JP5165407B2 - 円筒式水蒸気改質器 - Google Patents
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Description
本発明は、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化した円筒式水蒸気改質器に関し、また、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器に関する。
原燃料から水素を製造する、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層、ＣＯ除去触媒層を一体化した円筒式水蒸気改質器が開発されている（ＷＯ ９８/００３６１ Ａ１、ＷＯ ０２/０９８７９０ Ａ１、特開２００６−２３２６１１号公報、等）。図１は、そのうち特開２００６−２３２６１１号公報に記載の例を説明する図である。本明細書中、改質触媒層で改質前の燃料を適宜“原燃料”と言い、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層、ＣＯ除去触媒層を一体化した円筒式水蒸気改質器を適宜“一体型円筒式水蒸気改質器”と略称する。
図１のとおり、直径を順次大きくした、第１円筒体１、第２円筒体２及び第３円筒体３が中心軸を同一にして間隔を置いて配置され、第３円筒体３の上部には第３円筒体３より直径を大きくした第４円筒体４が配置されている。図１中、一点鎖線はその中心軸を示し、矢印はその中心軸の方向、すなわち軸方向を示している。第１円筒体１の内側には中心軸を同じくして、第１円筒体１より直径の小さい円筒状の伝熱隔壁すなわち輻射筒５が配置され、輻射筒５内にはバーナ６が配置されている。バーナ６は、中心軸部に配置され、輻射筒５の内側に上蓋兼バーナ取付台７を介して取り付けられている。
輻射筒５は、その下端と第１円筒体１の底板８の間に間隔を設けて配置してあり、この間隙と、これに連なる輻射筒５と第１円筒体１の間の空隙とがバーナ６からの燃焼排ガスの排気通路９を形成している。底板８は第１円筒体１の直径に対応した直径で円盤状に構成されている。排気通路９は、その上部で排気通路９の上蓋（上蓋兼バーナ取付台７の下面）と隔壁１０（後述予熱層１４とＣＯ除去触媒層３６の上蓋）の間の間隙を経て燃焼排ガス排出管１１に連なり、燃焼排ガスはここから排出される。
符号１２は原燃料の供給管である。第１円筒体１と第２円筒体２の間の空間内には、その上部に予熱層１４、予熱層１４に続く下部に改質触媒層１６が設けられている。予熱層１４の内部に一本の棒材（丸棒）１５が螺旋状に配置され、これにより予熱層１４の内部に１つの連続した螺旋状のガス通路が形成されている。改質触媒層１６の改質触媒は、その下端部で多孔板、網目体等の支持体１７で支持されている。
供給管１２から供給された原料ガスは、混合部１３で水（水蒸気）が混合された後、予熱層１４を経て、改質触媒層１６に導入され、混合ガス中の炭化水素系原料が下降しながら水蒸気により改質される。改質触媒層１６における改質反応は吸熱反応であり、バーナ６で発生する燃焼熱を吸収して改質反応が進行する。すなわち、バーナ６での燃焼ガスが輻射筒５と第１円筒体１の間の排気通路９を流通して通過するときに、燃焼ガスの熱が改質触媒層１６に吸収され、改質反応が進行する。
第２円筒体２の下端は第３円筒体３の底板１８との間に間隔を置いて配置してあり、第２円筒体２と第３円筒体３の間は、改質ガスの流通路１９を構成している。底板１８は第３円筒体３の直径に対応した直径で円盤状に構成されている。改質ガスは、第２円筒体２の下端と第３円筒体３の底板１８の間で折り返して第２円筒体２と第３円筒体３の間で形成された流通路１９を流通する。第３円筒体３の上部には第３円筒体３より直径を大きくした第４円筒体４が配置され、第２円筒体２と第４円筒体４の間にＣＯ変成触媒層２２が設けられている。
第３円筒体３の上端部と第４円筒体４の下端部には板体２０（第３円筒体３の直径に相当する部分は第３円筒体３で占められるので、ドーナツ状の板体）が配置され、板体２０の上に、間隔を置いてガス流通用の複数の孔を有する支持板２１（第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるので、ドーナツ状の支持板）が配置されている。ＣＯ変成触媒層２２は、支持板２１とガス流通用の複数の孔を有する仕切板２３（第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるのでドーナツ状の仕切板、ＣＯ変成触媒層２２の上部）の間に設けられている。支持板２１、仕切板２３は金属製等の網目体で構成してもよく、この場合には網目体の網目がガス流通孔となる。流通路１９を流通した改質ガスは、支持板２１の孔を経てＣＯ変成触媒層２２に供給される。
上記のとおり、ＣＯ変成触媒層２２は、第２円筒体２と第４円筒体４の間に設けられているが、第４円筒体４の外周には間隔を置いて円筒体２５が配置され、その間に断熱材２４が配置されている。円筒体２５の外周には水供給管２６から連なる伝熱管２７が直接螺旋状に巻き付けてある。伝熱管２７はＣＯ変成触媒層２２を間接的に冷却する冷却機構として作用する。ＣＯ変成触媒層２２では、ＣＯ変成反応「ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2」により、改質ガス中のＣＯが二酸化炭素に変成され、併せて水素が生成する。
断熱材２４は、伝熱管２７による冷却作用により、ＣＯ変成触媒層２２の温度を低下させ過ぎず、適度な温度に均一に保持できる厚さに巻き付けてある。伝熱管２７は、水供給管２６から供給される水（＝プロセス水）のボイラーとしての機能を備え、また水供給管２６から続く連続した１つの通路となっているので、複数の通路では生じる部分的な滞留等が生じない。
ここで、ＣＯ変成器から出る改質ガスは、未反応の原燃料（メタン等）と余剰水蒸気を除けば、水素と二酸化炭素からなっている。このうち水素が燃料電池の燃料となるが、ＣＯ変成触媒層２２を経て得られる改質ガスについても、ＣＯは完全には除去されず、１％（容量％）程度以下ではあるが、尚ＣＯが含まれている。
燃料電池に供給する水素中のＣＯの許容濃度は１０ｐｐｍ（ｐｐｍ＝容量ｐｐｍ、以下同じ）程度であり、これを超えると電池性能が著しく劣化する。このため、改質ガスはＣＯ変成触媒層２２によりＣＯ濃度を１％程度以下まで低下させた後、ＣＯ除去触媒層３６に供給される。ＣＯ除去触媒層３６では酸化剤ガスが添加され、ＣＯの酸化反応によりＣＯをＣＯ2に変えることでＣＯを除去し、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下、あるいは５ｐｐｍ以下というように低減させる。なお、酸化剤ガスとしては空気、酸素富化空気、酸素などが使用されるが、通常は空気であるので、以下空気と記載する。
仕切板２３の上方には所定の間隔を置いて１つの連通孔２９を有する仕切板２８が設けてあり、両板間の空間に空気供給管３０を通してＣＯ除去用空気が供給される。仕切板２８の上方には円環状の通路３１が設けてある。連通孔２９を、所定の孔径で、且つ、１つとすることにより、改質ガスとＣＯ除去用空気が連通孔２９を通過する際に所定の通過速度が得られ、通過時の乱流により改質ガスとＣＯ除去用空気を良好に混合することができる。すなわち、ＣＯ変成器から出る改質ガスとＣＯ除去用空気を連通孔２９の箇所で集合させた後、ＣＯ除去触媒層に供給、分散させるように構成されている。
ＣＯ除去触媒層３６は、第２円筒体２と、これより直径を大きくした円筒体３７と、第２円筒体２と円筒体３７の間の下部及び上部にそれぞれ間隔を置いて配置された、複数個の孔３５を有する支持板３４（第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるので、ドーナツ状の板体）と、ガス流通用の複数個の孔３９を有する仕切板３８（第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるので、ドーナツ状の支持板）と、の間の空間に設けられている。
円筒体３７の下部にはその円周方向に均等に設けられた複数個の孔３３が設けられている。円環状の通路３１は、円筒体２５と仕切板２８と仕切板３２と円筒体３７で形成された通路であり、それら複数個の孔３３と、支持板３４の複数個の孔３５を介してＣＯ除去触媒層３６と連通しており、ＣＯ除去用空気が混合された改質ガスがそれら複数個の孔３３、３５を介してＣＯ除去触媒層３６に導入される。ＣＯ除去触媒層３６は、その上蓋である複数個の孔３９を有する仕切板３８と隔壁１０の間の間隙を介して改質ガス取出管（導出管）４０に連通している。また、ＣＯ除去触媒層３６は円筒体３７で囲まれているが、円筒体３７の外周には円筒体２５の外周の伝熱管２７から連なる伝熱管２７が直接螺旋状に巻き付けてある。
ＣＯ除去触媒層３６には、ＣＯ除去触媒（ＰＲＯＸ触媒とも呼ばれる）が充填してあり、ＰＲＯＸ触媒によりＣＯ除去反応、すなわちＣＯの選択的酸化反応によりＣＯをＣＯ2に変えることでＣＯを除去し、ＣＯ濃度をｐｐｍレベルにまで低減させる。ＣＯを除去した改質ガスは、その上蓋である仕切板３８に設けられた複数個の孔３９から排出され、仕切板３８と隔壁１０の間の間隙を経て改質ガス取出管４０から取り出される。第３円筒体３、円筒体２５及び円筒体３７を含む外周部には断熱材４１を配置し、外部への熱の放散を防止している。
ところで、例えば上記のような一体型円筒式水蒸気改質器においては、各触媒をそれぞれ内筒、外筒の円筒管の隙間に充填するため、周方向つまり、中心軸側から外周側への温度分布、また外周側から中心軸側への温度分布を低減するために様々な工夫が必要となる。特にＣＯ除去触媒層においては、ＣＯ変成触媒層からのＣＯ変成済みの改質ガス（以下、適宜“ＣＯ変成触媒層出口ガス”と指称する）と空気とを十分に混合させ、ＣＯ除去触媒層に分散良く導入する必要がある。しかし、ＣＯ変成触媒層出口ガスと空気との流量差が大きいために、他の触媒層と比較しても周方向の温度分布が大きくなりやすく、その構成には特に注意が必要である。
また、ＣＯ変成触媒層出口ガスと空気を一度、一箇所に集合させた後に、ＣＯ除去触媒層に供給、分散させる方法が採られている。その方法は、例えば、後述従来例１のように内部に配管を設置してさらに混合部屋を設置する構造や、後述従来例２のように一度円筒外に出した後に再度円筒内に送り込む構造であるため複雑化し、製造コストが高コスト化することになっていた。また、原燃料供給配管、空気供給配管、改質ガス取出配管を円筒側面に設置しているため、円筒体の曲面に穴を設け、これにそれら配管を嵌合する必要があることなどからその作業が困難でコスト高になっていた。
本発明は、改質触媒層、ＯＣ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化した円筒式水蒸気改質器、すなわち一体型円筒式水蒸気改質器において、特にＣＯ除去触媒層へ供給するＣＯ変成済み改質ガスと空気の混合構造上の問題を解決し、その構造をシンプル化して製造コスト低減を図るとともに、ＣＯ除去触媒層中の温度分布差、その変動幅を低減してなる一体型円筒式水蒸気改質器を提供することを目的とし、また、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管の配置による製造コスト上の問題点を改善、解決してなる一体型円筒式水蒸気改質器を提供することを目的とするものである。
本発明（１）は、円筒状容器内に改質触媒層、ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化して配置し、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層を経た改質ガスに空気を混合した後、ＣＯ除去触媒層に供給するようにした一体型円筒式水蒸気改質器において、
（ａ）ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に、１個の改質ガス流通孔を有する第１の仕切板と１個の改質ガス流通孔を有する第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、
（ｂ）前記第１の仕切板及び前記第２の仕切板は、第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間、第１の仕切板と第２の仕切板との間、第２の仕切板とＣＯ除去触媒層との間に、それぞれ間隔を置いて配置され、且つ、
（ｃ）前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に反対側に位置するように配置してなる、ことを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
（ａ）ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に、１個の改質ガス流通孔を有する第１の仕切板と１個の改質ガス流通孔を有する第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、
（ｂ）前記第１の仕切板及び前記第２の仕切板は、第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間、第１の仕切板と第２の仕切板との間、第２の仕切板とＣＯ除去触媒層との間に、それぞれ間隔を置いて配置され、且つ、
（ｃ）前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に反対側に位置するように配置してなる、ことを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
本発明（２）は、円筒状容器内に改質触媒層、ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化して配置し、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層を経た改質ガスに空気を混合した後、ＣＯ除去触媒層に供給するようにした一体型円筒式水蒸気改質器において、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
本発明（１）との関係で言えば、前記一体型円筒式水蒸気改質器において、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
本発明（１）との関係で言えば、前記一体型円筒式水蒸気改質器において、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
すなわち、本発明（２）は、円筒状容器内に改質触媒層、ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化して配置し、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層を経た改質ガスに空気を混合した後、ＣＯ除去触媒層に供給するようにした一体型円筒式水蒸気改質器において、
（ａ）ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に、１個の改質ガス流通孔を有する第１の仕切板と１個の改質ガス流通孔を有する第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、
（ｂ）前記第１の仕切板及び前記第２の仕切板は、第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間、第１の仕切板と第２の仕切板との間、第２の仕切板とＣＯ除去触媒層との間に、それぞれ間隔を置いて配置され、
（ｃ）前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に反対側に位置するように配置してなり、且つ、
（ｄ）原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より導出する構造としてなることを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
（ａ）ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に、１個の改質ガス流通孔を有する第１の仕切板と１個の改質ガス流通孔を有する第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、
（ｂ）前記第１の仕切板及び前記第２の仕切板は、第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間、第１の仕切板と第２の仕切板との間、第２の仕切板とＣＯ除去触媒層との間に、それぞれ間隔を置いて配置され、
（ｃ）前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に反対側に位置するように配置してなり、且つ、
（ｄ）原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より導出する構造としてなることを特徴とする一体型円筒式水蒸気改質器である。
本発明によれば下記（ア）〜（ウ）の効果が得られる。
（ア）本発明の一体型円筒式水蒸気改質器によれば、シンプルな構造で、ＣＯ除去触媒層における温度分布を均等化し、温度分布差を軽減することができる。
（イ）その結果として、一体型円筒式水蒸気改質器の製造コストを大幅に低減することができる。ＣＯ除去触媒層及び関連部分の構造のみの製作コストとしておよそ半分に低減できる。
（ウ）本発明（２）の一体型円筒式水蒸気改質器によれば、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒上部すなわち円筒状容器の上部より抜き出す構造とすることにより装置構造をコンパクト化し、且つ、製造コストを低減することができる。
（ア）本発明の一体型円筒式水蒸気改質器によれば、シンプルな構造で、ＣＯ除去触媒層における温度分布を均等化し、温度分布差を軽減することができる。
（イ）その結果として、一体型円筒式水蒸気改質器の製造コストを大幅に低減することができる。ＣＯ除去触媒層及び関連部分の構造のみの製作コストとしておよそ半分に低減できる。
（ウ）本発明（２）の一体型円筒式水蒸気改質器によれば、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒上部すなわち円筒状容器の上部より抜き出す構造とすることにより装置構造をコンパクト化し、且つ、製造コストを低減することができる。
本発明（１）は、（ａ）ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に、１個の改質ガス流通孔を有する第１の仕切板と１個の改質ガス流通孔を有する第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、（ｂ）前記第１の仕切板及び前記第２の仕切板は、第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間、第１の仕切板と第２の仕切板との間、第２の仕切板とＣＯ除去触媒層との間に、それぞれ間隔を置いて配置され、且つ、（ｃ）前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に反対側に位置するように配置してなることを特徴とする。
また、本発明（２）は、本発明（１）の構造に加えて、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする。
まず、本発明（１）〜（２）が関連する従来例１〜３を説明する。
図２は従来例１〜２を説明する図で、図２（ａ）は従来例１を説明する図、図２（ｂ）は従来例２を説明する図ある。図２は、前述図１で言えば、図１中“｝Ａ”として示す部分、すなわちＣＯ除去触媒層及びこれに関連するその上下の部分を抜き出して示したものに相当し、第２円筒体２より内側の構造についての図示は省略している。この点、後述図３においても同様である。
〈従来例１〉
図２（ａ）のとおり、従来例１は、ＣＯ変成触媒層の上蓋である支持板（図１で言えば仕切板２３に相当するが、図２〜３の関係の説明では支持板と言う）の上方には所定の間隔を置いて１つの連通管（図１における符号２９の箇所）を有する仕切板（図１で言えば符号２８）が設けてある。支持板と仕切板との間の空間に空気供給管（図１で言えば符号３０）を通してＣＯ除去用空気が供給される。仕切板の上方には円環状の通路（図１で言えば符号３１）が設けてある。
図２（ａ）のとおり、従来例１は、ＣＯ変成触媒層の上蓋である支持板（図１で言えば仕切板２３に相当するが、図２〜３の関係の説明では支持板と言う）の上方には所定の間隔を置いて１つの連通管（図１における符号２９の箇所）を有する仕切板（図１で言えば符号２８）が設けてある。支持板と仕切板との間の空間に空気供給管（図１で言えば符号３０）を通してＣＯ除去用空気が供給される。仕切板の上方には円環状の通路（図１で言えば符号３１）が設けてある。
連通管の内径を所定の径で、且つ、１つとすることにより、ＣＯ変成触媒層から出る改質ガスとＣＯ除去用空気を連通管の箇所で集合させた後、ＣＯ除去触媒層に供給、分散させるように構成されている。なお、図１の態様では連通孔２９、つまり孔としているのに対して、図２（ａ）では同じ箇所に連通管つまり管を設けている。これはＣＯ除去用空気とＣＯ変成触媒層から出る改質ガスとを、連通管を介して、円環状の通路を形成する部材の上蓋に、衝突させることでその混合をより良好にしようとするものである。
〈従来例２〉
図２（ｂ）のとおり、従来例２では、図２（ｂ）中、右側に“Ｘ”として示すとおり、ＣＯ変成済み改質ガスとＣＯ除去用空気を短管を介して一度円筒外部に導出した後、再度短管を介して円筒内に導入するように構成している。これは、改質ガスとＣＯ除去用空気との混合をより良好にするために、そのように２つの短管を配置してその混合距離を長くしたものであるが、その構造は複雑化している。
図２（ｂ）のとおり、従来例２では、図２（ｂ）中、右側に“Ｘ”として示すとおり、ＣＯ変成済み改質ガスとＣＯ除去用空気を短管を介して一度円筒外部に導出した後、再度短管を介して円筒内に導入するように構成している。これは、改質ガスとＣＯ除去用空気との混合をより良好にするために、そのように２つの短管を配置してその混合距離を長くしたものであるが、その構造は複雑化している。
また、従来例１、２ともに、図２（ａ）〜（ｂ）中左側に示すように、ＣＯ除去用空気供給管、改質ガス導出管を円筒側面に配置しているが、円筒側面に対してこの配置にするのはその工作に手間がかかって製造コストが高コスト化する。加えて、従来例１、２の構造を組み込む前述図１のような一体型円筒式水蒸気改質器では、ＣＯ除去用空気供給管、改質ガス導出管のほか、原燃料供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管をも円筒側面に配置していることから更に製造コストが高コスト化してしまう。
〈従来例３〉
図３は、本発明に到達するまでの過程で、本発明者が従来例１〜２の構造に代わるものとして考えた例である。図３（ａ）は図１、図２（ａ）〜（ｂ）に対応して縦断面図として示した図である。ＣＯ変成触媒層の上蓋である支持板（図１で言えば仕切板２３に相当する）の上方に２枚の仕切板を所定の間隔を置いて配置する。
図３は、本発明に到達するまでの過程で、本発明者が従来例１〜２の構造に代わるものとして考えた例である。図３（ａ）は図１、図２（ａ）〜（ｂ）に対応して縦断面図として示した図である。ＣＯ変成触媒層の上蓋である支持板（図１で言えば仕切板２３に相当する）の上方に２枚の仕切板を所定の間隔を置いて配置する。
図３（ｂ）はそのうち上部の仕切板の平面図、図３（ｃ）はそのうち下部の仕切板の平面図である。図３（ｂ）のとおり、上部仕切板にはその内周よりも（少し）外側に複数の孔を間隔を置いて円環状に設け、図３（ｃ）のとおり、下部仕切板にはその外周よりも（少し）内側に複数の孔を間隔を置いて円環状に設ける。
また、下部仕切板と上部仕切板との間に渦巻状の仕切板を配置し〔図３（ｃ）参照〕、当該渦巻状の板体の幅は下部仕切板と上部仕切板との間の間隔と同じにしている。これにより、下部仕切板と上部仕切板との間にＣＯ変成済み改質ガスと空気の混合ガスを円環渦巻状に流通させる構造である。
そのように、従来例３では、下部仕切板には外周よりも内側に複数の孔を間隔を置いて円環状に設け、上部仕切板には内周よりも外側に複数の孔を間隔を置いて円環状に設けるとともに、ＣＯ変成済み改質ガスと空気の混合ガスを円環渦巻状に流通させる構造にすること等により、ＣＯ変成済み改質ガスとＣＯ除去用空気の分散を良くするように工夫したものであった。この構造での試験、その結果を以下に説明する。
〈従来例３についての試験〉
従来例３の構造を有する実機レベルの一体型円筒式水蒸気改質器を使用して性能試験を実施した。本一体型円筒式水蒸気改質器は、全体としては後述図６に示す構造を有しており、図６中“｝Ｄ”として示す部分に図３の構造を組み込んだものである。生成改質ガスはＰＥＦＣに供給するようにした。
従来例３の構造を有する実機レベルの一体型円筒式水蒸気改質器を使用して性能試験を実施した。本一体型円筒式水蒸気改質器は、全体としては後述図６に示す構造を有しており、図６中“｝Ｄ”として示す部分に図３の構造を組み込んだものである。生成改質ガスはＰＥＦＣに供給するようにした。
改質触媒層にＲｕ触媒（粒状アルミナにＲｕを担持した触媒）を充填し、ＣＯ変成触媒層に銅−亜鉛系触媒を充填し、ＣＯ除去触媒層にＲｕ触媒（粒状アルミナにＲｕを担持した触媒）を充填した。ＣＯ変成触媒層の中央部、ＣＯ除去触媒層の入口部（図３中、Ｌ１、ＬＬ１として示す箇所）には、常法に従い温度センサーを配置した。
原燃料として脱硫済みの都市ガス（１３Ａ）を使用し、バーナ用燃料としては、起動時のみ都市ガスを使用し、定常運転時にはＰＥＦＣからのアノードオフガスを使用した。試験条件、結果は表１に記載のとおりである。表１中、経過時間（ｈｒ）は本一体型円筒式水蒸気改質器の起動開始時以降の経過時間である。
表１のとおり、ＣＯ除去触媒層の入口部であるＬ１の箇所とＬＬ１の箇所は、左右対称の位置で、支持板３４からの距離についても同じであるのに、３ｈｒ、７ｈｒ、９ｈｒ、１２ｈｒの何れの経過時間でも両箇所の温度には大きな差異が生じ、例えば経過時間１２ｈｒでは２７０℃もの温度差が生じている。
このように、従来例３（図３）の構造においては、ＣＯ除去触媒層中での温度分布差が大きくなってしまった。この原因の一つとして考えられることは、ＣＯ除去触媒層での反応はＣＯ変成済み改質ガス中のＣＯと空気との激しい発熱反応であるため局所的に反応が進み、その結果大きな温度分布差が生じたものと解される。
〈本発明（１）の態様〉
本発明（１）は、一体型円筒式水蒸気改質器において、ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に仕切板を２枚配置し、それぞれに周方向に反対側に改質ガス流通孔を１つだけ設置し、ＣＯ変成触媒層出口ガス（ＣＯ変成済み改質ガス）と空気との混合ガスを１箇所に集合させる構造とすることにより、従来例１〜３におけるような問題点を解決したものである。
本発明（１）は、一体型円筒式水蒸気改質器において、ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に仕切板を２枚配置し、それぞれに周方向に反対側に改質ガス流通孔を１つだけ設置し、ＣＯ変成触媒層出口ガス（ＣＯ変成済み改質ガス）と空気との混合ガスを１箇所に集合させる構造とすることにより、従来例１〜３におけるような問題点を解決したものである。
本発明（１）は、一体型円筒式水蒸気改質器において、上記構造を有することを基本とするが、空気供給管の空気放出用開口の位置については、その開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様と、その開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様との２通りの態様をとることができる。
以下において、まず、空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様について説明し、次いで、空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様について説明する。なお、両態様に共通する事項については、前者の態様の箇所で説明している。
〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様〉
図４は、空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様を説明する図である。図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中の第２の仕切板２を取り出し、平面図として示した図、図４（ｃ）は図４（ａ）中の第１の仕切板１を取り出し、平面図として示した図である。図４は、後述図６で言えば、図６中“｝Ｃ”として示す部分、すなわちＣＯ除去触媒層及びこれに関連するその上下の部分を抜き出して示したものに相当し、第２円筒体２より内側の構造についての図示は省略している。この点、後述図５においても同様である。なお、図４（ｂ）〜（ｃ）は図４（ａ）に比べて幾分縮小して示している。
図４は、空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様を説明する図である。図４（ａ）は縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中の第２の仕切板２を取り出し、平面図として示した図、図４（ｃ）は図４（ａ）中の第１の仕切板１を取り出し、平面図として示した図である。図４は、後述図６で言えば、図６中“｝Ｃ”として示す部分、すなわちＣＯ除去触媒層及びこれに関連するその上下の部分を抜き出して示したものに相当し、第２円筒体２より内側の構造についての図示は省略している。この点、後述図５においても同様である。なお、図４（ｂ）〜（ｃ）は図４（ａ）に比べて幾分縮小して示している。
図４（ａ）のとおり、（Ａ）ＣＯ変成触媒層２２の上面との間に間隔を置いて１個の改質ガス流通孔５２を有する第１の仕切板５１を配置し、（Ｂ）第１の仕切板５１との間に間隔を置いて１個の改質ガス流通孔５５を有する第２の仕切板５４を配置し、（Ｃ）第２の仕切板５４の上部に間隔を置いてＣＯ除去触媒層３６を配置する。そして、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２と第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５とが周方向に相対する位置、すなわち周方向に反対側に位置するように配置する。
ここで、上記“周方向に相対する位置”あるいは“周方向に反対側に位置するように配置”とは、周方向に、すなわち軸方向（後述図６参照）に対して直角の方向に１８０°反対側の位置のほか、±１０°を限度にずれてもよい意味である。これを第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２を基に言えば、改質ガス流通孔５２の位置に対して、第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５は周方向に１７０〜１９０°の範囲の位置となり、第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５を基に言えば、改質ガス流通孔５５の位置に対して、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２は周方向に１７０〜１９０°の範囲の位置となる。
前記構成（Ａ）により形成されたＣＯ変成触媒層２２の上面との間、より詳しくはその上部の、ＣＯ変成済み改質ガス流出用の複数の孔を有する仕切板２３（前述のとおり、仕切板２３は金属製等の網目体で構成してもよく、この場合には網目体の網目がＣＯ変成済み改質ガスの流出孔となる）と第１の仕切板５１との間の隙間に空気を供給する。より具体的には、空気供給管３０の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層２２との間で且つ、第４円筒体４寄りの位置に臨ませる。
なお、空気放出用開口は、図４では、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２と相対する側、すなわち１８０°反対側の位置に設けた場合を示している。そして、この場合が空気とＣＯ変成済み改質ガスとの混合の観点から最も好ましいが、空気放出用開口は第４円筒体４寄りのうち、第４円筒体４の曲面方向に、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２の位置から離れた適宜の位置に設けることができる。
空気供給管３０の空気放出用開口から放出される空気は、ＣＯ変成触媒層２２から、すなわちその上部の仕切板２３から流出するＣＯ変成済み改質ガスと混合しながら、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２を経て（を介して）、第１の仕切板５１と第２の仕切板５４との間の隙間に流入する。
第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５は、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２に対して、周方向に反対側に配置されているので、空気とＣＯ変成済み改質ガスは、第１の仕切板５１と第２の仕切板５４との間の隙間で混合しながら、改質ガス流通孔５２側から改質ガス流通孔５５へ向けて流れ、改質ガス流通孔５５を経て（を介して）、第２の仕切板５４とＣＯ除去触媒層３６との間の隙間に流入する。
第２の仕切板５４とＣＯ除去触媒層３６との間の隙間に流入した空気とＣＯ変成済み改質ガスの混合ガスは、支持板３４の複数個の孔３５からＣＯ除去触媒層３６へ流入し、ＣＯ除去触媒層３６ではＣＯ変成済み改質ガス中のＣＯを除去する。当該ＣＯはＣＯ除去触媒層３６で空気中の酸素で選択的に酸化してＣＯ2に変えることで除去するものである。
改質ガス流通孔５２、５５は、図４（ｂ）〜（ｃ）に示すように孔としてもよく、孔は仕切板５１、５４を押抜き（punching）することで形成できる。孔の形状は円形でも３角形、４角形などの多角形でよい。図４（ｃ）中Ａ−Ａ線断面を図４（ｃ）′に示している。また、改質ガス流通孔５２、５５は、図４（ａ）に示すように当該孔に短管を配置した形でもよい。短管は円筒管でもよく、断面３角形、断面４角形などの管でもよい。
〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様〉
図５は、空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様を説明する図である。図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中の第２の仕切板２を取り出し、平面図として示した図、図５（ｃ）は図５（ａ）中の第１の仕切板１を取り出し、平面図として示した図である。なお、図５（ｂ）〜（ｃ）は図５（ａ）に比べて幾分縮小して示している。
図５は、空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様を説明する図である。図５（ａ）は縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中の第２の仕切板２を取り出し、平面図として示した図、図５（ｃ）は図５（ａ）中の第１の仕切板１を取り出し、平面図として示した図である。なお、図５（ｂ）〜（ｃ）は図５（ａ）に比べて幾分縮小して示している。
図５（ａ）のとおり、（Ａ）ＣＯ変成触媒層２２の上面との間に間隔を置いて１個の改質ガス流通孔５２を有する第１の仕切板５１を配置し、（Ｂ）第１の仕切板５１との間に間隔を置いて１個の改質ガス流通孔５５を有する第２の仕切板５４を配置し、（Ｃ）第２の仕切板５４の上部に間隔を置いてＣＯ除去触媒層３６を配置する。そして、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２と第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５とが周方向に相対する位置、すなわち反対側に位置するように配置する。
上記構成（Ａ）により形成された、１個の改質ガス流通孔５２を有する第１の仕切板５１と第１の仕切板５１との間に間隔を置いて１個の改質ガス流通孔５５を有する第２の仕切板５４との間の隙間に空気を供給する。より具体的には、空気供給管３０の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間で且つ、第４円筒体４寄りの位置に臨ませる。
なお、図５においては、空気放出用開口を第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２と同じ側に設けた場合を示している。そして、この場合が放出空気とＣＯ変成済み改質ガスとの混合の観点から最も好ましいが、空気放出用開口は第４円筒体４寄りのうち、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２の位置に対して、第４円筒体４の曲面方向（第４円筒体４の曲面に沿った方向）に、幾分ずれた位置に設けてもよい。
第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２に対して、第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５は、周方向に反対側に配置されているので、空気とＣＯ変成済み改質ガスは、第１の仕切板５１と第２の仕切板５４との間の隙間で混合しながら、改質ガス流通孔５２側から改質ガス流通孔５５へ向けて流れ、改質ガス流通孔５５を経て（を介して）、第２の仕切板５４とＣＯ除去触媒層３６との間の隙間に流入する。
改質ガス流通孔５２、５５は、図５（ｂ）〜（ｃ）に示すように孔としてもよく、孔は仕切板５１、５４を押抜き（punching）することで形成できる。孔の形状は円形でも３角形、４角形などの多角形でよい。図５（ｃ）中Ａ−Ａ線断面を図５（ｃ）′に示している。また、改質ガス流通孔５２、５５は、図５（ａ）に示すように当該孔に短管を配置した形でもよい。短管は円筒管でもよく、断面３角形、断面４角形などの管でもよい。
〈本発明（１）の一体型円筒式水蒸気改質器の態様〉
本発明（１）の一体型円筒式水蒸気改質器は、以上で述べた〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様〉または〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様〉の構成、配置関係を一体型円筒式水蒸気改質器に組み込むことで構成される。
本発明（１）の一体型円筒式水蒸気改質器は、以上で述べた〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様〉または〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様〉の構成、配置関係を一体型円筒式水蒸気改質器に組み込むことで構成される。
以下においては、そのうち〈空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間に臨ませる態様〉の場合を例に説明しているが、〈空気供給管の開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませる態様〉の場合も同様である。
図６は、本発明（１）の一体型円筒式水蒸気改質器の態様を説明する図で、図１に対応してその縦断面を示している。図６中、第１円筒体１から隔壁１０まで、予熱層１４から仕切板２３まで、支持板３４からガス流通用の複数個の孔３９を有する仕切板３８までの構成は、前述図１の態様と同じか、ほぼ同様である。
そして図６中、ＣＯ変成触媒層２２、仕切板２３、１個の改質ガス流通孔５２を有する第１の仕切板５１、１個の改質ガス流通孔５５を有する第２の仕切板５４、ＣＯ除去触媒層３６の構造、配置関係が本発明（１）において特徴とする構成である。この構造、配置関係は、前述図４を用いて説明したとおりであるが、以下、その概略を含めて説明する。
図６のとおり、ＣＯ変成触媒層２２の上部の仕切板２３との間に間隔を置いて、１個の改質ガス流通孔５２を有する第１の仕切板５１を配置し、その上部に、当該第１の仕切板５１との間に間隔を置いて１個の改質ガス流通孔５５を有する第２の仕切板５４を配置し、その上部に、当該第２の仕切板５４との間に間隔を置いてＣＯ除去触媒層３６が位置するように配置する。
そして、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２と第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５とが周方向に相対する位置、すなわち周方向に反対側に位置するように配置する。図６には、改質ガス流通孔５２と改質ガス流通孔５５とを周方向に１８０°反対側の位置に配置した場合を示している。上記周方向に相対する位置は、周方向に１８０°の反対側の位置であるのが最もよいが、±１０°を限度にずれた位置でもよい。
そのように形成されたＣＯ変成触媒層２２の上部の仕切板２３と第１の仕切板５１との間の隙間に空気を供給するようにする。空気は、空気供給管３０により供給され、ＣＯ変成触媒層２２から、その上部に配置された、ガス流出用の複数の孔６０を有する仕切板２３から流出するＣＯ変成済み改質ガスと混合しながら、第１の仕切板５１の改質ガス流通孔５２を介して、第１の仕切板５１と第２の仕切板５４との間の隙間に流入する。
空気とＣＯ変成済み改質ガスは、第１の仕切板５１と第２の仕切板５４との間の隙間でさらに混合しながら、第２の仕切板５４の改質ガス流通孔５５に至り、当該改質ガス流通孔５５を介して、第２の仕切板５４とＣＯ除去触媒層２２との間の隙間に流入する。
改質ガス流通孔５４は、改質ガス流通孔５２に対して、周方向に反対側に配置されているので、空気とＣＯ変成済み改質ガスは、第１の仕切板５１と第２の仕切板５４との間の隙間で混合しながら、改質ガス流通孔５２側から改質ガス流通孔５５へ向けて流れる。第２の仕切板５４とＣＯ除去触媒層３６との間の隙間に流入した空気とＣＯ変成済み改質ガスは、支持板３４の複数個の孔３５からＣＯ除去触媒層３６へ流入し、ＣＯ除去触媒層３６でＣＯ変成済み改質ガス中のＣＯを除去する。
符号６１は、ＣＯ除去触媒層３６の上部の隔壁１０に対して間隔を置いて配置された、第１円筒体１の上端部から第４円筒体４に至る隔壁である。当該隔壁６１は、第１円筒体１の直径に相当する部分内にはバーナ６による燃焼室、輻射筒５、燃焼排ガスの排気通路９が配置されているので、ドーナツ状の板体である。なお、隔壁１０は、ＣＯ除去触媒層３６の上蓋である点では図１での隔壁１０と同じであるが、図６の構造においては、隔壁１０と隔壁６１との間の間隙が予熱層１４へ連なる構造となっている点で図１の構造とは異なる。
〈原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管の配置〉
本発明（２）は、本発明（１）の構造に加えて、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする。
本発明（２）は、本発明（１）の構造に加えて、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする。
この構造を、まず図７を用いて説明する。図７は、図６中“｝Ｄ”として示す部分、すなわち、それら原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管及びこれらに関連する部分を抜き出して示したものに相当している。
図７のとおり、原燃料供給管１２、水供給管２６は、上蓋兼バーナ取付台７及び隔壁６１を貫通して配置し、その開口を隔壁６１と隔壁１０（ＣＯ除去触媒層３６の上蓋）との間に臨ませる。その取り付けは、上蓋兼バーナ取付台７及び隔壁６１における原燃料供給管１２、水供給管２６の配置位置に例えばプレス加工（押抜き：punching）することで貫通穴を形成し、当該貫通穴にそれぞれ原燃料供給管１２、水供給管２６を嵌挿すなわち貫入することで行うことができる。各貫入箇所における原燃料供給管１２、水供給管２６の外周と各貫通穴との間は金属ろう材、溶接等によりシールする。
空気供給管３０は、上蓋兼バーナ取付台７、隔壁６１、隔壁１０、第２の仕切板５４及び第１の仕切板５１を貫通して配置し、その開口を第１の仕切板５１の下部（ＣＯ変成触媒層２２の上部の仕切板２３との間）に臨ませる。その取り付けは、上蓋兼バーナ取付台７、隔壁６１、隔壁１０、第２の仕切板５４及び第１の仕切板５１における空気供給管３０の配置位置を例えばプレス加工（押抜き：punching）することで貫通穴を形成し、当該貫通穴に空気供給管３０を嵌挿することで行うことができる。各貫入箇所における空気供給管３０の外周と各貫通穴との間は金属ろう材、溶接等によりシールする。
燃焼排ガス排出管１１は、上蓋兼バーナ取付台７を貫通して配置し、その開口を上蓋兼バーナ取付台７と隔壁６１との間に臨ませる。その取り付けは、上蓋兼バーナ取付台７における燃焼排ガス排出管１１の配置位置に例えばプレス加工（押抜き：punching）することで貫通穴を形成し、当該貫通穴に燃焼排ガス排出管１１を嵌挿することで行うことができる。貫入箇所における燃焼排ガス排出管１１の外周と貫通穴との間は金属ろう材、溶接等によりシールする。
改質ガス導出管４０は、上蓋兼バーナ取付台７、隔壁６１及び隔壁１０を貫通して配置し、その開口を隔壁１０の下部（仕切板３８との間）に臨ませる。その取り付けは、改質ガス導出管４０の位置における、上蓋兼バーナ取付台７、隔壁６１及び隔壁１０における改質ガス導出管４０の配置位置に例えばプレス加工（押抜き：punching）することで貫通穴を形成し、当該貫通穴に改質ガス導出管４０を嵌挿することで行うことができる。各貫入箇所における改質ガス導出管４０の外周と各貫通穴との間は金属ろう材、溶接等によりシールする。
図８は、図５の構造、配置関係を図６に示すような一体型円筒式水蒸気改質器に組み込んだ場合において、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管をＣＯ除去触媒層の円筒上部より供給、導出する構造としてなる態様を示す図である。空気供給管の空気放出用開口を第１の仕切板と第２の仕切板との間に臨ませてなる点を除き、前述図７を用いて説明したのと同様である。
本発明によれば、原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、あるいは改質ガス導出管を、一体型円筒式水蒸気改質器を形成する円筒の側面に設置するのではなく、上蓋兼バーナ取付台の上部より抜き出す構造とすることにより、必要な穴を例えばプレス加工（押抜き：punching）などの簡単な手段だけで行うことができる。
この点、前述図１に示すように、それらの配管を円筒体２５、３７等の外周に配置する場合には円筒体の曲面に穴を設け、これにそれら配管を嵌合する必要があることなどからその作業が困難でコスト高になるが、本発明によれば、平板にプレス加工（押抜き：punching）などの簡単な手段で穴を設け、その穴にそれらの配管を嵌挿、貫入するだけであるので、製造コストを低減することができる。
以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。図６に示す構造を有する一体型円筒式水蒸気改質器を使用して性能試験を実施した。生成改質ガスはＰＥＦＣに供給するようにした。
改質触媒層にＲｕ触媒（粒状アルミナにＲｕを担持した触媒）を充填し、ＣＯ変成触媒層に銅−亜鉛系触媒を充填し、ＣＯ除去触媒層にＲｕ触媒（粒状アルミナにＲｕを担持した触媒）を充填した。ＣＯ除去触媒層の入口部（図４中、Ｌ１、Ｌｂ１、ＬＬ１として示す箇所）と、ＣＯ除去触媒層の出口部（図４中、Ｌ２、Ｌｂ２、ＬＬ２として示す箇所）には、常法に従い温度センサーを配置した。
原燃料として脱硫済みの都市ガス（１３Ａ）を使用し、バーナ用燃料としては、起動時のみ都市ガスを使用し、定常運転時にはＰＥＦＣからのアノードオフガスを使用した。試験条件、結果は、表２に記載のとおりである。表２中、経過時間（ｈｒ）は本一体型円筒式水蒸気改質器の起動開始時以降の経過時間であり、原燃料流量、水流量、空気流量はＰＥＦＣの負荷に応じて制御している。
表２のとおり、例えば、ＣＯ除去触媒層中の入口部のうちＬ１の箇所とＬＬ１の箇所は、第２円筒体２寄りの左右対称の位置で、支持板３４からの距離についても同じであるが、６ｈｒ、１２ｈｒ、１７ｈｒ、２１ｈｒ、２５ｈｒ、２８ｈｒの何れの経過時間でも両箇所の温度差は高々１０℃である。また、円筒体３７寄りのＣＯ除去触媒層中の入口部であるＬｂ１の箇所の温度は、第２円筒体２寄りのＣＯ除去触媒層中の入口部であるＬ１の温度より９℃前後低いが時間経過に伴う大きな温度変動はみられない。
ＣＯ除去触媒層中の出口部のうちＬ２の箇所とＬＬ２の箇所は、第２円筒体２寄りの左右対称の位置で、仕切板３８からの距離も同じであるが、６ｈｒ、１２ｈｒ、１７ｈｒ、２１ｈｒ、２５ｈｒ、２８ｈｒの何れの経過時間でも両箇所の温度差は１２℃前後であり、入口部Ｌ１、ＬＬ１の箇所と同様の傾向を示している。また、円筒体３７寄りのＣＯ除去触媒層中の出口部であるＬｂ２の箇所の温度は、第２円筒体２寄りのＣＯ除去触媒層中の出口部であるＬ２の温度より４〜１２℃程度高いが時間経過に伴う大きな温度変動はみられない。
このように、本発明によれば、ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に第１の仕切板と第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、第１の仕切板と第２の仕切板にそれぞれＣＯ変成済み改質ガス流通孔を１つだけ設置するとともに、第１の仕切板のＣＯ変成済み改質ガス流通孔と第２の仕切板のＣＯ変成済み改質ガス流通孔とが周方向に反対側になるように配置することにより、シンプルな構造で、しかも温度分布差を低減し、且つ、その変動幅を低減することができる。
１ 第１円筒体
２ 第２円筒体
３ 第３円筒体
４ 第４円筒体
５ 輻射筒
６ バーナ
７ 上蓋兼バーナ取付台
８ 底板
９ 燃焼排ガスの排気通路
１０ 隔壁
１１ 燃焼排ガス排出管
１２ 原燃料供給管
２２ ＣＯ変成触媒層
２６ 水供給管
３０ 空気供給管
３６ ＣＯ除去触媒層
３７ 円筒体
４０ 改質ガス取出管（導出管）
５１ 第１の仕切板
５２ １個の改質ガス流通孔
５４ 第２の仕切板
５５ １個の改質ガス流通孔
６０ ガス流出用の複数の孔
６１ 隔壁
２ 第２円筒体
３ 第３円筒体
４ 第４円筒体
５ 輻射筒
６ バーナ
７ 上蓋兼バーナ取付台
８ 底板
９ 燃焼排ガスの排気通路
１０ 隔壁
１１ 燃焼排ガス排出管
１２ 原燃料供給管
２２ ＣＯ変成触媒層
２６ 水供給管
３０ 空気供給管
３６ ＣＯ除去触媒層
３７ 円筒体
４０ 改質ガス取出管（導出管）
５１ 第１の仕切板
５２ １個の改質ガス流通孔
５４ 第２の仕切板
５５ １個の改質ガス流通孔
６０ ガス流出用の複数の孔
６１ 隔壁
Claims (3)
- 円筒状容器内に改質触媒層、ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化して配置し、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層を経た改質ガスに空気を混合した後、ＣＯ除去触媒層に供給するようにした、固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器であって、
（ａ）ＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層との間に、１個の改質ガス流通孔を有する第１の仕切板と１個の改質ガス流通孔を有する第２の仕切板との２枚の仕切板を配置し、
（ｂ）前記第１の仕切板及び前記第２の仕切板は、第１の仕切板とＣＯ変成触媒層との間、第１の仕切板と第２の仕切板との間、第２の仕切板とＣＯ除去触媒層との間に、それぞれ間隔を置いて配置され、前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に１８０±１０°の範囲で反対側に位置するように配置され、且つ、
（ｃ）前記第１の仕切板の改質ガス流通孔と前記第２の仕切板の改質ガス流通孔とが周方向に反対側に位置するように配置してなる固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器において、
（ｄ）空気供給管（３０）の空気供給口が、ＣＯ変成触媒層（２２）と第１の仕切板（５１）との間で、前記第１の仕切板（５１）が有する前記１個の改質ガス流通孔（５２）と周方向に相対する側に配置されてなり、空気供給口から放出される空気は、ＣＯ変成触媒層（２２）の上部の仕切板（２３）を流出するＣＯ変成済み改質ガスと混合しながら、第１の仕切板（５１）が有する前記１個の改質ガス流通孔（５２）を介して、第１の仕切板（５１）と第２の仕切板（５４）との間に流入し、第１の仕切板（５１）と第２の仕切板（５４）との間の隙間で混合しながら、前記第１の仕切板（５１）が有する改質ガス流通孔（５２）側から前記第２の仕切板（５４）が有する改質ガス流通孔（５５）へ向けて流れ、前記第２の仕切板（５４）が有する改質ガス流通孔（５５）を介して、第２の仕切板（５４）とＣＯ除去触媒層（３６）との間の隙間に流入するようにしてなる、ことを特徴とする固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器。 - 請求項１に記載の固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器において、前記ＣＯ変成触媒層を経た改質ガスに混合する空気供給管を、一体型円筒式水蒸気改質器の上方から順次、ＣＯ除去触媒層用支持板、前記第２の仕切板、前記第１の仕切板を貫通して配置し、前記空気供給管の空気放出用開口を前記ＣＯ変成触媒層と前記第１の仕切板との間に臨ませてなることを特徴とする固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器。
- 請求項１に記載の、円筒状容器内に改質触媒層、ＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を一体化して配置し、改質触媒層、ＣＯ変成触媒層を経た改質ガスに空気を混合した後、ＣＯ除去触媒層に供給するようにした固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器において、
原燃料供給管、空気供給管、水供給管、燃焼排ガス導出管、改質ガス導出管を円筒状容器の上部より供給、導出する構造としてなることを特徴とする固体高分子形燃料電池に燃料水素を供給するための一体型円筒式水蒸気改質器。
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