価を低減することが可能となる。さらに、
▲３▼触媒層の全体にニッケル系の粒状改質触媒を充填する場合と対比すると、前記の▲１▼項の効果を得ながら、改質ガスが流出される部位の部分触媒層の充填する粒状改質触媒として，ニッケル系の粒状改質触媒よりも高い反応活性度を持つ貴金属系の粒状改質触媒を用い、触媒層の容積を低減できることで、燃料電池用の燃料改質器の小形・軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態例による燃料電池用の燃料改質器を示すその縦断面図
【図２】図１におけるＰ部の一部省略した縦断面図
【図３】従来例の燃料電池用の燃料改質器を示すその縦断面図
【図４】図３における改質管部分の図３におけるＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
１ 燃料改質器
２ 触媒層
２１ 部分触媒層
２２ 部分触媒層
２３ 部分触媒層
３ 粒状改質触媒（貴金属系）
４ 粒状改質触媒（ニッケル系）
９ａ 原料ガス
９ｂ 改質ガス

Claims (1)

1. 改質管と、触媒層と、熱媒体生成器とを備え、
   改質管は、上下方向にほぼ直立した筒状の中間筒体と、この中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けてほぼ同心状に配設され，上部を中間筒体と接合する上部板などで接続され，下部を中間筒体の下端から離して互いに底板で接続された内側筒体および外側筒体とを有し、
   触媒層は、改質管の少なくとも中間円筒と内側筒体との間に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填することで形成されてなり、
   熱媒体生成器は、触媒層を加熱するための熱媒体を生成し、この熱媒体を少なくとも内側筒体の内周面側および外側筒体の外周面側に供給するものであり、
   水蒸気が添加された炭化水素系の原燃料を中間円筒と外側筒体との間に形成された環状空間から触媒層に通流し、前記の原燃料を熱媒体により加熱された触媒層により水蒸気改質を行うことで，水素含有量の多い改質ガスに改質するものである、燃料電池用の燃料改質器において、
   触媒層は、粒状改質触媒として貴金属系触媒種が使用された貴金属系の粒状改質触媒とニッケル系触媒種が使用されたニッケル系の粒状改質触媒とが併用され、貴金属系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層は、触媒層の原燃料が流入される部位と，触媒層の改質ガスが流出される部位とにそれぞれ配置され、ニッケル系の粒状改質触媒が充填された部分触媒層は、前記の貴金属系の粒状改質触媒が充填された両部分触媒層に挟まれる部位に配置されてなることを特徴とする燃料電池用の燃料改質器。

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