JP4809117B2 - 熱交換型改質器及び改質装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば炭化水素等の改質原料から水素含有の改質ガスを得るための改質反応を、改質部において加熱部からの熱供給を受けつつ行う熱交換型改質器に関する。また、本発明は、上記の如き熱交換型改質器を備えた改質装置に関する。

積層された複数のプレート間に、炭化水素原料を改質して水素含有ガスを生成するための改質流路と、改質流路に改質反応用の熱を供給するために燃料ガスを燃焼させる燃焼流路とを交互に形成した直交流熱交換型の燃料改質器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２４４２３０明細書

しかしながら、燃料改質器においては、改質流路での改質反応（主に水蒸気改質反応）の反応速度と燃焼流路での燃焼反応の反応速度との差が大きいため、換言すれば、改質流路と燃焼流路との体積当たりの反応量の差が大きいため、上記の如く改質流路と燃焼流路とを単に積層方向に交互に形成した構成では、装置としての改質効率の向上には限界があった。

本発明は、上記事実を考慮して、改質効率を向上することができる熱交換型改質器及び改質装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る熱交換型改質器は、改質反応用の改質触媒が担持され、改質ガスを生成するための複数の改質層と、３層以上続けて積層された前記改質層を挟むように積層され、触媒燃焼用の酸化触媒が担持され、それぞれ供給された燃料の触媒燃焼に伴って生じた熱を前記改質部に供給するための複数の加熱層と、前記加熱層から改質層への伝熱を促進するための伝熱促進部と、を備えた積層構造の熱交換型改質器である。

請求項１記載の熱交換型改質器では、改質層において加熱層から燃焼による熱供給を受けつつ、供給された改質原料を改質触媒に接触させて改質反応を生じさせ（促進し）、改質ガスを得る。ところで、改質反応は燃焼反応と比較して反応速度が遅いため、燃焼反応と比較して大きな反応空間（体積）を要する。ここで、本熱交換型改質器では、改質層の積層数が加熱層の積層数よりも多いため、改質流路と燃焼流路との体積当たりの反応量の差が、両者の積層数（反応空間の容量）の差によって吸収される。換言すれば、反応場に応じた反応量の設定が成され、改質原料の供給量又は熱交換型改質器の体積（容積）に対する改質ガスの生成量を増大させることができる。

このように、請求項１記載の熱交換型改質器では、改質効率を向上することができる。なお、改質層は、例えば、水蒸気改質反応を含む改質反応によって、供給された改質原料から水素を含有する改質ガスを生成するための反応層とすることができる。

例えば、加熱層と改質層とが交互に積層される構成における改質器全体の体積当たりの改質層の体積が略５０％であるのに対して、一対の加熱層間に３層の改質層が配置された構成では、改質器全体の体積当たりの改質層の体積が略７５％まで増大することができる。なお、本構成は、加熱部に隣接しない（熱輸送距離が長い）改質層が形成されるものの、例えば動作温度が低い場合等の運転条件では、熱輸送距離の増大に勝る反応空間増大効果が得られることが確かめられている。

また例えば、加熱層と改質層とが交互に積層される構成における改質器全体の体積当たりの改質層の体積が略５０％であるのに対して、一対の加熱層間に４層以上の改質層が配置された構成では、改質器全体の体積当たりの改質層の体積が略８０％以上まで増大することができる。なお、本構成は、加熱部に隣接しない（熱輸送距離が長い）改質層が形成されるものの、例えば動作温度が低い場合等の運転条件では、熱輸送距離の増大に勝る反応空間増大効果が得られることが確かめられている。

そして、本熱交換型改質器では、伝熱促進部によって加熱層から改質層への熱抵抗が低減され、該加熱層から改質層への熱輸送が促進される。これにより、例えば加熱部に隣接しない改質層が形成される構成のように一部の改質層への熱輸送距離が長い構成（伝熱律速が懸念される構成）において、熱輸送距離の長い改質層に効果的に熱供給を行うことが可能となる。すなわち、加熱部に隣接しない改質層が形成される構成を採用して改質効率を向上することができる運転条件（の範囲）を広げることができる。なお、伝熱促進部としては、例えば改質層と加熱層とを隔てる隔壁間を連結する連結壁等を採用することができる。
請求項２記載の発明に係る熱交換型改質器は、請求項１記載の熱交換型改質器において、前記改質層と加熱層とでガス流れ方向が同じであり、かつ、前記伝熱促進部は、前記改質層及び加熱層のガス入口側端部で他の部分よりも伝熱が促進されるように、該ガス入口側端部にのみ設けられている。
請求項３記載の発明に係る熱交換型改質器は、請求項１記載の熱交換型改質器において、平板部からガス流れ方向に沿って複数の立壁が前記平板部の厚み方向に立設されて成る複数の単位プレート部材を積層することで、積層方向に隣り合う前記平板部間に前記改質部又は前記加熱部が形成される積層構造とされ、前記伝熱促進部は、加熱部を構成しない平板部が加熱部を構成する平板部よりも熱伝導率の高い材料にて構成されると共に、該加熱部を構成しない平板部と加熱部を構成する平板部との間に位置する複数の前記立壁が熱伝導率の高い材料にて構成されて成る。

請求項４記載の発明に係る改質装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱交換型改質器と、前記熱交換型改質器の前記改質層に水分を供給するための水分供給手段とを備えた。

請求項４記載の改質装置では、水分供給手段によって改質部に供給された水分は、該改質部において改質原料と反応し、改質原料を水素を含有する改質ガスに改質する。すなわち、改質部では、吸熱反応である水蒸気改質反応を含む改質反応が行われ、水蒸気改質反応に要求される熱は加熱部から改質部に供給される。ここで、本改質装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱交換型改質器を備えるため、燃焼反応と比較して反応速度が遅い水蒸気改質反応が行われる構成でありながら、改質流路（改質層）と燃焼流路（加熱層）との体積当たりの反応量の差が吸収され、改質原料の供給量又は熱交換型改質器の体積（容積）に対する改質ガスの生成量を増大させることができる。

以上説明したように本発明に係る熱交換型改質器及び改質装置は、改質効率を向上することができるという優れた効果を有する。

以下において第１、第２、第６の実施形態については、参考例と読み替えるものとする。また、以下において第３〜第５の実施形態については、第１〜第３の実施形態と読み替えるものとする。
本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０について、図１乃至図６に基づいて説明する。先ず、熱交換型改質器１０が適用された燃料電池システム１１の全体システム構成を説明し、次いで、熱交換型改質器１０の詳細構造を説明することとする。

（燃料電池システムの全体構成）
図５には、燃料電池システム１１のシステム構成図（プロセスフローシート）が示されている。この図に示される如く、燃料電池システム１１は、水素を消費して発電を行う燃料電池１２と、燃料電池１２に供給するための水素含有の改質ガスを生成するための熱交換型改質器（改質器）１０とを主要構成要素として構成されている。

燃料電池１２は、アノード電極（燃料極）１４とカソード電極（空気極）１６との間に、図示しない電解質を挟んで構成されており、主にアノード電極に供給される水素とカソード電極１６に供給される酸素とを電気化学反応させて発電を行う構成とされている。燃料電池１２としては、種々の形式のものを採用することができるが、この実施形態では、中温域（３００℃〜７００℃程度）で運転されると共に、発電に伴ってカソード電極１６で水が生成されるプロトン伝導型の電解質を有する燃料電池（例えば、固体高分子型や水素分離膜型の燃料電池）が採用されている。

熱交換型改質器１０は、図５に示される如く、燃料電池１２のアノード電極１４に供給するための水素含有の改質ガスを生成する改質部としての改質流路１８と、改質流路１８が改質反応を行うための熱を供給するための加熱部として燃焼流路２０とを含んで構成されている。改質流路１８には、改質触媒２２が担持されており、供給される炭化水素ガス（ガソリン、メタノール、天然ガス等）と改質用ガス（水蒸気）を触媒反応させることで、水素ガスを含む改質ガスを生成する（改質反応を行う）ようになっている。

改質流路１８における改質反応には、以下の式（１）乃至（４）で表されるように、式（１）で示す水蒸気改質反応を含む各反応が含まれる。したがって、改質工程で得た改質ガスには、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）、分解炭化水素や未反応の原料炭化水素（Ｃ_ｘＨ_ｙ）等の可燃性ガス、及び二酸化炭素（ＣＯ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）等の不燃性ガスを含むようになっている。

Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ → ｎＣＯ ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ_２ … （１）
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎ／２Ｏ_２ → ｎＣＯ ＋ ｍ／２Ｈ_２ … （２）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ ⇔ ＣＯ_２＋Ｈ_２ … （３）
ＣＯ＋３Ｈ_２ ⇔ ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ … （４）
この改質反応の中で主となる式（１）の水蒸気改質反応は吸熱反応であり、かつ改質流路１８は、上記の通り中温又は高温で運転される燃料電池１２に改質ガスを供給するため所定温度以上の温度で運転されるようになっている。燃焼流路２０は、この改質流路１８における改質反応、運転温度を維持するための熱の供給する構成とされている。燃焼流路２０は、酸化触媒２４を担持して改質流路１８に隣接して設けられており、供給された燃料を酸素と共に酸化触媒２４接触させて触媒燃焼を生じさせる構成とされている。また、式（２）の部分酸化反応は発熱反応であり、この部分酸化反応による発熱は、燃焼流路２０からの熱と併せて水蒸気改質反応に供されるようになっている。

熱交換型改質器１０は、燃焼流路２０で燃料を触媒燃焼させて得た燃焼熱を後述するプレート部５２を介して改質流路１８に供給するようになっている。このため、燃焼ガス等の熱媒（流体）を介して改質流路１８を加熱する構成のように熱量を温度に変換することなく、改質流路１８に熱量を直接的に付与することができる構成とされている。

そして、燃料電池システム１１は、改質流路１８に炭化水素原料を供給するための原料ポンプ２６を備えており、原料ポンプ２６の吐出部は原料供給ライン２８を介して改質流路１８の原料入口１８Ａに接続されている。炭化水素原料は、上記した改質反応には寄与しない硫黄成分（硫黄化合物）をわずかに含んでいる。この炭化水素原料は、例えば蒸発器やインジェクション等図示しない気化手段等によって、気相又は微粒化状態で改質流路１８に供給されるようになっている。

また、改質流路１８の改質ガス出口１８Ｂは、下流端がアノード電極１４の燃料入口１４Ａに接続された改質ガス供給ライン３０の上流端に接続されている。これにより、改質流路１８で生成された改質ガスが燃料電池１２のアノード電極１４に供給されるようになっている。一方、アノード電極１４のオフガス出口１４Ｂには、アノードオフガスライン３２の上流端が接続されており、アノードオフガスライン３２の下流端はガス混合器３３の燃料入口３３Ａに接続されている。ガス混合器３３は、後述する支燃ガス供給ライン４６から供給された冷却オフガスとアノードオフガスとを略均一に混合するようになっている。ガス混合器３３の混合ガス出口３３Ｂは、燃焼流路２０の燃料（混合ガス）入口２０Ａに接続されている。

以上により、燃料電池システム１１では、改質流路１８で生成された改質ガス中の水素が燃料電池１２で消費され、この消費された水素を除く残余成分がアノードオフガスとして燃焼流路２０に導入され、そのうちの可燃成分（水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、メタン（ＣＨ_４））が燃焼流路２０で燃料として消費されるようになっている。この燃焼流路２０の排ガス出口２０Ｂには、燃焼排ガスを系外に排出するための排気ガスライン３４が接続されている。

また、燃料電池システム１１は、カソード電極１６にカソード用空気を供給するためのカソード用空気ポンプ３６を備えており、カソード用空気ポンプ３６の吐出部は、下流端がカソード電極１６の空気入口１６Ａに接続されたカソード用空気供給ライン３８の上流端が接続されている。さらに、カソード電極１６のオフガス出口１６Ｂには、水蒸気供給ライン４０の上流端が接続されており、水蒸気供給ライン４０の下流端は、改質流路１８の水蒸気入口１８Ｃ接続されている。これにより、カソード電極１６で生成された水蒸気、該カソード電極１６で消費されなかった酸素を含むカソードオフガスが改質流路１８に供給される構成である。そして、カソードオフガス中の水蒸気が式（１）の水蒸気改質反応に利用され、酸素が式（２）の部分酸化反応に利用されるようになっている。すなわち本実施形態に係る熱交換型改質器１０は、酸素を含有するカソードオフガスを改質流路１８に供給することで、炭化水素減量中の炭素量に対する供給酸素量の割合であるＯ／Ｃ比がある特定の条件で運転される構成とされている。

さらに、燃料電池システム１１は、燃料電池１２に冷却空気を供給するための冷却用空気ポンプ４２を備えており、冷却用空気ポンプ４２の吐出部は、下流端が燃料電池１２の冷媒流路（図示省略）の入口１２Ａに接続された冷却用空気ライン４４の上流端に接続されている。この冷媒流路の出口１２Ｂは、支燃ガス供給ライン４６の上流端に接続されている。支燃ガス供給ライン４６は、ガス混合器３３の支燃ガス入口３３Ｃに接続されており、ガス混合器３３に燃焼支燃ガスとしての酸素を含む冷却オフガスを供給するようになっている。これにより、燃焼流路２０では、アノードオフガスライン３２からのアノードオフガスと支燃ガス供給ライン４６からの冷却オフガスとがガス混合器３３にて混合された混合ガスを内蔵した酸化触媒２４に接触させて、触媒燃焼を生じさせる構成とされている。なお、ガス混合器３３を設ける構成に代えて、例えばアノードオフガスライン３２の下流端、支燃ガス供給ライン４６の下流端を独立して燃焼流路２０に接続するようにしても良い。

上記構成においては、燃料電池１２（カソード電極１６）、水蒸気供給ライン４０が本発明における水分供給手段に相当し、燃料電池システム１１（のうち、熱交換型改質器１０、カソード電極１６、水蒸気供給ライン４０を含む一部）が本発明における改質装置に相当する。

（熱交換型改質器の構成）
図１（Ａ）には、熱交換型改質器１０の主要構成部である積層コア部６５が正面断面図にて示されており、図２には、積層コア部６５が分解斜視図にて示されている。これらの図に示される如く、熱交換型改質器１０の積層コア部６５は、積層された複数の改質部形成用プレート部材、加熱部形成用プレート部材としての単位プレート部材５０、５１間に、改質部としての改質流路１８及び加熱部としての燃焼流路２０が、それぞれ単位プレート部材５０、５１の平板部としてのプレート部５２を隔壁として隔てられた独立したガス流路として形成されている。積層コア部６５では、改質流路１８と燃焼流路２０とで積層数が異なる構成とされている。以下、具体的に説明する。

単位プレート部材５０は、平板状に形成されたプレート部５２を備えている。図２に示される如く、プレート部５２は、平面視で、長方形状とされた熱交換部としての並行流部５２Ａの長手方向両側に、それぞれ流れ方向変換部５２Ｂ、５２Ｃが連設されて構成されている。この実施形態では、流れ方向変換部５２Ｂ、５２Ｃは、それぞれ並行流部５２Ａ（長方形）の短辺に底辺を一致させた如き三角形状に形成されており、このためプレート部５２は全体として略六角形状に形成されている。各単位プレート部材５０は、プレート部５２の周縁から改質流路１８の形成側に立設された外壁５４を備えている。

外壁５４は、方向変換部５２Ｂ、５２Ｃの各一辺部分を除きプレート部５２の全周から立設されることで、積層された単位プレート部材５０、５１間に改質流路１８を形成するスペーサ機能、改質流路１８からのガス流出を防止する外壁機能を果たすと共に、流れ方向変換部５２Ｂ側のガス入口５０Ａ、流れ方向変換部５２Ｃ側のガス出口５０Ｂを形成している。ガス入口５０Ａ、ガス出口５０Ｂは、プレート部５２の図心に対し対称に形成されており、それぞれ流れ方向変換部５２Ｂ、５２Ｃにおける外壁５４の長手方向に沿った並行流部５２Ａとは反対向きの矢印Ｃ１方向、矢印Ｃ２方向を向いて開口している。

また、単位プレート部材５０のプレート部５２における改質流路１８の形成側からは、改質流路１８を複数の平行流路に区画する複数の立壁（隔壁）５６が立設されている。各立壁５６は、ガス入口５０Ａからガス出口５０Ｂまで、外壁５４と略平行とされており、改質流路１８を複数の分割流路（マイクロチャンネル）５８に区画する構成とされている。各分割流路５８は、上記したガス入口５０Ａ、ガス出口５０Ｂの対称配置によって、ガス入口５０Ａからガス出口５０Ｂまでの流路長が略一定となるクランク状に形成されている。

そして、各分割流路５８における並行流部５２Ａにおいて該並行流部５２Ａの長手方向に沿う各立壁５６の隔壁部５６Ａにて区画された部分は、それぞれ熱交換流路５８Ａとされている。一方、各分割流路５８における流れ方向変換部５２Ｂから各立壁５６のうち矢印Ｃ１方向に沿う入口ガイド壁５６Ｂが立設された部分は、改質原料ガイド部としての改質原料ガイド流路５８Ｂとされている。さらに、各分割流路５８における流れ方向変換部５２Ｃから各立壁５６のうち矢印Ｃ２方向に沿う出口ガイド壁５６Ｃが立設された部分は、改質ガスガイド部としての改質ガスガイド流路５８Ｃとされている。

単位プレート部材５１は、単位プレート部材５０を構成するプレート部５２と同じ形状のプレート部５２を備えており、またプレート部５２の周縁から燃焼流路２０の形成側に立設された外壁６０を備えている。外壁６０は、方向変換部５２Ｂ、５２Ｃにおける各一辺部分を除きプレート部５２の全周から立設されることで、積層された単位プレート部材５１、５０間に燃焼流路２０を形成するスペーサ機能、燃焼流路２０からのガス流出を防止する外壁機能を果たすと共に、流れ方向変換部５２Ｂ側のガス入口５１Ａ、流れ方向変換部５２Ｃ側のガス出口５１Ｂを形成している。

ガス入口５１Ａは、並行流部５２Ａに対し単位プレート部材５０のガス入口５０Ａと長手方向の同じ側（図１の矢印Ａ側）において、ガス入口５０Ａが開口する矢印Ｃ１方向とは異なる（並行流部５２Ａの長手方向に対し対称となる）矢印Ｄ１方向を向いて開口するように形成されている。また、ガス出口５１Ｂは、並行流部５２Ａに対し単位プレート部材５０のガス出口５０Ｂと長手方向の同じ側（図１の矢印Ｂ側）において、ガス出口５０Ｂが開口する矢印Ｃ２方向とは異なる（並行流部５２Ａの長手方向に対し対称となる）矢印Ｄ２方向を向いて開口するように形成されている。

また、単位プレート部材５１のプレート部５２における改質流路１８の形成側からは、燃焼流路２０を複数の平行流路に区画する複数の立壁（隔壁）６２が立設されている。各立壁６２は、ガス入口５１Ａからガス出口５１Ｂまで、外壁６０と略平行とされており、燃焼流路２０を複数の分割流路（マイクロチャンネル）６４に区画する構成とされている。各分割流路６４は、上記したガス入口５１Ａ、ガス出口５１Ｂの対称配置によって、ガス入口５１Ａからガス出口５１Ｂまでの流路長が略一定となるクランク状に形成されている。

そして、各分割流路６４における並行流部５２Ａにおいて該並行流部５２Ａの長手方向に沿う各立壁５６の隔壁部６２Ａにて区画された部分は、それぞれ熱交換流路６４Ａとされている。一方、各分割流路６４における流れ方向変換部５２Ｂから各立壁６２のうち矢印Ｄ１方向に沿う入口ガイド壁６２Ｂが立設された部分は、燃料ガイド部としての混合ガスガイド流路６４Ｂとされている。さらに、各分割流路６４における流れ方向変換部５２Ｃから各立壁６２のうち矢印Ｄ２方向に沿う出口ガイド壁６２Ｃが立設された部分は、燃焼排ガスガイド部としての燃焼排ガスガイド流路６４Ｃとされている。

以上説明した熱交換型改質器１０では、上記の通りガス入口５０Ａ、５１Ａが並行流部５２Ａ（熱交換流路５８Ａ、６４Ａ）に対する同じ側（矢印Ａ側）に位置すると共に、ガス出口５０Ｂ、５１Ｂが並行流部５２Ａに対する同じ側（矢印Ｂ側）に位置することで、各層の熱交換流路５８Ａ、熱交換流路６４Ａでのガス流れ方向がそれぞれ同じ方向（矢印Ｆ方向）となるように、単位プレート部材５０、５１が積層されて積層コア部６５が構成されている。

そして、図１（Ａ）及び図２に示される如く、この実施形態では、１枚の単位プレート部材５１（一層の燃焼流路２０）に対し２枚の単位プレート部材５０（２層の改質流路１８）が積層されて積層コア部６５が構成されている。すなわち、積層コア部６５では、１枚の単位プレート部材５１に対する同じ側に２枚の単位プレート部材５０を積層した単位、又は１枚の単位プレート部材５１を単位プレート部材５０で積層方向に挟み込んだ単位を積層することで、図１（Ｂ）に示される如く、燃焼流路２０同士が積層方向に隣接しないように、一対の燃焼流路２０間に２層の改質流路１８が配置されている。したがって、積層コア部６５では、各層の改質流路１８は、積層方向の何れか一方側においてプレート部５２を介して燃焼流路２０に隣接している。

また、以上説明した単位プレート部材５０、単位プレート部材５１は、例えばステンレス鋼などの金属材や中実の（多孔体ではない）セラミック材にて、各部（プレート部５２・外壁５４・立壁５６、又はプレート部５２・外壁６０・立壁６２）が一体的に形成されている。また、それぞれ複数の単位プレート部材５０と単位プレート部材５１とは、積層された状態でプレート部５２と外壁５４又は外壁６０（各立壁５６、６２）とが、例えばロウ材を用いたろう付けや拡散接合によって気密に接合されて、熱交換型改質器１０の積層コア部６５を構成している。なお、図３に示される如く、熱交換型改質器１０は、この実施形態では、最上部には外壁５４等が立設されない平板状のプレート部５２（カバー）が積層されて、改質流路１８を閉止している。

図３に示される如く、積層コア部６５には、各層のガス入口５０Ａが開口する集合空間を形成する改質入口マニホルド６６が接続されている。また、積層コア部６５には、各層のガス出口５０Ｂが開口する集合空間を形成する改質出口マニホルド６８が接続されている。さらに、積層コア部６５には、各層のガス入口５１Ａが開口する集合空間を形成する燃焼入口マニホルド７０が接続されている。さらにまた、積層コア部６５には、各層のガス出口５１Ｂが開口する集合空間を形成する燃焼出口マニホルド７２が接続されている。各マニホルド６６、６８、７０、７２は、それぞれ矩形筒状に形成され、一方の開口端が最上下層のプレート部５２及び各層の外壁５４、外壁６０の端部にロウ付け等によって接合されている。

図示は省略するが、改質入口マニホルド６６には、改質原料（炭化水素）及び水蒸気（カソードオフガス）を導入するための原料入口１８Ａ及び水蒸気入口１８Ｃが設けられており、改質出口マニホルド６８には、改質ガスを放出するための改質ガス出口１８Ｂが設けられている。また、燃焼入口マニホルド７０には、ガス混合器３３からの混合ガスを導入するための燃料入口２０Ａが設けられており、燃焼出口マニホルド７２には、燃焼排ガスを排出するための排ガス出口２０Ｂが設けられている。

そして、以上説明した熱交換型改質器１０（積層コア部６５）は、単位プレート部材５０における分割流路５８の内面に改質触媒２２が担持されており、単位プレート部材５１における分割流路６４の内面に酸化触媒２４が担持されている。各立壁５６、６２の図示を省略した分解平面図である図４に示される如く、改質触媒２２は、分割流路５８（改質流路１８）におけるガス入口５０Ａ側の一部を除く所定範囲に亘って担持されており、酸化触媒２４は、分割流路６４（燃焼流路２０）におけるガス入口５１Ａ側の一部を除く所定範囲に亘って担持されている。

より具体的には、改質触媒２２は、改質原料が供給されるガス流れ方向の上流側（矢印Ａ側）の端部である上流側担持端２２Ａが、各分割流路５８における熱交換流路５８Ａ（並行流部５２Ａ）と改質ガスガイド流路５８Ｂ（流れ方向変換部５２Ｂ）との境界部に略一致している。一方、酸化触媒２４は、燃料が供給されるガス流れ方向の上流側（矢印Ａ側）の端部である上流側担持端２４Ａが、各分割流路６４における熱交換流路６４Ａ（並行流部５２Ａ）と混合ガスガイド流路６４Ｂ（流れ方向変換部５２Ｂ）との境界部に略一致している。なお、酸化触媒２４の上流側担持端２４Ａは、改質触媒２２の上流側担持端２２Ａと一致するか、該上流側担持端２２Ａよりも若干下流側に位置している。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の燃料電池システム１１では、原料ポンプ２６、カソード用空気ポンプ３６の作動によって、原料供給ライン２８から熱交換型改質器１０の改質流路１８に炭化水素原料、水蒸気（カソードオフガス）が導入される。熱交換型改質器１０の改質流路１８内では、燃焼流路２０からの熱供給を受けつつ導入された炭化水素原料を水蒸気と共に改質触媒２２に接触させることで式（１）の水蒸気改質反応、式（２）の部分酸化反応を含む改質反応（上式（１）〜（４）参照）が行われ、水素を高濃度で含有する改質ガスが生成される。

改質流路１８で生成された改質ガスは、アノード電極１４の燃料入口１４Ａからアノード電極１４に供給される。燃料電池１２では、アノード電極１４に供給された改質ガス中の水素がプロトン化され、このプロトンが電解質を経由してカソード電極１６に移動して該カソード電極１６に導入された空気中の酸素と反応する。このプロトンの移動に伴って電子がアノード電極１４から外部導体を通じてカソード電極に向けて流れ、発電が行われる。

この発電によって燃料電池１２では、アノード電極１４に供給された改質ガス中の水素、カソード電極１６に供給されたカソード用空気中の酸素が発電量（負荷の電力消費量）に応じて消費され、カソード電極１６では水（運転温度において水蒸気）が生成される。この水蒸気を含むガスは、上記の通りカソードオフガスとしてカソード電極１６から水蒸気供給ライン４０に押し出され、水蒸気入口１８Ｃから改質流路１８に導入される。

一方、発電に伴って改質ガス中の水素が発電量に応じて消費された後のガスは、アノードオフとしてアノード電極１４から排出され、このアノードオフガスは、アノードオフガスライン３２を経由して、熱交換型改質器１０の燃焼流路２０に供給される。また、燃焼流路２０には、支燃ガス供給ライン４６から燃料電池１２を冷却した後の冷却オフガスが供給される。この燃焼流路２０では、燃料であるアノードオフガス中の可燃成分を、冷却オフガス中の酸素を支燃ガスと共に酸化触媒２４に接触させることで触媒燃焼が生じる。この触媒燃焼によって生じた熱は、プレート部５２を介して改質流路１８に供給される。この熱によって改質流路１８では、吸熱反応である改質反応を維持すると共に運転温度（改質ガス温）を改質反応に必要な温度に保つ。

以上により、燃料電池システム１１では、熱交換型改質器１０に炭化水素原料を供給すると共に、燃料電池１２の各排出ガス（水蒸気を含むカソードオフガス、可燃成分を含むアノードオフガス、酸素を含む冷却オフガス）を有効利用して、該燃料電池１２に供給する水素を生成する熱交換型改質器１０の運転を維持する。

ところで、燃焼流路２０における燃焼反応は、反応速度が速いので、図６に示される如く、主に燃料の入口側すなわち酸化触媒２４担持範囲の上流側担持端２４Ａ側に、反応場が形成される。一方、改質流路１８における改質反応（水蒸気改質反応を主反応とする反応）は、燃焼反応と比較して反応速度が著しく遅いため、原料入口１８Ａ（改質触媒２２の上流側担持端２２Ａ）から改質ガス出口１８Ｂの近傍まで改質反応の反応場が形成（維持）される。したがって、体積当たりに処理可能な改質反応の反応量が、体積当たりの燃焼反応量と比較して小さいとの知見が得られている。

ここで、熱交換型改質器１０では、改質流路１８の積層（チャンネル）数が燃焼流路２０の積層数より多いため、全体としての体積（改質流路１８の総体積と燃焼流路２０の総体積との和）を一定に保ちながら改質流路１８（分割流路５８）の体積（割合）を増すことが実現された。これにより、熱交換型改質器１０では、各改質流路１８での改質反応の総反応量と各燃焼流路２０での総燃焼反応量とのマッチング（改質反応場に合わせた改質反応量、燃焼反応量の設定）が図られ、高い空間速度での運転を実現することができた。なお、空間速度ＳＶは、熱交換型改質器１０の全体積（ｍ^３）をＶａ、改質原料の供給流量をＱｒ（ｍ^３／ｈ）、改質流路１８（全分割流路５８）の体積をＶｒ、燃焼流路２０（全分割流路６４）の体積をＶｃとすると、ＳＶ（１／ｈ）＝Ｑｒ／Ｖａ＝Ｑｒ／（Ｖｒ＋Ｖｃ）で定義される。以下、熱交換型改質器１０の作用効果について、図１７に示す比較例と比較しつつ説明する。

図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）に示される比較例に係る熱交換型改質器２００は、改質流路１８と燃焼流路２０とが交互に積層されて構成されている。したがって、熱交換型改質器２００では、その容量（全体積）に対する改質流路１８の体積割合が略５０％となる（図７の積層比１／１のグラフ参照）。一方、上記の通り反応速度が遅い改質反応は、所要の反応空間を要求する。したがって、熱交換型改質器２００では、改質原料について高い空間速度を得ることが困難である。すなわち、高い空間速度で運転するために各改質流路１８への改質ガス供給量を増すと、各改質流路１８でのガス流速が増して反応速度が遅い改質反応の反応時間（反応場）を確保することができず、改質効率が低下してしまう。

これに対して熱交換型改質器１０では、一層の燃焼流路２０に対し２層の改質流路１８を積層しているため、図７に示される如く（積層比２／１のグラフ参照）、その全体積に対する改質流路１８の体積の比が略６７％まで増大する。さらに、単位プレート部材５０、５１を積層して積層コア部６５が形成されている熱交換型改質器１０では、改質流路１８の一層当たりの体積が一定であるため、図８に示される如く（積層比２／１のグラフ参照）、積層比１／１の熱交換型改質器２００（図８の積層比１／１のグラフ参照）と比較して、改質流路１８の内表面積すなわち改質触媒２２の担持面積（担持量）が略３４％増大している。

以上により、熱交換型改質器１０では、熱交換型改質器２００と比較して高い空間速度を得ること、換言すれば、高い空間速度（改質原料の供給量の増加）での運転が改質効率の向上に寄与する構成が実現された。図９には、空間速度を一定（略５００００／ｈ）とした場合の改質流路１８の占有割合（体積、改質触媒２２の担持面積）と転化率（改質率）との関係を示している。なお、転化率は、改質原料である炭化水素が一酸化炭素、二酸化炭素、又はメタンに転化された割合を示し、上記した式（１）の水蒸気改質反応が完全に行われた場合（改質ガス中のメタンを除く炭化水素が０の場合）が１（１００％）とされる。

この図９に示される如く、改質ガスの出口温度が６５０℃となる運転条件において、熱交換型改質器１０（改質流路１８の占有体積比６７％）は熱交換型改質器２００（同体積比５０％）に対し略１０％の転化率の向上が図られている。

このように、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０では、改質効率を向上することができる。

次いで、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品・部分については、上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略し、図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図１０（Ａ）には、第２の実施形態に係る熱交換型改質器８０が図１（Ａ）に対応する正面断面図にて示されている。この図に示される如く、熱交換型改質器８０は、１枚の単位プレート部材５１（一層の燃焼流路２０）に対し３枚の単位プレート部材５０（３層の改質流路１８）が積層された積層コア部８２を備える点で、一層の燃焼流路２０に対し２層の改質流路１８が積層された積層コア部６５を備えた熱交換型改質器１０とは異なる。

すなわち、積層コア部８２では、１枚の単位プレート部材５１に対する同じ側に３枚の単位プレート部材５０を積層した単位を積層することで、図１０（Ｂ）に示される如く、一対の燃焼流路２０間に３層の改質流路１８が配置されている。したがって、積層コア部８２では、積層方向の何れか一方側においてプレート部５２を介して燃焼流路２０に隣接する２層の改質流路１８に挟まれるように、１層の改質流路１８が表裏何れ側も燃焼流路２０と隣接しないように配置されている。

以上説明した如く一層の燃焼流路２０に対し３層の改質流路１８を積層した積層コア部８２では、図７に示される如く（積層比３／１のグラフ参照）、全体積に対する改質流路１８の体積の比が略７５％となる。さらに、熱交換型改質器８０では、改質流路１８の一層当たりの体積が一定であるため、図８に示される如く（積層比３／１のグラフ参照）、熱交換型改質器２００（積層比１／１のグラフ参照）と比較して、燃焼流路２０の内表面積すなわち触媒担持面積（担持量）が略５０％増大している。

熱交換型改質器８０における他の構成は、熱交換型改質器１０の対応する構成と同じである。したがって、第２の実施形態に係る熱交換型改質器８０によっても、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０と同様に、各改質流路１８での改質反応の総反応量と各燃焼流路２０での総燃焼反応量とのマッチング（改質反応場に合わせた改質反応量、燃焼反応量の設定）が図られ、高い空間速度を得ることができる。すなわち、改質効率を向上することができる。

なお、図９では、熱交換型改質器８０（改質流路１８の占有体積比７５％）の転化率（白抜きプロット参照）が、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０（同体積比６７％）と比較して低い結果が示されている。これは、熱交換型改質器８０では、上記した表裏何れ側も燃焼流路２０とは隣接しない改質流路１８への燃焼流路２０からの熱輸送距離が長く、かつ一層の燃焼流路２０で片側１．５層（計３層）の改質流路１８に熱輸送するため、熱交換型改質器１０と比較して熱効率が低下することに起因していると考えられる。すなわち、熱効率の低下（伝熱律速）により、高空間速度で改質ガス温度を６５０℃とする運転条件下においては、熱交換型改質器１０との比較で転化率が低下している。

なお、図示は省略するが、改質ガス温度が低い場合等、改質反応速度が低い（より広い反応空間を要する）等の運転条件においては、改質流路１８の体積（改質触媒２２の担持面積）拡大効果が熱効率の低下に勝り、熱交換型改質器８０の転化率が熱交換型改質器１０の転化率を大きく上回ることが実験的に確かめられている。

（第３の実施形態）
図１１（Ａ）には、第３の実施形態に係る熱交換型改質器９０が正面断面図にて示されており、図１１（Ｂ）には、熱交換型改質器９０を構成する改質流路１８（燃焼流路２０）が平面図にて示されている。これらの図に示される如く、熱交換型改質器９０は、各立壁５６のガス入口５０Ａ側端部間、各立壁６２のガス入口５１Ａ側端部間にそれぞれ伝熱促進部としての伝熱サポートリブ９２が立設された単位プレート部材５０、単位プレート部材５１を積層して構成された積層コア部９４を備える点で、熱交換型改質器８０とは異なる。

この実施形態では、伝熱サポートリブ９２は、隣接する立壁５６間（外壁５４と立壁５６との間を含む）、立壁６２間（外壁６０と立壁６２との間を含む）に２つずつ、立設高が立壁５６、立壁６２同じになるようにプレート部５２から立設されている。伝熱サポートリブ９２の立設部分は、燃焼流路２０における主に燃料反応が生じる反応場すなわち発熱量の大きい部分に略対応して設定されている。

これにより、積層コア部９４は、図１２に示される如く、各層間のプレート部５２を幅Ｗ、連結部（立壁５６、立壁６２又は伝熱サポートリブ９２）の厚みδ、熱伝導率λの伝熱フィンとみなした場合、伝熱サポートリブ９２の設置によって、第２の実施形態と比較して幅Ｗが短縮された構成とされている。これを図１３に示すフィン効率で比較すると、熱交換型改質器８０の積層コア部８２におけるフィン効率が０．８９であるのに対して、熱交換型改質器９０の積層コア部９４ではフィン効率が０．９８まで向上している。なお、図１２中の矢印は、伝熱経路を示す。

熱交換型改質器９０における他の構成は、熱交換型改質器８０の対応する構成と同じである。したがって、第３の実施形態に係る熱交換型改質器９０によっても、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０と同様に、各改質流路１８での改質反応の総反応量と各燃焼流路２０での総燃焼反応量とのマッチング（改質反応場に合わせた改質反応量、燃焼反応量の設定）が図られ、高い空間速度を得ることができる。

そして、熱交換型改質器９０では、伝熱サポートリブ９２によって燃焼流路２０から改質流路１８、特に表裏何れも燃焼流路２０に隣接しない改質流路１８への伝熱が促進され、第２の実施形態で生じた熱効率の低下（伝熱律速）が解消される。これにより、熱交換型改質器９０（改質流路１８の占有体積比７５％）では、図９に黒塗りプロットにて示される如く、高空間速度でかつ改質ガス温度が６５０℃となる運転条件下において、熱交換型改質器１０を上回る転化率を得ることができた。すなわち、伝熱サポートリブ９２による伝熱促進によって改質流路１８の体積（改質触媒２２の担持面積）の増大を転化率の向上に寄与させることが実現された。また、伝熱サポートリブ９２の設置範囲をガス入口５０Ａ、５１Ａ側の端部に限ったため、熱交換型改質器８０と比較した圧力損失の上昇を最小限に抑えることができた。

（第４の実施形態）
図１４（Ａ）には、第４の実施形態に係る熱交換型改質器１００が正面断面図にて示されており、図１４（Ｂ）には、熱交換型改質器１００を構成する改質流路１８（燃焼流路２０）が平面図にて示されている。これらの図に示される如く、熱交換型改質器１００は、各立壁５６におけるガス入口５０Ａ側端部、各立壁６２のガス入口５１Ａ側端部がそれぞれ残余部分よりも厚肉である伝熱促進部としての伝熱サポート厚肉部１０２とされている単位プレート部材５０、単位プレート部材５１を積層して構成された積層コア部１０４を備える点で、熱交換型改質器８０とは異なる。

伝熱サポート厚肉部１０２は、燃焼流路２０における主に燃焼反応が生じる反応場すなわち発熱量の大きい部分に略対応して設定されている。これにより、積層コア部９４は、図１２に示される伝熱フィンとみなした場合、伝熱サポート厚肉部１０２の設定によって、第２の実施形態と比較してプレート部５２間の連結部の厚みδが増大された構成とされている。これを図１３に示すフィン効率で比較すると、熱交換型改質器８０の積層コア部８２におけるフィン効率が０．８９であるのに対して、熱交換型改質器１００の積層コア部１０４ではフィン効率が０．９９まで向上している。

熱交換型改質器１００における他の構成は、熱交換型改質器８０の対応する構成と同じである。したがって、第４の実施形態に係る熱交換型改質器１００によっても、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０と同様に、各改質流路１８での改質反応の総反応量と各燃焼流路２０での総燃焼反応量とのマッチング（改質反応場に合わせた改質反応量、燃焼反応量の設定）が図られ、高い空間速度を得ることができる。

そして、熱交換型改質器１００では、伝熱サポート厚肉部１０２によって燃焼流路２０から改質流路１８、特に表裏何れも燃焼流路２０に隣接しない改質流路１８への伝熱が促進され、第２の実施形態で生じた熱効率の低下（伝熱律速）が解消される。これにより、熱交換型改質器１００（改質流路１８の占有体積比７５％）では、図９に黒塗りプロットにて示される如く、高空間速度でかつ改質ガス温度が６５０℃となる運転条件下において、熱交換型改質器１０を上回る転化率を得ることができた。すなわち、伝熱サポート厚肉部１０２による伝熱促進によって改質流路１８の体積（改質触媒２２の担持面積）の増大を転化率の向上に寄与させることが実現された。また、伝熱サポート厚肉部１０２の設置範囲をガス入口５０Ａ、５１Ａ側の端部に限ったため、熱交換型改質器８０と比較した圧力損失の上昇を最小限に抑えることができた。

（第５の実施形態）
図１５には、第５の実施形態に係る熱交換型改質器１１０が正面断面図にて示されている。この図に示される如く、熱交換型改質器１１０は、単位プレート部材５０を構成するプレート部５２の一部、立壁５６の一部に代えて、より熱伝導率の高い材質（高熱伝導鋼）より成る伝熱促進部としてのプレート部１１２、立壁１１４を有する積層コア部１１６を備えて構成されている点で、熱交換型改質器８０とは異なる。

プレート部１１２は、燃焼流路２０を構成する部分を除いて、換言すれば、積層方向に隣接する改質流路１８を隔てるよう配設されている。立壁１１４は、燃焼流路２０に隣接する改質流路１８を分割流路５８に区画する部分に配置されている。なお、図１５では、単位プレート部材５０、単位プレート部材５１の構成部分のうち、プレート部１１２、立壁１１４のみにハッチングを施している。

これにより、積層コア部１１６は、図１２に示される伝熱フィンとみなした場合、プレート部１１２、各立壁１１４の設定によって、第２の実施形態と比較して積層方向に隣接する改質流路１８間の隔壁（プレート部１１２）、厚みδの連結部の各熱伝導率λが増大された構成とされている。これを図１３に示すフィン効率で比較すると、熱交換型改質器８０の積層コア部８２におけるフィン効率が０．８９であるのに対して、熱交換型改質器１１０の積層コア部１１６ではフィン効率が０．９９まで向上している。

熱交換型改質器１１０における他の構成は、熱交換型改質器８０の対応する構成と同じである。したがって、第５の実施形態に係る熱交換型改質器１１０によっても、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０と同様に、各改質流路１８での改質反応の総反応量と各燃焼流路２０での総燃焼反応量とのマッチング（改質反応場に合わせた改質反応量、燃焼反応量の設定）が図られ、高い空間速度を得ることができる。

そして、熱交換型改質器１１０では、プレート部１１２、各立壁１１４によって燃焼流路２０から改質流路１８、特に表裏何れも燃焼流路２０に隣接しない改質流路１８への伝熱が促進され、第２の実施形態で生じた熱効率の低下（伝熱律速）が解消される。これにより、熱交換型改質器１１０（改質流路１８の占有体積比７５％）では、図９に黒塗りプロットにて示される如く、高空間速度でかつ改質ガス温度が６５０℃となる運転条件下において、熱交換型改質器１０を上回る転化率を得ることができた。すなわち、プレート部１１２、各立壁１１４による伝熱促進によって改質流路１８の体積（改質触媒２２の担持面積）の増大を転化率の向上に寄与させることが実現された。また、プレート部１１２、各立壁１１４は、改質流路１８の流路断面積を変化させないため、熱交換型改質器８０と比較して圧力損失が上昇することが防止されている。

（第６の実施形態）
図１６（Ａ）には、第６の実施形態に係る熱交換型改質器１２０が図１（Ａ）に対応する正面断面図にて示されている。この図に示される如く、熱交換型改質器１２０は、１枚の単位プレート部材５１（一層の燃焼流路２０）に対し４枚の単位プレート部材５０（４層の改質流路１８）が積層された積層コア部１２２を備える点で、一層の燃焼流路２０に対し２層の改質流路１８が積層された積層コア部６５を備えた熱交換型改質器１０とは異なる。

すなわち、積層コア部１２２では、１枚の単位プレート部材５１に対する同じ側に４枚の単位プレート部材５０を積層した単位を積層することで、図１６（Ｂ）に示される如く、一対の燃焼流路２０間に４層の改質流路１８が配置されている。したがって、積層コア部１２２では、積層方向の何れか一方側においてプレート部５２を介して燃焼流路２０に隣接する２層の改質流路１８に挟まれるように、２層の改質流路１８が表裏何れ側も燃焼流路２０と隣接しないように配置されている。

以上説明した如く一層の燃焼流路２０に対し４層の改質流路１８を積層した積層コア部１２２では、全体積に対する改質流路１８の体積の比が略８０％となる。さらに、熱交換型改質器１２０では、改質流路１８の一層当たりの体積が一定であるため、熱交換型改質器２００と比較して、燃焼流路２０の内表面積すなわち触媒担持面積（担持量）が略６０％増大する。

熱交換型改質器１２０における他の構成は、熱交換型改質器１０の対応する構成と同じである。したがって、第６の実施形態に係る熱交換型改質器１２０によっても、第１の実施形態に係る熱交換型改質器１０と同様に、各改質流路１８での改質反応の総反応量と各燃焼流路２０での総燃焼反応量とのマッチング（改質反応場に合わせた改質反応量、燃焼反応量の設定）が図られ、高い空間速度を得ることができる。すなわち、改質効率を向上することができる。

なお、熱交換型改質器１２０において、燃焼流路２０一層当たり２層の改質流路１８に熱輸送することに伴う熱効率の低下（伝熱律速）を解消するために、伝熱サポートリブ９２、伝熱サポート厚肉部１０２、又はプレート部１１２・立壁１１４（伝熱促進部）を設けた構成は、本発明の実施形態とされる。

また、上記各実施形態では、熱交換型改質器１０が燃料電池システム１１に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、改質原料から水素含有ガスを得るための各種熱交換型改質器であれば足り、用途によって限定されることはない。したがって、水分供給装置の構成によっても限定されることはなく、例えば水分供給装置として水タンク、水輸送管、水蒸発器等を備えた構成としても良い。

さらに、上記各実施形態では、熱交換型改質器１０、８０、９０、１００、１１０、１２０がそれぞれ並行流型の熱交換型改質器である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、直交流型の熱交換型改質器に本発明を適用しても良い。

さらにまた、上記各実施形態では、改質流路１８一層と燃焼流路２０一層とで体積（流路断面積）が同等である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、改質流路１８一層と燃焼流路２０一層とで体積（流路断面積）が異なる構成としても良い。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部拡大して示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器の要部を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器の外観を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器の触媒担持領域を示す分解平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器が適用された燃料電池システムの概略システムフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換型改質器における改質反応の反応場と燃焼の反応場とを模式的に示す線図である。 本発明の各実施形態に係る熱交換型改質器を構成する積層コア部の体積当たりの改質流路の体積を示すグラフである。 本発明の各実施形態に係る熱交換型改質器を構成する積層コア部の酸化触媒の担持面積と改質触媒の担持面積との関係を示すグラフである。 本発明の各実施形態に係る熱交換型改質器における積層コア部の体積当たりの改質流路の体積比に対する改質原料の転化率の実測値を示す線図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換型改質器を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部拡大して示す正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換型改質器を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換型改質器を構成する積層コア部を伝熱フィンとしてモデル化した模式図である。 本発明の各実施形態に係る熱交換型改質器における積層コア部のフィン効率を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る熱交換型改質器を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る熱交換型改質器を示す正面図である。 本発明の第６の実施形態に係る熱交換型改質器を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部拡大して示す正面図である。 本発明の実施形態との比較例に係る熱交換型改質器を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部拡大して示す正面図である。

符号の説明

１０ 熱交換型改質器
１８ 改質流路（改質層）
２０ 燃焼流路（加熱層）
２２ 改質触媒
２４ 酸化触媒
５８ 分割流路（改質層）
６４ 分割流路（加熱層）
８０・９０・１００・１１０・１２０ 熱交換型改質器
９２ 伝熱サポートリブ（伝熱促進部）
１０２ 伝熱サポート厚肉部（伝熱促進部）
１１２ プレート部（伝熱促進部）
１１４ 立壁（伝熱促進部）

Claims (4)

1. 改質反応用の改質触媒が担持され、改質ガスを生成するための複数の改質層と、
   ３層以上続けて積層された前記改質層を挟むように積層され、触媒燃焼用の酸化触媒が担持され、それぞれ供給された燃料の触媒燃焼に伴って生じた熱を前記改質部に供給するための複数の加熱層と、
   前記加熱層から改質層への伝熱を促進するための伝熱促進部と、
   を備えた積層構造の熱交換型改質器。
2. 前記改質層と加熱層とでガス流れ方向が同じであり、
   かつ、前記伝熱促進部は、前記改質層及び加熱層のガス入口側端部で他の部分よりも伝熱が促進されるように、該ガス入口側端部にのみ設けられている請求項１記載の熱交換型改質器。
3. 平板部からガス流れ方向に沿って複数の立壁が前記平板部の厚み方向に立設されて成る複数の単位プレート部材を積層することで、積層方向に隣り合う前記平板部間に前記改質部又は前記加熱部が形成される積層構造とされ、
   前記伝熱促進部は、加熱部を構成しない平板部が加熱部を構成する平板部よりも熱伝導率の高い材料にて構成されると共に、該加熱部を構成しない平板部と加熱部を構成する平板部との間に位置する複数の前記立壁が熱伝導率の高い材料にて構成されて成る請求項１記載の熱交換型改質器。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱交換型改質器と、前記熱交換型改質器の前記改質層に水分を供給するための水分供給手段とを備えた改質装置。

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