JP5198119B2 - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

Description

本発明は、改質用燃料原料から改質ガスを生成する燃料電池用改質装置に関する。

上記した改質装置は、改質運転において改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質反応で使用される水蒸気を生成させる蒸発部とを有する。蒸発部の温度を計測するため、蒸発部の蒸発室内に温度センサの温度検知部を進入させることにする。

更に、特許文献１には、改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質部を高温に加熱させる燃焼装置と、燃焼装置で燃焼した燃焼排ガスの成分検知を行うように燃料排ガスが通過する通路に進入する検知部をもつＣＯセンサと、ＣＯセンサの検知部のクリーニング作用を行うように空気をＣＯセンサの検知部に供給させる空気供給部とを有する水素発生器が開示されている。
特開２００７−２１７２２２号公報

蒸発部の蒸発室内に温度センサの温度検知部を進入させる方式によれば、温度センサの温度検知部は、蒸発部における気相状の水蒸気等の流体の温度を良好に検知できるものの、水蒸気に基づく液相状の水滴、異物等が温度センサの温度検知部自体に溜まるおそれがある。この場合、温度センサの温度検知部による検知精度の信頼性の向上には、温度センサの温度検知部の耐久性の向上、長寿命化には限界がある。殊に、水蒸気に基づく液相状の水滴が温度センサの温度検知部自体に溜まる場合には、温度センサの温度検知部は、気相状の水蒸気ではなく、液相状の水滴の温度を検知する頻度が高くなり、検知精度の信頼性の向上には限界がある。更に、温度センサの温度検知部は、温度検知部が設けられている壁面に比較して表面積が小さいため、液相状の水滴が温度検知部に溜まると、検知精度の信頼性の向上には限界がある。更に、流体が水素ガスである場合には、使用期間が長期に渡ると、温度センサの温度検知部において水素脆化が進行するおそれがあり、温度センサの温度検知部における耐久性の向上および長寿命化には限界がある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、温度センサの温度検知部における検知精度の信頼性の向上を高めると共に、温度センサの温度検知部における耐久性の向上および長寿命化に有利な燃料電池用改質装置を提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池用改質装置は、改質運転において改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質運転において使用される改質運転用流体が通過する流体通路を形成する伝熱材料を基材とする筐体と、温度を検知する温度検知部を有する温度センサと、温度センサの温度検知部が筐体の温度を検知するように、温度センサの温度検知部を筐体に伝熱可能に筐体の外壁面側に取り付ける取付具とを具備することを特徴とする。

温度センサの温度検知部は、筐体の外壁面側に取付具により取り付けられている。温度センサの温度検知部は、流通通路内には進入しておらず、筐体の外壁面の温度を検知する。このため温度センサの温度検知部自体には、流通通路を流れる異物等が溜まるおそれが抑制される。このため温度センサの温度検知部が異物の温度を誤検知することが抑えられる。更に温度検知部が異物により損傷されることが抑制される。従って、温度センサの温度検知部の検知精度の信頼性の向上を高めると共に、温度センサの温度検知部における耐久性の向上および長寿命化に有利となる。

ここで、改質部は、改質運転において改質用燃料原料から改質ガスを生成する。筐体は、改質運転において使用される改質運転用流体が通過する流体通路を形成しており、伝熱材料を基材とする。伝熱材料としては炭素鋼、ステンレス鋼等の合金鋼、アルミニウム合金、銅合金等が挙げられる。温度センサは、温度を検知する温度検知部を有する。取付具は、温度センサの温度検知部が筐体の外壁面の温度を検知するように、温度センサの温度検知部を筐体に伝熱可能に筐体の外壁面側に取り付ける機能を有する。

本発明に係る燃料電池用改質装置は、好ましくは、次の態様を含むことができる。

・好ましくは、取付具は、筐体の外壁面に設けられ筐体から伝熱される突部と、突部に取り付けられ温度検知部が伝熱可能に接合される接合部とを有する態様が採用できる。この場合、温度センサの温度検知部を筐体に伝熱可能に筐体の外壁面側に取り付けることができる。

・好ましくは、流体通路は、原料水から水蒸気を生成する蒸発室であり、筐体は蒸発室を形成する蒸発部を形成しており、蒸発部は、蒸発室に原料を供給する水入口をもつ態様が採用できる。この場合、蒸発室の下端から上端までの高さにおいて、温度センサの温度検知部は蒸発室の下端よりも蒸発室の上端に近くなるように配置されており、且つ、水入口は蒸発室の上端よりも下端に近くなるように配置されていることが好ましい。この場合、液相状の原料水は蒸発室における水蒸気の温度よりも低いため、温度センサの温度検知部は液相状の原料水の温度の影響を受けないことが好ましい。そこで、上記した場合には、水入口から温度センサの温度検知部を遠ざけることができる。従って、水入口から蒸発室に供給された液相状の原料水の影響を温度センサの温度検知部が受けることが抑制される。よって、温度センサの温度検知部で計測する温度の信頼性を高めるのに有利である。

・好ましくは、流体通路は、改質ガスに含まれている一酸化炭素を酸素と反応させる酸化反応により低減させる酸化反応室であり、筐体は、酸化反応室を形成するＣＯ酸化部を形成している態様が採用できる。この場合、温度センサの温度検知部は、酸化反応室の下流領域よりも酸化反応室の上流領域に配置されていることが好ましい。酸化反応室の上流領域においては酸素濃度が下流領域よりも高いため、酸化反応が進行し易い。酸化反応は発熱を伴う。このため酸化反応室の上流領域は高温となり易い。ここで、酸化反応室の温度としては、低めに計測されるよりも、高めに計測された方が酸化反応室の酸化反応の計測温度として好ましい。そこで上記した場合では、温度センサの温度検知部が酸化反応室の下流領域よりも上流領域に配置されている。上流領域は、酸化反応室の流路長さの中間点よりも上流を意味する。下流領域は、酸化反応室の流路長さの中間点よりも下流を意味する。場合によっては、温度センサの温度検知部は、酸化反応室においてこれの上流領域よりも下流領域に配置されていても良い。

・好ましくは、酸化反応室における改質ガスの拡散を促進させる拡散促進部材がＣＯ酸化部の酸化反応室に設けられている態様が採用できる。この場合、拡散促進部材は、酸化反応室において、筐体のうち取付具が設けられている壁部分の上流に位置していることが好ましい。酸化反応室において改質ガスの拡散が拡散促進部材により促進されれば、酸化反応室における酸化反応が分散化され、酸化反応室における局部的な発熱が抑制される。この場合、ＣＯ酸化部の熱が均一に温度センサの温度検知部に伝達され易くなる。故に、温度センサの温度検知部が筐体の外壁面側に設けられているときであっても、温度検知の信頼性を向上させるのに有利である。拡散促進部材としては、複数の通孔を分散させて有するパンチングメタル、網部材等が挙げられる。なお、各通孔の大きさは、触媒担体または触媒を保持できる大きさであることが好ましい。

・好ましくは、流体通路は、改質ガスに含まれている一酸化炭素を水分子と反応させるシフト反応により低減させるシフト反応室であり、筐体は、シフト反応室を形成するシフト部を形成している態様が採用できる。この場合、温度センサの温度検知部は、シフト反応室を流れる改質ガスの温度を計測できる。

・温度センサの温度検知部は流体通路の外方に配置されている。このため検知精度は、筐体の外方における外乱の影響を受けるおそれがある。そこで、好ましくは、筐体は断熱材料で形成された被覆層で被覆されており、温度センサの温度検知部は、被覆層で覆われている態様が採用できる。この場合、筐体の外方における外乱の影響が抑制されるため、温度センサの温度検知部が計測する計測温度の信頼性を高めるのに有利である。

・好ましくは、流体通路から温度センサの温度検知部への熱伝達を促進させる応答性促進部材が、流体通路内に設けられている態様が採用できる。応答性促進部材は、炭素鋼、ステンレス鋼等の合金鋼、ニッケル、ニッケルークロム合金、アルミニウム合金、銅合金等の伝熱材料で形成する態様が挙げられる。耐食性を向上させるメッキ等の表面処理を施しても良い。

・温度センサの温度検知部で計測した計測温度と、流体通路内の実温度とは、高精度で一致することが好ましい。しかし流体通路から筐体までの伝熱遅れ、伝熱ロス等が存在する。そこで、好ましくは、温度センサの温度検知部で計測した計測温度に対して補正して補正温度とする制御部が設けられている態様が採用できる。この場合、制御部は、温度センサの温度検知部で計測した計測温度の昇温変化率が所定値よりも大きいとき、昇温方向へ補正値を増加させることが好ましい。ここで、計測温度の昇温変化率が所定値よりも大きいときには、流体通路内の温度の昇温速度が速い。このため流体通路から温度センサの温度検知部までの伝熱遅れおよび伝熱ロス等を考慮すると、温度センサの温度検知部で計測した計測温度は、実温度よりも低めとなるおそれがある。このように昇温変化率が所定値よりも大きいときには、昇温程度が大きいため、制御部は、昇温方向への補正値を増加させることが好ましい。

・更に好ましくは、制御部は、温度センサの温度検知部で計測した計測温度の降温変化率が所定値よりも大きいとき、降温方向への補正値を増加させる態様が採用できる。計測温度の降温変化率が所定値よりも大きいときには、流体通路内の温度の降温速度が速い。このため流体通路から温度センサの温度検知部までの伝熱遅れ、伝熱ロス等を考慮すると、温度センサの温度検知部で計測した計測温度は、実温度よりも高めとなるおそれがある。そこで、温度センサの温度検知部で計測した計測温度の降温変化率が所定値よりも大きいとき、制御部は、降温方向への補正値を増加させることが好ましい。

・改質用燃料原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。

本発明によれば、温度センサの温度検知部における検知精度の信頼性の向上を高めると共に、温度センサの温度検知部における耐久性の向上および長寿命化に有利となる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図面を参照して具体的に説明する。本実施形態に係る改質装置は定置用、産業用または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１の全体概念を示す。図２および図３は改質装置１の主要部を示す。図１に示すように、改質装置１は、燃焼室２０を形成する改質部２と、燃焼室２０に挿入され改質部２を加熱する燃焼部２５と、蒸発部５０と、シフト部６０と、ＣＯ酸化部５３とをもつ。燃焼部２５には、燃焼用燃料（または燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガス）および燃焼用空気が供給される。改質部２は、鉛直方向に沿った中心軸線Ｐ１をもつ筒形状をなしており、改質用燃料（改質用燃料原料）を水蒸気により改質させ、水素を主要成分とする（例えば３０モル％以上）改質ガスを生成する。改質用燃料がメタンを含む場合には、下記の（１）式に基づく。

図２に示すように、改質部２は、外通路２１と、外通路２１に対して内側となるように同軸的に形成された内通路２２と、外通路２１の上部と内通路２２の上部とを繋ぐ折返通路２３とを有する。内通路２２および外通路２１は第２耐火層４７で仕切られている。外通路２１の下部は改質部２の入口２ｉとされている。内通路２２の下部は改質部２の出口２ｐとされている。外通路２１および内通路２２には、改質触媒を担持した触媒担体２０ａが収容されている。触媒担体２０ａは粒状とされている。

図２に示すように、改質部２の外周側には、筒形状をなす第１耐火層４１が設けられている。第１耐火層４１は、改質部２に同軸的な周壁層４１ａと、改質部２の上部を覆う天井層４１ｃとを有する。天井層４１ｃには中間蓋４２が取り付けられている。第１耐火層４１の内周面および外周面は、燃焼室２０に連通する筒形状をなす第１燃焼通路４３および第２燃焼通路４４を同軸的にそれぞれ形成する。第２燃焼通路４４は、外部に連通する燃焼排ガス通路４５に連通する。更に第１耐火層４１で区画される第２燃焼通路４４の外周側には、改質水を蒸発させる蒸発部５０が同軸的に形成されている。蒸発部５０は、空間幅が狭いリング形状または筒形状の空間で形成されている。蒸発部５０の下部には、改質水を供給する水入口５０ｉが形成されている。水搬送源としてのポンプ５０ｍが駆動すると、水入口５０ｉから蒸発部５０に改質水（原料水）が供給される。蒸発部５０の上部には、改質水を加熱して生成した水蒸気を吐出する水蒸気出口５０ｐが形成されている。このため蒸発部５０において水および水蒸気は上向きに流れる。但し、蒸発部５０において水および水蒸気を下向きに流すことにしても良い。液相状の水である改質水を蒸発部５０に供給する水搬送源として機能するポンプ５０ｍが設けられている。制御部１００はマイコンおよびメモリを有しており、ポンプ５０ｍ、バルブなどを制御する。

蒸発部５０の外周側には、筒形状をなす第３耐火層４８を介して、筒形状をなすＣＯ酸化部５３が同軸的に隣設されている。第３耐火層４８は、ＣＯ酸化部５３の熱が蒸発部５０に伝達されることを抑制し、ＣＯ酸化部５３の温度を確保するのに有効である。ＣＯ酸化部５３の下部には、後述する混合室に連通する入口５３ｉが形成されている。ＣＯ酸化部５３の上部には、燃料電池のアノードに連通する出口５３ｐが形成されている。

図１に示すように、燃焼室２０で燃焼された燃焼ガスは、第１燃焼通路４３を下降し，第２燃焼通路４４を上昇して流れ、燃焼排ガス通路４５から外部に向けて排出される。蒸発部５０は第２燃焼通路４４を流れる燃焼ガスにより加熱される。

更に、図１に示すように、改質装置１は、改質部２の下方に配置された熱交換部５４と、熱交換部５４の下方に配置されたシフト部６０と、シフト部６０と熱交換部５４との間に配置された電気式のヒータをもつ暖機部５５（起動時に使用）とを備えている。ここで、改質部２の下流（下方）に熱交換部５４が設けられている。熱交換部５４の下流（下方）にシフト部６０が設けられている。熱交換部５４は、互いに熱交換可能な第１熱交換通路５４ａおよび第２熱交換通路５４ｃを有する。熱交換部５４は、燃料原料としての改質用燃料（例えば炭化水素系ガス）を供給する原料入口５４ｉと、蒸発部５０で生成された水蒸気が供給される水蒸気入口５４ｋとを有する。

シフト部６０は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を利用す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。ＣＯシフト部６０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６０ａを有する。シフト触媒は例えば銅−亜鉛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６０ａは粒状をなす。シフト部６０は、改質ガスを流す改質ガス通路を形成する改質ガス通路形成部材６１を有する。改質ガス通路形成部材６１は、内側の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）を形成する内筒６２と、外側の第２シフト通路６１ｓ（下流領域）を形成するように内筒６２に対して同軸的に配置された外筒６３と、内筒６２の先端部（下端部）側に設けられた円形状をなす第１多孔板６４と、内筒６２の基端部（上端部）側に設けられたリング形状をなす第２多孔板６５と、外筒６３の下面開口および内筒６２の下面開口を閉鎖する閉鎖板６６とを有する。第１シフト通路６１ｆおよび第２シフト通路６１ｓは、内筒６２で仕切られているため、内筒６２は仕切部材として機能する。第１シフト通路６１ｆおよび第２シフト通路６１ｓには、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａが収容されている。

第１多孔板６４および閉鎖板６６は折返通路６７を形成し、第１シフト通路６１ｆの改質ガスを矢印Ｅ方向にＵターンさせて第２シフト通路６１ｓに流す。第１多孔板６４は多数の通孔を有しており、ガス通過性を確保しつつ、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａが落下することを抑制する。第２多孔板６５は多数の通孔を有しており、ガス通過性を確保しつつ、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａが飛散することを抑制する。外筒６３には、酸素を含む空気（酸素含有ガス）が供給される空気通路７０（酸素含有ガス通路）を形成する第１形成部材７１（酸素含有ガス通路形成部材）が設けられている。

ＣＯ酸化部５３は、シフト部６０の下流に配置されており、シフト部６０で浄化された改質ガスに含まれているＣＯを下記の式（３）に基づいて、酸化させて低減させる酸化反応を促進させるものである。このためＣＯ酸化部５３は、酸化反応を促進させる酸化触媒を有する触媒担体５３ａを有する。触媒担体５３ａは粒状とされている。酸化触媒は例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属触媒が採用されるが、これに限定されるものではない。
式（１）…ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ（吸熱反応）
式（２）…ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２（発熱反応）
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２（発熱反応）
次に改質装置１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、燃焼用空気を燃焼部２５に供給すると共に、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給する。これにより燃焼部２５が着火され、燃焼室２０において燃料火炎２５ｃ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２５により改質部２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２と共に蒸発部５０、シフト部６０およびＣＯ酸化部５３も加熱される。

改質部２が適温領域にされたら、改質水（改質反応前の水）が蒸発部５０の水入口５０ｉに供給される。改質水は蒸発部５０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５０を上昇し、蒸発部５０の水蒸気出口５０ｐから水蒸気通路７５を経て熱交換部５４の水蒸気入口５４ｋを介して合流域５６に到達する。これに対して、改質用燃料（燃料原料）は熱交換部５４の原料入口５４ｉから熱交換部５４の合流域５６に供給される。これにより合流域５６において、改質用燃料と水蒸気とが合流して混合される。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。

合流した混合流体が熱交換部５４の低温側の第１熱交換通路５４ａを流れて改質部２の外通路２１の入口２ｉに至る。このとき改質部２の内通路２２の出口２ｐから吐出された高温の改質ガスは、熱交換部５４の第２熱交換通路５４ｃを流れる。このため相対的に高温の改質ガスと、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予熱される。予熱された混合流体は改質部２の外通路２１に流入して矢印Ａ方向（図２参照）に流れ、折返通路２３をＵターンして内通路２２に流入して矢印Ｂ方向（図２参照）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（１）に示す改質反応により、水素リッチ（２０モル％以上）な改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む可能性がある。

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部２の内通路２２の出口２ｐから熱交換部５４に矢印Ｃ方向（図２参照）に流入する。即ち、高温の改質ガスは、熱交換部５４の高温側の第２熱交換通路５４ｃを通過することにより、低温側の第１熱交換通路５４ａの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部５５を経て、シフト部６０の入口６０ｉからシフト部６０の第１シフト通路６１ｆに矢印Ｄ方向に流入する。シフト部６０においては、上記した式（２）に示すように、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（有害ガス）の濃度が低減される。

更に、シフト部６０において一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスは、シフト部６０から折返通路６７を矢印Ｅ，Ｇ方向（図４参照）に流れ、第２多孔板６５を通過し、混合室に至る。更に、改質ガスは混合室を流れ、混合室の出口８１ｐから通路８５を矢印Ｈ，Ｉ方向（図２参照）に流れ、入口５３ｉからＣＯ酸化部５３内に流入する。ＣＯ酸化部５３の酸化反応室５３ｓにおいては、改質ガスは矢印Ｊ方向（上向き，図２参照）に流れる。ＣＯ酸化部５３において、上記した式（３）に示すように、酸素を利用した酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２）が行われる。この結果、改質ガスに含まれているＣＯが浄化されて更に低減される。このように浄化された改質ガスは、ＣＯ酸化部５３の出口５３ｐからアノードガスとして、燃料電池の燃料極（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、燃料電池の酸化剤極（カソード）に供給される。これにより燃料電池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。このためオフガスは燃焼部２５に供給されて燃焼され、燃焼部２５の熱源となる。なお、改質装置１の全体は、断熱材料で形成された外殻状をなす被覆層２００（図１参照）で被覆されている。被覆層２００は、保温性を高めるともに、外方に対する断熱性を高める。

更に本実施形態の改質装置１について、図２を参照して説明を加える。改質装置１は、内周から外周に向かうにつれて、第１筒９１、第２筒９２、第３筒９３、第４筒９４、第５筒９５、第６筒９６、第７筒９７、第８筒９８および第９筒９９を中心軸線Ｐ１に対して同軸的に有する。各筒９１〜９９は円筒形状をなしており、金属（例えばステンレス鋼）で形成されている。ここで、改質部２は、第１筒９１と、第２筒９２と、第３筒９３と、第４筒９４とを同軸的に配置している。第１筒９１は有底形状をなしており、底部９１ｃと、底部９１ｃに溶接または取付具で固定された下向きに突出する係合ピン９１ｅとを有する。

図３に示すように、第１筒９１の外周面と第２筒９２の内周面とで、改質用の触媒担体２０ａが収容されている筒形状をなす内通路２２（ガス通路，触媒通路）が形成されている。第３筒９３の外周面と第４筒９４の内周面とで、改質用の触媒担体２０ａが収容されている筒形状をなす外通路２１（ガス通路，触媒通路）が形成されている。第４筒９４の外周面と第１耐火層４１の内周面とで、リング形状または筒形状をなす第１燃焼通路４３が形成されている。第５筒９５の内周面は第１耐火層４１を被覆している。第５筒９５の外周面と第６筒９６の内周面とで、リング形状をなす第２燃焼通路４４が形成されている。第６筒９６の上面開口は主蓋４９で閉鎖されている。第６筒９６の外周面と第７筒９７の内周面とで、リング形状または筒形状の空間で形成された蒸発部５０が形成されている。第７筒９７の外周面と第８筒９８の内周面とで、筒形状をなす第３耐火層４８が被覆されている。第８筒９８の外周面と第９筒９９の内周面とで、筒形状をなすＣＯ酸化部５３が形成されている。

図２に示すように、各筒の下方には金属製の主固定部８６が配置されている。但し主固定部８６は耐火物製としても良い。主固定部８６は、改質部２の外通路２１に連通する第１連通孔８６ｆと、改質部２の内通路２２に連通する第２連通孔８６ｓとを有する。第３筒９３の下端部、第４筒９４の下端部、第６筒９６の下端部は、金属製の主固定部８６に溶接等で固定されている。第１筒９１の上端部と第４筒９４の上端部とには、リング形状の蓋８８が溶接等で接合されている。

改質部２の外通路２１の下部には、ガス通過性をもつ第１多孔板１１０が配置されている。第１多孔板１１０は中心軸線Ｐ１に対して同軸的なリング形状をなしており、厚み方向に貫通する多数の通孔１１０ｍを有する金属製のパンチングメタルまたは網部材で形成されている。第１多孔板１１０は、外通路２１に収容されている触媒担体２０ａが落下することを抑制する。主固定部８６には副固定部８７が載せられている。副固定部８７は耐火材または金属で形成されている。副固定部８７と主固定部８６とは、改質ガスを通過させるためにガス通過性をもつ主多孔板１５０が保持されている。主多孔板１５０は円形状をなしており、改質ガスを通過させるために、厚み方向に貫通する多数の通孔１５０ｍを有するパンチングメタルまたは網部材で形成されている。第１筒９１の係合ピン９１ｅは、主多孔板１５０の係合孔１５０ｅに挿入されて係合している。これにより組付時において第１筒９１の位置決め精度が確保され、第１筒９１の同軸性が確保され易くなる。故に、内通路２２の通路幅をこれの周方向において均一化させるのに貢献できる。このため内通路２２における触媒反応のムラが低減され、改質反応を良好になし得る。

図２および図３に示すように、ＣＯ酸化部５３のうち下部には、ガス通過性をもつ第２多孔板１２０が保持されている。ＣＯ酸化部５３のうち上部には、ガス通過性をもつ第３多孔板１３０が保持されている。第２多孔板１２０および第３多孔板１３０は、中心軸線Ｐ１に対して同軸的なリング形状をなしており、厚み方向に貫通すると共に分散された多数の通孔１２０ｍ，１３０ｍを有するパンチングメタルまたは網部材で形成されている。第２多孔板１２０は、ＣＯ酸化部５３の触媒担体５３ａが落下することを抑制する。第３多孔板１３０は、ＣＯ酸化部５３の触媒担体５３ａに対してガス通過性を確保しつつ蓋をしている。また、製造から輸送を経て改質装置１を設置するまでの間において、改質装置１が傾き、ＣＯ酸化部５３の触媒担体５３ａが落下したりこぼれたりすることを抑制する役目を果たす。
ＣＯ酸化部５３は、第２多孔板１２０の下方にリング形状をなす下部空間５３ｄと、第２多孔板１２０の上方にリング形状をなす上部空間５３ｕとを有する。

図２および図３に示すように、第２燃焼通路４４には応答性促進部材として機能する伝熱フィン４６が挿入されている。第６筒９６の下部には、径内方向に突出する突起９６ａ（係合体）が形成されている。突起９６ａは、第６筒９６の周方向において間隔を隔てて断続的に複数個設けられている。突起９６ａは、第５筒９５と第６筒９６との同軸性を高めるのに貢献できる。更に、伝熱フィン４６の落下は突起９６ａにより抑制されている。改質装置１の組付時に、改質装置１を構成する部品が上下逆に配置されることがある。このような場合であっても、中間蓋４２のフランジ部４２ｆにより伝熱フィン４６の落下が抑制される。

本実施形態によれば、図１および図４に示すように、混合室を有する冷却部８０がシフト部６０に隣設されている。混合室は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）の入口６０ｉに隣設されつつ、シフト部６０の第２シフト領域６０ｓ（下流領域）の出口６０ｐに隣設されている。換言すると、混合室は、シフト部６０の上流領域および下流領域の双方に隣設されている。混合室には、空気（大気）を供給する空気通路７０の入口７０ｉが連通する。ここで、シフト反応は、上記した式（２）（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２）に基づき、発熱を伴う。改質装置１の運転条件、触媒担体２０ａ，５３ａ，６０ａの触媒の種類等によっても相違するが、入口６０ｉは一般的には１５０〜３００℃の範囲、殊に１８０〜２２０℃の範囲となる。改質装置１の運転時において、シフト部６０が必要以上に過剰に高温化されると、上記した発熱を伴うシフト反応に基づくＣＯ濃度を低減させる効果が発現されにくくなる傾向がある。殊に、改質部２で改質された改質ガスが熱交換部５４を介してシフト部６０に供給されるため、シフト部６０は高温となりがちである。触媒担体５３ａの触媒の活性温度域よりも高くなり、触媒の活性が過剰に低下することもある。

この点について本実施形態によれば、図１に示すように、空気が供給されることにより冷却機能を果たす混合室は、シフト部６０に隣設されている。このため、改質装置１の運転中において、発熱を伴うシフト反応を行うシフト部６０を、混合室の空気（大気）により積極的に冷却させることができ、シフト部６０におけるＣＯ低減効果が良好に得られる。このようにＣＯ酸化部５３に供給される前の空気でシフト部６０を冷却させることができるため、専用の冷却機構を廃止でき、コストダウンが可能となる。混合室の空気の温度はシフト部６０の常用温度域よりも低いものであり、例えば、シフト触媒の活性温度域の最低値（例えば１５０程度）にできる。

殊に本実施形態によれば、空気が供給される混合室は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）のうち入口６０ｉと、シフト部６０の第２シフト通路６１と（下流領域）のうち出口６０ｐの双方に隣設されている。このため、発熱を伴うシフト反応を行うシフト部６０の入口６０ｉおよび出口６０ｐの双方を、空気（大気）により積極的に冷却させることができる。殊に、シフト部６０の上流領域を積極的に冷却させることは有効である。なかでも上流領域の入口６０ｉを積極的に冷却させることは有効である。その理由としては、改質部２から熱交換部５４を経た直後の改質ガス（ＣＯ濃度が高い）が入口６０ｉからシフト部６０の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）に供給されるため、当該上流領域、殊に入口６０ｉを冷却させることは有効である。

混合室の中心軸線は、中心軸線Ｐ１と同軸である。混合室は、中心軸線Ｐ１の回りを１周するリング形状または筒形状の空間をなしており、シフト部６０（殊に入口６０ｉ）に対して同軸的とされている。このためシフト部６０（殊に入口６０ｉ）を冷却させる冷却面積を増加させるのに有利である。

更に説明を加える。混合室には、改質部２で生成された一酸化炭素を含む可能性がある改質ガス（シフト部６０を流れ且つＣＯ酸化部５３に供給される前の改質ガス）と、空気通路７０の入口７０ｉから空気（酸素含有ガス）とが供給されて混合される。従って、混合室は、改質ガスと空気とをＣＯ酸化部５３の上流において混合させる混合室として機能することができる。改質ガス通路としての第２シフト通路６１ｓは、混合室の軸線（中心軸線Ｐ１）に対して延設された通路を形成している。従って、第２シフト通路６１ｓ（改質ガス通路）は、第２シフト通路６１ｓが延設されている方向に沿って、つまり矢印Ｇ方向（上向き）に沿って、改質ガスを流す。

これに対して図４に示すように、酸素含有ガス通路として機能する空気通路７０は、空気（酸素含有ガス）を混合室の中心軸線Ｐ１に対して直角方向に沿って径内方向（矢印Ｒ方向）に向けて流す。ここで、図４に示すように、混合室の内周側には方向変換部８２が設けられている。方向変換部８２は、第２シフト通路６１ｓから供給される改質ガスと、空気とを互いに衝突させるように案内する機能を有する。具体的には、中心軸線Ｐ１を通る断面（図１および図４）において、方向変換部８２は、中心軸線Ｐ１の回りを１周するように設けられており、中心軸線Ｐ１に対してほぼ直状に傾斜されている傾斜面８２ａを有する。中心軸線Ｐ１と平行な方向に対する傾斜面８２ａの傾斜角θ１は、２０〜８０度の範囲内、３０〜６０度の範囲内、あるいは、３５〜５５度の範囲内とすることができる。

図４に示すように、方向変換部８２は、冷却通路（改質部２）の中心軸線Ｐ１に対して傾斜されている。方向変換部８２は、重力方向の下方に向かうにつれて縮径するように傾斜している。すなわち方向変換部８２は、上方に向かうにつれて拡径するように傾斜している。空気が混合室に供給されていないとき、方向変換部８２は、第２シフト通路６１ｓを矢印Ｇ方向（中心軸線Ｐ１に沿った方向）に流れる改質ガスを、混合室において径外方向（矢印Ｓ方向）に指向させる。更に、改質ガスが流れていないとき、方向変換部８２は、空気通路７０は、矢印Ｒ方向に流れる空気を混合室において混合室の軸線（中心軸線Ｐ１）が延設されている方向（図４に示す矢印Ｔ方向）に指向させる。この結果、混合室において、改質ガスと空気とを互いに対向させて衝突させるように、方向変換部８２は改質ガスおよび空気を案内させる。このため、混合室において改質ガスおよび空気同士が衝突流となり易い。故に、混合室において乱流化が進行し、混合室における改質ガスおよび空気同士の混合性を高めることができる。

本実施形態によれば、方向変換部８２は、内筒６２の基端部６２ｂを径外方向に円錐形状に拡径加工させることにより形成されている。この場合、拡径加工の際に、加工硬化による方向変換部８２の強度増加を期待できる。上記したように方向変換部８２は内筒６２の一部分で形成されているため、別部品を必要とせず、部品の点数を低減できる。上記した内筒６２は、シフト部６０と冷却部８０とを仕切る仕切部材として機能する。混合室は、シフト部６０と冷却部８０とを仕切る内筒６２（仕切部材）を用いて形成されている。この場合、内筒６２（仕切部材）を介してシフト部６０および冷却部８０は隣設されている。

図５は、混合状態を平面から視認する概念形態を模式的に示す。図５に示すように、混合室に供給された改質ガスは、方向変換部８２により径外方向（矢印Ｓ方向）に指向する。これに対して、空気通路７０の入口７０ｉから混合室に供給される空気は、径内方向（矢印Ｒ方向）に向かい、更に方向変換部８２に当たると、矢印Ｔ方向（図４参照）に指向する。このため、殊に空気通路７０の入口７０ｉ付近においては、空気と改質ガスとの対向流としての衝突度が高くなる。これにより混合室における乱流化が促進される。故に、混合室における空気と改質ガスとの均一混合性が増加する。殊に空気通路７０の入口７０ｉ付近においては、上記した均一混合性が増加する。

ここで、空気通路７０の入口７０ｉは、混合室において出口８１ｐから最も遠い位置に設けられている。空気通路７０の入口７０ｉから混合室に供給された空気は、混合室の周方向に沿って流れ、混合室の出口８１ｐから吐出される。上記したように空気と改質ガスとの混合室における混合性が向上すれば、空気を含む改質ガスが入口５３ｉからＣＯ酸化部５３に供給されたとき、ＣＯ酸化部５３におけるＣＯ酸化反応を良好に実施することができる。ここで、反応を促進させるためには、均一に混合させることが重要である。上記した混合室に方向変換部８２を形成する構成を採用すれば、混合室における水素と酸素との均一混合性が向上される。

なお、図５によれば、空気通路７０の入口７０ｉが単数である形態を示す。更に、空気通路７０の入口７０ｉが混合室の周方向において複数個設けられている形態でも良い。この場合、空気と改質ガスとの均一混合性が更に増加する。図４から理解できるように、シフト部６０の入口６０ｉにおいて、外周側を流れる改質ガスが方向変換部８２の傾斜面８２ｃに当たると、改質ガスは矢印ＫＡ方向（図４参照）に中心軸線Ｐ１に向けて指向するように案内される。更に本実施形態によれば、図５に示すように、混合室は中心軸線Ｐ１の回りにリング形状または筒形状に延設されている。故に、混合室自体を流れる通路距離（入口７０ｉから出口８１ｐまでの通路距離）が確保される。故に、混合室において空気と改質ガスとを混合させる混合距離を確保でき、空気と改質ガスとの混合性を更に向上させるのに有利となる。

加えて本実施形態によれば、図１に示すように、シフト部６０に隣設されている冷却部８０の混合室の出口８１ｐからＣＯ酸化部５３の入口５３ｉまで通路８５が延設されている。すなわち冷却部８０の混合室はＣＯ酸化部５３の上流に配置されており、混合室とＣＯ酸化部５３とを繋ぐ通路８５の通路距離が存在している。また出口８１ｐにより径が絞られ圧損が高くなるため、更に、ガス混合性が向上する。このため、空気を含む改質ガスが通路８５を流れるとき、改質ガスと空気とを通路８５（ＣＯ酸化部５３の上流の配管）において拡散などで更に混合させることができ、混合性を更に一層高めることを期待できる。よってＣＯ酸化部５３における酸化反応性を一層向上させるのに有利となる。

更に本実施形態によれば、前述したように、図４に示すように、シフト部６０は、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａを収容すると共に改質ガスを流す第１シフト通路６１ｆを形成する内筒６２と、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａを収容すると共に改質ガスを流す第２シフト通路６１ｓを形成する外筒６３と、内筒６２の先端部６２ｃに対向するように内筒６２および外筒６３の軸直角方向に沿って配置された第１多孔板６４とを有する。第１多孔板６４は厚み方向に貫通する通孔をもつ。図４に示すように、隙間幅を有する微小隙間６８が内筒６２の先端部６２ｃと第１多孔板６４との間に形成されている。これにより内筒６２の軸線方向に沿った熱膨張が大きいときであっても、内筒６２の先端部６２ｃが第１多孔板６４が過剰に衝突しないようにされている。従って第１多孔板６４、内筒６２の薄肉化を図りつつ、これらの長寿命化および耐久性が確保される。殊に、多数の通孔をもつ第１多孔板６４の変形が抑制される。

さて、図２は本実施形態の特徴を示す。図２に示すように、第１筐体として機能する第７筒９７は、蒸発室５１（流体通路）を形成する蒸発部５０を構成しており、ステンレス鋼、炭素鋼等の合金鋼に代表される金属（伝熱材料）で形成されている。蒸発部５０は、前述したように、蒸発室５１に原料を供給する水入口５０ｉをもつ。水入口５０ｉは蒸発室５１の下端５１ｄに形成されている。すなわち、水入口５０ｉは蒸発室５１の上端５１ｕよりも下端５１ｄに近くなるように配置されている。

図６に示すように、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１は信号線８１３を有しており、蒸発室５１内に進入されておらず、蒸発室５１を形成する第７筒９７自体の温度を検知するように、第７筒９７の外壁面側に第１取付具８５０により着脱可能に取り付けられている。このため第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１自体には、蒸発室５１を流れる液相状の水、水に含まれる異物等が溜まるおそれが抑制される。このため第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１が液相状の水、異物等の温度を誤検知することが抑えられる。更に第１温度検知部８１１が、水蒸気を含むガスにより酸化劣化することが抑制される。従って、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１の検知精度の信頼性の向上を高めると共に、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１における耐久性の向上および長寿命化に有利となる。

ここで、水入口５０ｉから蒸発室５１に供給される液相状の原料水は、一般的には、蒸発室５１における水蒸気の温度よりも低い。このため、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１は、液相状の原料水の温度の影響を受けないことが好ましい。この場合、蒸発室５１の下端５１ｄから蒸発室５１の上端５１ｕまでの高さにおいて、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１は、第７筒９７において、蒸発室５１の下端５１ｄよりも蒸発室５１の上端５１ｕに近くなるように配置されている。この結果、改質装置１の高さ方向において、水入口５０ｉから第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１をできるだけ遠ざけている。従って、水入口５０ｉから蒸発室５１に供給された液相状の原料水の影響を第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１が受けることが抑制され、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１で計測する温度の信頼性を高めるのに有利である。なお、蒸発室５１の下端５１ｄから蒸発室５１の上端５１ｕまでの高さ寸法を１００（図６に示すＨ１）として相対表示すると、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１は、蒸発室５１の下端５１ｕから６０〜１００の範囲内、７０〜１００の範囲内、８０〜１００の範囲内、９０〜１００の範囲内に配置されていることが好ましい。

更に図２に示すように、改質装置１の周方向において、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１は水入口５０ｉと反対側に位置しており、水入口５０ｉから遠ざけられている。

更に、第７筒９７のうち第１温度検知部８１１を取り付ける壁部分９７ｍは、鉛直方向に沿っている。従って、仮に、液相状の原料水が第７筒９７の壁部分９７ｍの内壁面に付着したとしても、その液相状の水を重力により速やかに流下させることができる。よって、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１が第７筒９７の外壁面側に設けられているときであっても、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１で計測する温度の信頼性を高めるのに有利である。更に、万一、第１温度センサ８１０が故障したしても、第１温度センサ８１０の交換も容易である。

本実施形態によれば、図６に示すように第２筐体として機能する第９筒９９（筐体）は、酸化反応室５３ｓ（流体通路）を形成するＣＯ酸化部５３を構成しており、ステンレス鋼、炭素鋼等の合金鋼に代表される金属（伝熱材料）で形成されている。ＣＯ酸化部５３は、酸化反応室５３ｓに空気（酸素含有ガス）と改質ガスとが混合した混合ガスを供給する入口５３ｉ（酸素入口）をもつ。入口５３ｉはＣＯ酸化部５３の下端側に形成されている。ここで、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１は信号線８２３を有しており、酸化反応室５３ｓ内に進入されておらず、酸化反応室５３ｓを形成する第９筐体９９の温度を検知するように、第９筒９９の外壁面側に第２取付具８５０により取り付けられている。この結果、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１自体には、酸化反応室５３ｓを流れる異物（例えば触媒担体滓）等が溜まるおそれが抑制される。このため第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１が異物等の温度を誤検知することが抑えられる。更に第２温度検知部８２１が異物等により損傷されることが抑制される。従って、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１の検知精度の信頼性の向上を高めると共に、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１における耐久性の向上および長寿命化に有利となる。

更に、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１は、ＣＯ酸化部５３内の水素を主要成分とする改質ガスに非接触である。このため第２温度検知部８２１が水素脆化することが抑えられており、第２温度検知部８２１の耐久性の向上、長寿命化を図り得る。更に、万一、第２温度センサ８２０が故障したとしても、第２温度センサ８２０の交換が容易である。

空気（酸素含有ガス）は、改質ガスと共に入口５３ｉからＣＯ酸化部５３の酸化反応室５３ｓに供給される。このため酸化反応室５３ｓのうち入口５３ｉ付近（上流領域）において、酸化反応が進行し易い。酸化反応は発熱を伴う。このため酸化反応室５３ｓにおいては下流領域よりも上流領域が高温となり易い。ここで、酸化反応室５３ｓの温度としては、低めに計測されるよりも、高めに計測された方が酸化反応室５３ｓの酸化反応を把握する計測温度として好ましい。そこで上記した場合では、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１が酸化反応室５３ｓにおいて下流領域よりも上流領域に配置されている。

図６に示す第２多孔板１２０は複数の通孔１２０ｍを分散させて有しており、ＣＯ酸化部５３の酸化反応室５３ｓの上流に設けられており、触媒担体５３ａを支持するばかりか、酸化反応室５３ｓに流入する改質ガスの拡散を促進させる拡散促進部材として機能することができる。この場合、第２多孔板１２０は、第９筒９９（筐体）のうち取付具８５０が設けられている壁部分９９ｍの上流に位置している。このように第２多孔板１２０の複数の通孔１２０ｍは、酸化反応室５３ｓに流入する改質ガスの拡散を促進させる。これにより酸化反応室５３ｓにおける酸化反応が場所的に分散化される。故に、酸化反応室５３ｓにおける局部的な酸化反応（発熱反応）が抑制される。この場合、ＣＯ酸化部５３の熱が均一に第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１に伝達され易くなる。故に、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１が第９筒９９の外壁面側に設けられているにもかかわらず、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１による温度検知の信頼性を向上させることができる。

また、改質装置１の外部の温度が外乱などにより急激に変動すると、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１の検知精度、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１の検知精度は低下するおそれがある。この点について本実施形態によれば、上記した第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１と、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１とは、被覆層２００で覆われている。このため第１温度検知部８１１および第２温度検知部８２１が改質装置１の外部の温度の外乱の影響を受けることが抑制されている。従って第１温度検知部８１１および第２温度検知部８２１の検知精度の信頼性が高められている。

なお、本実施形態によれば、蒸発室５１から第７筒体９７を介して第１温度検知部８１１に至るまでの伝熱遅れ、伝熱ロス等が存在するおそれがある。このため第１温度検知部８１１で計測した計測温度と蒸発室５１内の実温度とは厳密には一致するものではないが、その差は微小値である。このため、制御モードにおいてそれを前提としておけば、第１温度検知部８１１で計測した計測温度を蒸発室５１の実温度として認定しても実用上の支障はない。更に、第１温度検知部８１１で計測した計測温度を補正して補正温度とし、その補正温度を蒸発室５１内の実温度として制御モードにおいて採用しても良い。同様に第２温度検知部８２１で計測した計測温度を補正して補正温度とし、その補正温度をＣＯ酸化部５３の実温度として制御モードにおいて採用しても良い。

（実施形態２）
図７および図８は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。金属製の取付具８５０は、第７筒９７（または第９筒９９）の外壁面に溶接などで突設され第７筒９７（または第９筒９９）から伝熱されるボルトで形成された突部８５２と、突部８５２に取り付けられ第１温度検知部８１１が伝熱可能に挿入される挿入孔８５３を有する圧着可能な圧着部８５４（接合部）をもつ接合部材８５５と、圧着部８５４をもつ接合部材８５５を突部８５２に着脱可能に取り付ける第１締結要素として機能する第１ナット８５６と、第１ナット８５６の緩みを抑制する第２締結要素として機能する第２ナット８５７とを有する。接合部材８５５の挿入孔８５３は突部８５２に嵌合されている。第１ナット８５６の雌ねじおよび第２ナット８５７の雌ねじは、突部８５２の雄ねじに螺合して、接合部材８５５を締結させる。圧着部８５４をもつ接合部材８５５、第１ナット８５６および第２ナット８５７は、伝熱性が良好な金属、例えばステンレス鋼や炭素鋼等の合金鋼、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金等で形成されている。圧着部８５４の挿入孔８５３に第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１（第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１）が挿入された状態で、圧着部８５４は工具等により塑性変形される。このため、第１温度検知部８１１（第２温度検知部８２１）が圧着部８５４に伝熱可能に取り付けられる。なお，図７および図８において、ＷＡは第７筒９７（筐体）から第１温度検知部８１１（または第２温度検知部８２１）までの伝熱経路を示す。第１温度検知部８１１は信号線８１３をもつ。第２温度検知部８２１は信号線８２３をもつ。

（実施形態３）
図９は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。図９に示すように、接合部として機能する圧着部８５４の挿入孔８５３の断面形状は六角形状（多角形状）とされている。第１温度検知部８１１の断面形状は円形状とされている。この場合、挿入孔８５３の内壁面と第１温度検知部８１１の外壁面とは複数箇所で接触する。このため伝熱経路ＷＡは複数となる。第１温度検知部８１１は複数の伝熱経路ＷＡから伝熱されるため、検知精度の信頼性が向上できる。第２温度検知部８２１についても同様である。

（実施形態４）
図１０は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。図１０に示すように、筐体として機能する第７筒９７は、流体通路である蒸発室５１から退避する方向に退避室５１ｅを有する。取付具８５０は、第７筒９７のうち退避室５１ｅを形成する壁部分９７ｍに設けられている。壁部分９７ｍに第１取付具８５０が溶接などにより固定状態に突設されている。壁部分９７ｍは、第１取付具８５０の取付性、取付作業性、接触面積の確保、伝熱性等を考慮すると、平坦であることが好ましい。なお第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１は、退避室５１ｅにより蒸発室５１から退避しているため、蒸発室５１に供給される液相状の原料水の温度の影響を受けにくくなる。

（実施形態５）
図１１は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。図示しないものの、蒸発室５１を形成する第７筒９７の温度を計測する第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１、酸化反応室５３ｓを形成する第９筒９９の温度を計測する第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１が設けられている。

更に図１１に示すように、改質ガスに含まれている一酸化炭素を水分子と反応させるシフト反応により低減させるシフト部６０が外筒６３（第３筐体）により形成されている。外筒６３は伝熱性が良好な金属、例えばステンレス鋼や炭素鋼等の合金鋼、アルミニウム合金、チタン合金等で形成されている。

この場合、第３温度センサ８３０ａの第３温度検知部８３１ａは、シフト反応室である第２シフト通路６１ｓの入口付近を流れる改質ガスの温度を計測できる。第３温度センサ８３０ｂの第３温度検知部８３１ｂは、シフト部６０における折返通路６７を流れる改質ガスの温度を計測できる。第３温度センサ８３０ｃの第３温度検知部８３１ｃは、シフト反応室である第２シフト通路６１ｓの出口付近を流れる改質ガスの温度を計測できる。

図１１から理解できるように、第３温度センサ８３０ｄの第３温度検知部８３１ｄは、シフト部６０に関連する混合室８１の出口８１ｐ付近を流れる改質ガスの温度を計測できる。第３温度検知部８３１ｅは、シフト部６０の入口６０ｉ付近を流れる改質ガスの温度を計測できる。このようにシフト部６０を形成する第３筐体としての外筒６３の外壁面側に第３温度センサ８３０ａ〜第３温度センサ８３０ｅを適宜設けることができる。このため、第３温度センサ８３０ａ〜第３温度センサ８３０ｅを外筒６３（第３筐体）にこれの厚み方向に貫通させずとも良い。故に、第３温度センサ８３０ａ〜第３温度センサ８３０ｅを設ける位置の選択の自由度を高めることができる。なお、第３温度センサ８３０ａ〜第３温度センサ８３０ｅが故障した時においても、これらを容易に交換できる。

図１１に示すガス通過性をもつ第１多孔板６４は複数の通孔６４ｍを分散させて有する。第２多孔板６５は複数の通孔６５ｍを分散させて有する。第１多孔板６４および第２多孔板６５は、第２シフト反応室６１ｓにおける改質ガスの拡散を促進させる拡散促進部材として機能することができる。これによりシフト部６０におけるシフト反応が場所的に分散化され、局部的なシフト反応（発熱反応）が抑制される。この場合、シフト部６０で発生する熱が第３温度センサ８３０ａ〜８３０ｅの第３温度検知部８３１ａ〜８３１ｅに平均的に伝達され易くなる。従って、第３温度検知部８３１ａ〜８３１ｅが外壁６３の外壁面側に取付具８５０により取り付けられているにもかかわらず、温度検知の信頼性を向上させるのに有利である。

（実施形態６）
図１２は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。被覆層２００は断熱材料で形成されており、全体として筒形状をなす。図示しないものの、上記した第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１と、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１とは、被覆層２００で覆われている。更に第３温度センサ８３０の第３温度検知部８３１も被覆層２００で覆われている。このため改質装置１の外部の温度の外乱の影響を受けることが抑制されている。従って第１温度検知部８１１および第２温度検知部８２１の検知精度の信頼性が高められている。

被覆層２００は、横方向（矢印Ｘ５方向）において複数個（２個）に分割された第１被覆層２１０と第２被覆層２２０とで形成されている。第１被覆層２１０および第２被覆層２２０は、それぞれ水平断面でＣ形状をなしており、バンド２８１，２８２により接合され、全体として筒形状を形成する。第１被覆層２１０は、鉛直方向に沿って延設された端面２１１を有する。第２被覆層２２０は、鉛直方向に沿って延設された端面２２１を有する。端面２１１および端面２２１は互いに対面して接合される。

端面２１１にはＣ形状の凹部２１３が複数個形成されている。端面２２１にはＣ形状の凹部２２３が複数個形成されている。第１被覆層２１０と第２被覆層２２０とが一体に組み付けられると、凹部２１３，２２３は、それぞれ嵌合孔２５１〜２５５を形成する。ここで、嵌合孔２５１は、燃料電池に向かう改質ガスの出口５３ｐの配管に嵌合する。嵌合孔２５２は、蒸発部に水を供給する水入口５０ｉの配管に嵌合する。嵌合孔２５３は、改質部に燃料原料を供給する原料入口５４ｉの配管に嵌合する。嵌合孔２５４は、混合室に空気（冷却兼用酸化用空気）を供給する入口７０ｉの第１形成部材７１の配管にそれぞれ嵌合する。嵌合孔２５５は、燃焼用空気または燃焼用燃料の配管に嵌合する。

図１２に示すように、第１被覆層２１０および第２被覆層２２０のうちの一方または双方には、厚み方向に圧縮可能な寸法誤差吸収用のシート状の断熱材２５０が貼り合わされている。凹部２１３の内面，凹部２２３の内面にも、断熱材２５０が貼り合わされている。このため寸法公差の影響等を回避しつつ、第１被覆層２１０および第２被覆層２２０が精度良く接合され、被覆層２００の気密性が向上する。

（実施形態７）
図１３は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。ＣＯ酸化部５３の酸化反応室５３ｓにおいて、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１に対向するように応答性促進部材８２５が設けられている。ＣＯ酸化部５３の酸化反応室５３ｓの熱は、応答性促進部材８２５を介して第９筒９９に伝達され、ひいては第２温度検知部８２１に伝達される。このため酸化反応室５３ｓに収容される酸化触媒の触媒担体５３ａがアルミナ等の多孔質のセラミックスであり、伝熱性が高くない場合であっても、酸化反応室５３ｓの温度変化に対する応答性を高めることができる。故に、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１が第９筒９９の外壁面側に取り付けられているにもかかわらず、第２温度センサ８２０の第２温度検知部８２１による計測の信頼性を高めることができる。応答性促進部材８２５は、ガス通気性を高める複数の通孔８２５ｍをもつ。なお、応答性促進部材８２５の母材は、炭素鋼、ステンレス鋼等の合金鋼、アルミニウム合金、銅合金等の伝熱材料が挙げられる。

（実施形態８）
図１４は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１で計測した計測温度と、蒸発室５１内の実温度とは、正確に一致することが好ましい。しかし、蒸発部５０の蒸発室５１から第７筒体９７を介して第１温度検知部８１１に至るまでの伝熱遅れ、伝熱ロス等が存在する。従って、第１温度検知部８１１で計測した計測温度と蒸発室５１内の実温度とは、必ずしも正確に一致するものではないおそれがある。そこで本実施形態によれば、制御部１００は、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１で計測した計測温度ＴＡを補正する補正処理を実施する。

図１４に示すように、制御部１００は、第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１で計測した計測温度ＴＡを読み込む（ステップＳ１０２）。現在が昇温過程か降温過程か、それとも温度変化なしの状態か否か判定する（ステップＳ１０４）。温度状態が昇温過程であれば、昇温変化率Ｖｈを演算で求める（ステップＳ１０６）。この場合、Ｖｈ＝昇温度／単位時間に基づく。単位時間は例えば１秒以下にできる。そして、昇温変化率Ｖｈと第１所定値Ｖ１とを比較する（ステップＳ１０８）。昇温変化率Ｖｈが第１所定値Ｖ１よりも小さいとき（Ｖｈ＜Ｖ１）には、蒸発室５１の昇温速度は過剰ではなく、蒸発室５１の温度変化に対して計測温度ＴＡの追従性が高いと推定される。従って、計測温度ＴＡに対して補正値α１を加算して高温側に補正して補正温度ＴＣとする（ステップＳ１１０）。また、計測温度ＴＡの昇温変化率Ｖｈが第１所定値Ｖ１以上のとき（Ｖ１≦Ｖｈ）には、蒸発室５１の昇温速度が速く、蒸発室５１の温度変化に対して計測温度ＴＡの追従性が低いと推定される。この場合、計測温度ＴＡよりも蒸発室５１の実温度は高いと推定される。そこで、制御部１００は、温度変化に対して計測温度ＴＡに対して補正値α１，α２を加算するように昇温側（高温側）に補正して補正温度ＴＣとする（ステップＳ１１２）。このように計測温度ＴＡに対して昇温方向への補正値を増加させて補正温度ＴＣとする。補正値α１，α２とは、単なる加算の他に、補正温度ＴＣが計測温度ＴＡよりも高温となるように、１を超える補正係数を計測温度ＴＡに乗算しても良い。

またステップＳ１０４における判定の結果、温度状態が降温過程であれば、降温変化率Ｖｃを演算で求める（ステップＳ１４６）。この場合、Ｖｃ＝降温度／単位時間に基づく。そして、降温変化率Ｖｃと第２所定値Ｖ２とを比較する（ステップＳ１４８）。降温変化率Ｖｃが第２所定値Ｖ２よりも小さいとき（Ｖｃ＜Ｖ２）には、蒸発室５１の降温速度は過剰ではなく、蒸発室５１の温度変化に対して計測温度ＴＡは追従性が高いと推定される。従って、計測温度ＴＡに対して補正値β１を減算するように降温側（低温側）に補正して補正温度ＴＣとする（ステップＳ１５０）。また、降温変化率Ｖｃが第２所定値Ｖ２以上であるとき（Ｖ２≦Ｖｃ）には、蒸発室５１の降温速度が速く、蒸発室５１の温度変化に対して計測温度ＴＡの追従性が低いと推定される。この場合、実際に計測した計測温度ＴＡよりも蒸発室５１の実温度は低いと推定される。そこで、計測温度ＴＡに対して補正値β１，β２を減算するように降温側に補正して補正温度ＴＣとする（ステップＳ１５２）。このように計測温度ＴＡに対して降温方向への補正値を増加させて補正温度ＴＣとする。なお補正値β１，β１とは、単なる加算の他に、補正温度ＴＣが計測温度ＴＡよりも低温となるように、１未満の補正係数を計測温度ＴＡに乗算しても良い。ステップＳ１０４における判定の結果、温度状態が昇温過程でも降温過程でもなければ、計測温度ＴＡに補正値α０（微小値）を加算して補正温度ＴＣとしても良い（ステップＳ１６０）。上記した各補正値は改質装置１の種類に応じて実験的に求めることが好ましい。

（実施形態９）
図１５は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。図１５に示すように、蒸発室５１を形成する金属製の筒体として機能する第７筒９７は、蒸発室５１に向けて突出する方向に突出部９７ｗを有する。蒸発室５１を流れる気相状または液相状の水は、突出部９７ｗに接触する頻度が高まる。第１温度センサ８１０の取付具８５０は、第７筒９７のうち突出部９７ｗに溶接、ろう付けまたは螺子止めなどにより固定されている。よって第１温度センサ８１０の第１温度検知部８１１の検知精度が確保される。突出部９７ｗは、第７筒９７において部分的に突出していても良いし、第７筒９７の周方向に延設されていても良い。突出部９７ｗのうち第１取付具８５０を取り付ける壁部分は、第１取付具８５０の取付性、取付作業性、接触面積確保、伝熱性等を考慮すると、平坦であることが好ましい。この突出部は、改質ガスが流れるＣＯ酸化部５３の酸化反応室５３ｓに向けて突出するように形成されていても良いし、あるいは、改質ガスが流れるシフト部６０のシフト通路６１ｆ，６１ｓに向けて突出するように形成されていても良い。改質ガスが突出部に接触する頻度が高くなるため、温度検知が良好となる。

（その他）
上記した各実施形態をいずれか一の実施形態に併用させることもできる。上記した実施形態１では、温度センサ８１０，８２０の温度検知部８１１，８２１の双方が筐体９７，９９の外壁面側に取り付けられているが、これに限らず、温度センサ８１０，８２０の温度検知部８１１，８２１のうちのいずれか一方のみとしても良い。

改質ガスを方向変換部８２に当てて混合室において径外方向に向けて方向変換させているが、これに限らず、改質ガスを方向変換部に当てて冷却通路において径内方向に向けて方向変換させ、空気と衝突させることにしても良い。この場合、空気を径外方向に指向するように混合室に供給する。混合室には空気を供給させているが、これに限らず、純酸素ガスを供給させることにしても良い。酸素濃度を濃縮させた酸素富化ガスを供給させることにしても良い。方向変換部８２は、重力方向の下方に向かうにつれて縮径するように傾斜しているが、これに限らず、重力方向の上方に向かうにつれて縮径するように傾斜している構造とすることもできる。この場合、下向きに流れる改質ガスが方向変換部に当たり、方向変換される。

実施形態１では、改質部２は内通路２１および外通路２２の双方を有するが、これに限らず、いずれか一方のみとしても良い。蒸発部５０は改質部２と一体的であるが、これに限らず、蒸発部５０は改質部２から分離されていても良い。シフト部６０が改質部２に一体的に連設されているが、これに限らず、シフト部６０は改質部２から分離されていても良い。場合によっては、シフト部６０を廃止しても良い。断機部５５は必要に応じて設ければ良い。改質部２がシフト部６０の上方に配置されているが、これに限らず、改質部２がＣＯシフト部６０の下方または横方に配置されていても良い。改質部２の上側に燃焼部２５が配置されているが、改質部２の下部側に配置されても良い。場合によっては、第１耐火層４１，第２耐火層４７，第３耐火層４８を廃止しても良い。

実施形態１では、改質部２、ＣＯ酸化部５３および蒸発部５０が同軸的に配置されているが、同軸でなくても良く、非同軸タイプでも良い。各触媒は上記したものに限定されるものではない。上記した改質触媒を担持する触媒担体２０ａ、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａ、酸化触媒を担持する触媒担体５３ａは、粒状とされているが、これに限らず、モノリス構造体としても良い。実施形態１では、混合室にはシフト触媒を担持する触媒担体６０ａが収容されていないが、場合によっては、収容しても良い。

ＣＯ酸化部５３に代えてメタネーション反応部としても良い。メタネーション反応部は、改質ガスに含まれている一酸化炭素を水素と反応させてメタンを形成させるメタネーション反応により一酸化炭素を低減させる。

被覆層２００、伝熱フィン４６、突起９６ａ、係合ピン９１ｅは、必要に応じて設ければ良い。上記した第１筒９１〜第９筒９９等に使用されるステンレス鋼はＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系のステンレス鋼、または、ＳＵＳ４４４等のフェライト系のステンレス鋼等が例示される。改質装置１に用いられる配管はＳＵＳ３０４等のオーステナイト系のステンレス鋼が例示される。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。上記した記載から次の技術的思想も把握される。

（付記項１）改質運転において改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質運転において使用される改質運転用流体が通過する流体通路を形成する内壁面および前記内壁面に背向する外壁面をもつ伝熱材料を基材とする筐体と、
温度を検知する温度検知部を有する温度センサと、前記温度センサの前記温度検知部が前記筐体の前記外壁面の温度を検知するように、前記温度センサの前記温度検知部を前記筐体の前記外壁面側に取り付ける取付具と、前記温度センサの前記温度検知部で計測した計測温度に対して補正して補正温度とする制御部とを具備しており、前記制御部は、前記温度センサの前記温度検知部で計測した計測温度の昇温変化率が所定値よりも大きいとき、計測温度を昇温方向へ補正することを特徴とする燃料電池用改質装置。

（付記項２）改質運転において改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質運転において使用される改質運転用流体が通過する流体通路を形成する内壁面および前記内壁面に背向する外壁面をもつ伝熱材料を基材とする筐体と、
温度を検知する温度検知部を有する温度センサと、前記温度センサの前記温度検知部が前記筐体の前記外壁面の温度を検知するように、前記温度センサの前記温度検知部を前記筐体の前記外壁面側に取り付ける取付具と、前記温度センサの前記温度検知部で計測した計測温度に対して補正して補正温度とする制御部とを具備しており、前記制御部は、前記温度センサの前記温度検知部で計測した計測温度の降温変化率が所定値よりも大きいとき、計測温度を降温方向へ補正することを特徴とする燃料電池用改質装置。
（付記項３）燃料電池システムの発電運転において運転用流体が通過する流体通路を形成する伝熱材料を基材とする筐体と、温度を検知する温度検知部を有する温度センサと、前記温度センサの前記温度検知部が前記筐体の温度を検知するように、前記温度センサの前記温度検知部を前記筐体に伝熱可能に前記筐体の外壁面側に取り付ける取付具とを具備することを特徴とする燃料電池発電システム用の温度検知装置。筐体は、流体通路に向けて突出する突出部を有することができる。突出部に温度センサの温度検知部または取付具を固定することが好ましい。流体通路の流体が突出部に当たる頻度が高くなるため、温度検知精度が確保される。

本発明は燃料電池システムに使用される改質装置に利用することができる。

実施形態１に係り、改質装置を示す断面図である。 実施形態１に係り、改質装置の改質部付近を示す断面図である。 実施形態１に係り、改質装置の改質部付近を拡大して示す断面図である。 実施形態１に係り、改質装置の冷却通路に隣設するＣＯシフト部付近を拡大して示す断面図である。 実施形態１に係り、空気通路の入口が単数設けられているとき、冷却通路における流れ形態を模式的に示す平面図である。 実施形態１に係り、改質装置の蒸発部およびＣＯ酸化酸化部に取り付けた温度センサ付近を示す断面図である。 実施形態２に係り、改質装置の蒸発部に温度センサを取り付ける直前の状態を模式的に示す図である。 実施形態２に係り、改質装置の蒸発部に温度センサを取り付けた状態を模式的に示す図である。 実施形態３に係り、接合部に温度センサを取り付けた状態を模式的に示す図である。 実施形態４に係り、改質装置の蒸発部に連通する退避室を形成する壁部分に温度センサを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。 実施形態５に係り、シフト部に第３温度センサを取り付けた形態を模式的に示す断面図である。 実施形態６に係り、改質装置を被覆層で被覆している状態を示す側面図である。 実施形態７に係り、シフト部に第３温度センサを取り付けた形態を模式的に示す断面図である。 実施形態８に係り、制御部が実行する補正処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態９に係り、改質装置の蒸発部を形成する壁部分に温度センサを取り付けた状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１は改質装置、２は改質部、２０は燃焼室、２１は外通路、２２は内通路、２５は燃焼部、４１は第１耐火層、４３は第１燃焼通路、４４は第２燃焼通路、４６は伝熱フィン、５０は蒸発部、５１は蒸発室、５０ｍはポンプ（水搬送源）、５３はＣＯ酸化部、５４は熱交換部、６０はシフト部、６１は改質ガス通路形成部材、６１ｆは第１シフト通路、６１ｓは第２シフト通路、６２は内筒、６３は外筒、７０は空気通路、７１は第１形成部材、７５は水蒸気通路、８０は冷却部、８１は冷却通路、８２は方向変換部、１００は制御部、１１０は第１多孔板、１２０は第２多孔板、１５０は主多孔板、８１０は第１温度センサ、８１１は第１温度検知部、８２０は第２温度センサ、８２１は第２温度検知部、８３０は第３温度センサ、８３１は第３温度検知部、８５０は取付具、８５２は突部、８５３は挿入孔、８５４は圧着部、８５５は接合部材、９７は第７筒（筐体）、９９は第９筒（筐体）を示す。

Claims (8)

1. 改質運転において改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、
   改質運転において使用される改質運転用流体が通過する流体通路を形成する伝熱材料を基材とする筐体と、
   温度を検知する温度検知部を有する温度センサと、
   前記温度センサの前記温度検知部が前記筐体の温度を検知するように、前記温度センサの前記温度検知部を前記筐体に伝熱可能に前記筐体の外壁面側に取り付ける取付具とを具備し、
   前記流体通路は、原料水から水蒸気を生成する蒸発室であり、前記筐体は前記蒸発室を形成する蒸発部を形成しており、前記蒸発部は、前記蒸発室に原料を供給する水入口をもち、
   前記蒸発室の下端から上端までの高さにおいて、前記温度センサの前記温度検知部は前記蒸発室の前記下端よりも前記蒸発室の前記上端に近くなるように配置されており、且つ、前記水入口は前記蒸発室の前記上端よりも前記下端に近くなるように配置されていることを特徴とする燃料電池用改質装置。
2. 前記取付具は、前記筐体の前記外壁面に突設され前記筐体から伝熱される突部と、前記突部に取り付けられ前記温度センサの前記温度検知部が伝熱可能に接合された接合部とを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用改質装置。
3. 前記流体通路は、改質ガスに含まれている一酸化炭素を酸素と反応させる酸化反応により低減させる酸化反応室であり、前記筐体は、前記酸化反応室を形成するＣＯ酸化部を形成しており、前記ＣＯ酸化部は、前記酸化反応室に酸素含有ガスを供給する酸素入口をもち、
   前記温度センサの前記温度検知部は前記酸化反応室における下流領域よりも上流領域に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用改質装置。
4. 前記改質ガスの拡散を促進させる拡散促進部材が前記ＣＯ酸化部の前記酸化反応室に設けられており、前記拡散促進部材は、前記筐体のうち前記取付具が設けられている壁部分の上流に位置していることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用改質装置。
5. 前記流体通路は、前記改質ガスに含まれている一酸化炭素を水分子と反応させるシフト反応により低減させるシフト反応室であり、前記筐体は、前記シフト反応室を形成するシフト部を形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用改質装置。
6. 前記筐体は断熱材料で形成された被覆層で被覆されており、前記温度センサの前記温度検知部は、前記筐体の外方の外乱の影響を抑制するため、前記被覆層で覆われていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の燃料電池用改質装置。
7. 前記流体通路から前記温度センサの前記温度検知部への熱伝達を促進させる応答性促進部材が、前記流体通路内に設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の燃料電池用改質装置。
8. 前記温度センサの前記温度検知部で計測した計測温度に対して補正して補正温度とする制御部が設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の燃料電池用改質装置。

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