JP5202863B2 - 燃料電池用改質装置 - Google Patents

Description

本発明は改質用燃料と水蒸気とを反応させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する燃料電池用改質装置に関する。

一般的には、改質装置は、改質用燃料と水蒸気とで改質ガスを生成させる改質部と、水を加熱して水蒸気を生成して改質部に供給する蒸発部と、改質部から流出された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる一酸化炭素浄化部とを備えている（特許文献１，２）。ここで、一酸化炭素浄化部は、改質部で形成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるＣＯシフト部と、ＣＯシフト部よりも下流に配設された酸化用のＣＯ低減部とを備えている。ＣＯ低減部においては、ＣＯシフト部を経た改質ガスに残留する一酸化炭素と酸素とを酸化反応させることにより、改質ガスに残留する一酸化炭素を更に低減させる。このため、一酸化炭素を低減させた改質ガスを燃料電池に供給することができ、発電性能を高めることができる。
特開２００２−１２４２８６号公報 特開２００６−１４３５６４号公報

産業界では、改質部において生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を更に低減させることが要望されている。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、改質部において生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を更に効果的に低減させることができる燃料電池用改質装置を提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池用改質装置は、改質用燃料を水蒸気改質で改質ガスを生成させる改質部と、水を加熱して水蒸気を生成して改質部に供給する蒸発部と、改質部から流出された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる一酸化炭素低減部と、一酸化炭素低減部と蒸発部との間に配置され一酸化炭素低減部から蒸発部への熱移動を抑制する断熱手段とを具備することを特徴とする。

一酸化炭素低減部は、改質部において生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を一酸化炭素低減反応に基づいて低減させる部位である。蒸発部は水を加熱して水蒸気を生成する。一般的には、蒸発部の温度は、水の気化熱の影響で一酸化炭素低減部の温度よりも低い。

断熱手段は、蒸発部よりも相対的に高温となる一酸化炭素低減部と、一酸化炭素低減部よりも相対的に低温となる蒸発部との間に配置されている。従って、断熱手段は、一酸化炭素低減部から蒸発部への熱の移動を抑制する。このため改質装置が運転されるとき、一酸化炭素低減部における過度の冷却は抑制される。故に、一酸化炭素低減部において、一酸化炭素低減反応（例えば一酸化炭素の酸化反応、メタネーション反応）における過度の冷却に起因する反応速度の低下が抑制される。一酸化炭素低減部に保持されている触媒では、長時間運転などで徐々に低温における反応活性が低下するが、上記したように断熱手段による断熱作用により、一酸化炭素低減部における過度の冷却が抑制される。このため、一酸化炭素低減部における反応速度の低下が抑制される。よって、一酸化炭素低減部において一酸化炭素低減反応が良好に実施される。この結果、改質ガスに含有されている一酸化炭素の濃度を低減させ易い。

（２）更に様相１に係る燃料電池用改質装置によれば、上記様相において、一酸化炭素低減部は、改質ガスが流れる上流側、中流側および下流側を備えており、断熱手段は、一酸化炭素低減部における中流側および下流側の双方、または、下流側に配置されていることを特徴とする。
そして一酸化炭素低減部は、上流側では酸化反応がメタネーション反応に優先して改質ガス中の一酸化炭素を低減し、下流側ではメタネーション反応が酸化反応に優先して改質ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ浄化部であることを特徴とする。

本様相によれば、断熱手段は、一酸化炭素低減部における中流側および下流側の双方、または、下流側に配置されている。このため、一酸化炭素低減部において、特に、中流側および下流側の過度の冷却、または、下流側の過度の冷却が抑制される。故に、一酸化炭素低減部において、過度の低温化に起因する一酸化炭素低減反応（例えば一酸化炭素の酸化反応、メタネーション反応）の反応速度の低下が抑制される。よって改質ガスに含有されている一酸化炭素の濃度を低減させ易い。

ここで、一酸化炭素低減部における上流側、中流側および下流側とは、一酸化炭素低減部（特に、一酸化炭素低減部における触媒担持部）の改質ガスの流れ方向において、流路長さを３分割（例えば３等分）した区分けでも良い。あるいは、一酸化炭素低減部（特に、一酸化炭素低減部の触媒担持部）の改質ガス入口から改質ガス流れ方向に沿った所定距離の部分を上流とし、残りの部分を２分割（２等分）し、中流および下流としても良い。所定距離としては３〜１０ミリメートルが例示され、３〜７ミリメートルがさらに例示される。また上記した所定距離としては、一酸化炭素低減部における触媒担持部の改質流れ方向の長さのうち、４〜１５％が例示され、４〜１０％が更に例示される。

（３）様相２に係る燃料電池用改質装置によれば、上記様相において、断熱手段は、断熱材を基材としていることを特徴とする。断熱材としては、セラミックス、多孔質体が例示される。セラミックスとしてはアルミナ、シリカ、炭化珪素、窒化珪素など、または、これらの２つ以上を組み合わせたものが例示される。断熱材としては、セラミックス繊維の集合体でも良いし、セラミックス繊維の集合体にセラミックス粒子を装填したものでもよく、セラミックス粒子の集合体でも良く、気孔を含有していても良い。

（４）様相３に係る燃料電池用改質装置によれば、上記様相において、断熱手段は、空気断熱層であることを特徴とする。空気断熱層は空気であるため、使用材料が少ない。従って、一酸化炭素低減部と蒸発部との間における断熱性を確保しつつ、材料コストが低減される。なお、空気断熱層および断熱材の双方を併有しても良い。

本発明に係る改質装置によれば、断熱手段は、一酸化炭素低減部と蒸発部との間に配置されている。この結果、相対的に高温側の一酸化炭素低減部から、相対的に低温側の蒸発部への熱の移動を抑制する。このため改質装置の運転中において、一酸化炭素低減部における過度の冷却は抑制される。故に、一酸化炭素低減部において、過度の冷却に起因する一酸化炭素低減反応（例えば、一酸化炭素の酸化反応、メタネーション反応）における反応速度低下が抑制される。よって改質ガスに含有されている一酸化炭素の濃度を低減させ易い。

本発明に係る燃料電池用改質装置は、改質部と、蒸発部と、一酸化炭素低減部と、断熱手段とを備えている。改質部は、改質用燃料と水蒸気とで改質ガスを生成させる。改質用燃料は気体状でも、液体状でも、固体状でも良い。蒸発部は、水を加熱して水蒸気を生成して改質部に供給する。一酸化炭素低減部は、改質部から流出された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる。断熱手段は、一酸化炭素低減部と蒸発部との間に配置されており、一酸化炭素低減部から蒸発部への熱の移動を抑制する。これにより一酸化炭素低減部の過度の冷却が抑制される。断熱手段としては、セラミックス、空気断熱層が例示される。一酸化炭素低減部において、過度の冷却に起因する一酸化炭素低減反応（例えば一酸化炭素の酸化反応、メタネーション反応）の反応速度低下が断熱手段の断熱作用により抑制される。一酸化炭素低減部に充填された触媒では、長時間運転などで低温における反応活性が徐々に低下するが、上記したように断熱手段の断熱作用により、一酸化炭素低減部における過度の冷却が抑制されるため、一酸化炭素低減部における反応速度の低下が抑制される。よって改質ガスに含有されている一酸化炭素の濃度を低減させ易い。一酸化炭素低減部は、触媒を備えている形態、触媒を備えていない形態のいずれでも良い。

以下、本発明の実施例１について図１を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質装置は燃料電池システムに適用したものである。本実施例に係る改質装置は燃料電池システムに適用したものである。図１では、複雑化を避けるため、大部分のハッチングを省略している。図１に示すように、改質装置２は、燃焼バーナで形成された加熱部として機能する燃焼部３０と、燃焼部３０により加熱される改質部３４と、蒸発部３６と、ＣＯ浄化部（一酸化炭素低減部）３７とをもつ。

改質部３４は、鉛直方向に沿った中心軸芯をもつ筒形状をなしており、改質用燃料を改質させて改質ガスを生成するものである。改質部３４は、燃焼部３０に対面する燃焼通路３２をもつ。改質部３４の回りを包囲するように燃焼通路３３が同軸的に形成されている。更に、燃焼通路３３の回りを包囲するように、原料水を蒸発させる筒形状をなす蒸発部３６が同軸的に形成されている。蒸発部３６の回りに筒形状のＣＯ浄化部３７（ＣＯ選択酸化部ともいう）が同軸的に形成されている。

図１に示すように、改質部３４は内通路３４ｉと外通路３４ｐと折返部３４ｍとをもつ。燃焼部３０で加熱される改質部３４により、蒸発部３６は加熱される。蒸発部３６の外周部を包囲するように、筒状のＣＯ浄化部３７が隣設状態に配置されている。このため蒸発部３６の外周部とＣＯ浄化部３７の内周部とは互いに熱交換される。改質装置２の運転中においては、一般的に、液相状態の水が蒸発する蒸発部３６の温度よりもＣＯ浄化部３７の温度が高い。このため、ＣＯ浄化部３７は蒸発部３６に熱を与える。

改質部３４は、改質反応を促進させる改質触媒３４ｅ（例えばニッケル系、ルテニウム系）を担持する担体を有する。改質触媒３４ｅの活性温度域は一般的には５００〜８００℃であるが、これに限定されるものではない。改質部３４の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、改質部３４の改質反応が損なわれるおそれがある。改質部３４は下記の式（１）に基づいて、改質用燃料と水蒸気とに基づいて水蒸気改質を行い、水素を含有する改質ガスを生成する。改質ガスは一酸化炭素を含む。なお改質部３４では下記の式（２）のシフト反応も発生している。

更に、図１および図２に示すように、改質装置２は、改質部３４の下方に配置された熱交換部４と、熱交換部４の下方に配置された別の一酸化炭素低減部として機能するＣＯシフト部５と、ＣＯシフト部５と熱交換部４との間に配置された電気式のヒータをもつ暖機部４７とを備えている。ここで、蒸発部３６の下流に熱交換部４が設けられ、熱交換部４の下流にＣＯシフト部５が設けられている。

ＣＯシフト部５は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気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５はシフト触媒５ｅ（例えば銅−亜鉛系触媒）を担持する担体を有する。シフト触媒５ｅの活性温度域は一般的には１６０〜３００℃であるが、これに限定されるものではない。ＣＯシフト部５の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、ＣＯシフト部５のシフト反応が損なわれ、一酸化炭素が充分に浄化されないおそれがある。ＣＯシフト部５で浄化された改質ガスに含まれているＣＯの濃度は、改質用燃料にもよるが、一般的にはモル比で０．２〜１％であるが、これに限られるものではない。ＣＯシフト部５の出口５ｐと酸化用空気通路７５とは、第２合流域Ｍ２を介して浄化通路４００により接続されている。

ＣＯ浄化部３７は、ＣＯシフト部５の下流に配置されており、ＣＯシフト部５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。ＣＯ浄化部３７は、触媒３７ｅ（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系触媒）を担持するセラミックス（例えばアルミナ）製の担体を有する触媒担持部３７ｘをもつ。酸素含有雰囲気において、触媒３７ｅの活性温度域は一般的には１００〜２００℃であり、改質部３４に担持されている改質触媒３４ｅ（例えばニッケル系、ルテニウム系）の活性温度域よりも低くされている。従って、改質部３４の近傍に配置されているＣＯ浄化部３７については、蒸発部３６により冷却する構造が採用されている。

ここで、酸素含有雰囲気においてＣＯ浄化部３７の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、ＣＯ浄化部３７における選択酸化反応が損なわれるおそれがある。そこで本実施例によれば、蒸発部３６の外周側にＣＯ浄化部３７を隣設させた状態で接近した状態に配置し、蒸発部３６によりＣＯ浄化部３７を冷却し、ＣＯ浄化部３７の過剰高温化を抑え、ＣＯ浄化部３７における選択酸化反応を効果的に行うことにしている。
式（１）…ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ
式（２）…ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２
なお、ＣＯシフト部５はＣＯ浄化部３７の上流に配置されているため、改質装置２の運転時には、式（２）→式（３）の順に実行される。

図１に示すように、ＣＯシフト部５の出口５ｐとＣＯ浄化部３７の入口３７ｉとは、浄化通路４００で接続されている。ＣＯシフト部５の出口５ｐから吐出された改質ガス（水素を主要成分とし、一酸化炭素を含有）は、浄化通路４００を上向きに矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２を経てＣＯ浄化部３７の入口３７ｉに供給される。なお、入口３７ｉは、ＣＯ浄化部３７の高さ方向の下部側に形成されているが、これに限定されるものではない。

次に改質装置２を起動させるときについて説明する。燃焼用空気通路７３を介して燃焼用空気を改質部３４の燃焼部３０に供給する。また燃焼用燃料通路６２ａを介してガス状の燃焼用燃料（燃焼性燃料）を改質部３４の燃焼部３０に供給する。これにより燃焼部３０が着火されて加熱され、ひいては改質部３４が改質反応に適するように加熱される。改質部３４および外側部３５と共に蒸発部３６およびＣＯ浄化部３７も、高温に加熱される。

その後、改質水通路８２から改質水（改質反応前の水）が蒸発部３６の入口３６ｉに供給される。改質水は改質装置２の高温の蒸発部３６において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部３６の出口３６ｐから水蒸気通路３００を経て第１合流域Ｍ１に到達する。第１合流域Ｍ１は、水蒸気通路３００を流れる水蒸気または凝縮水と、改質用燃料通路６２ｃを流れる改質用燃料とが合流する領域である。これに対して、改質用燃料は改質用燃料通路６２ｃおよび第１合流域Ｍ１を経て熱交換部４の入口４ｉに供給される。第１合流域Ｍ１において、改質用燃料通路６２ｃの改質用燃料と水蒸気通路３００の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部４の入口４ｉに供給される。混合流体は熱交換部４の低温側の第１通路４ａを通過する。このとき熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部３４の外通路３４ｐに流入し、矢印Ａ１方向に流れ、折返部３４ｍを経て内通路３４ｉに流入し、矢印Ａ２方向に流れる。このとき水蒸気（または凝縮水）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、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４に流入する。即ち、高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを通過することにより、低温側の第１通路４ａの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部４７を経て、ＣＯシフト部５の入口５ｉからＣＯシフト部５の内部に流入する。ＣＯシフト部５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が低減され、改質ガス中のＣＯ濃度は低減される。

更に、ＣＯシフト部５においてＣＯ濃度が低減された改質ガスは、ＣＯシフト部５の出口５ｐから浄化通路４００を経て矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２に至る。更に改質ガスは、酸化用空気通路７５（酸素供給部）の酸化用空気（酸素成分，ＣＯ浄化部３７における選択反応に使用される選択酸化用空気）と第２合流域Ｍ２において合流する。従って、第２合流域Ｍ２は、浄化通路４００を流れる改質ガスと、酸化用空気通路７５を流れる酸化用空気（酸素成分）とが合流する領域である。そして、合流した改質ガスは、ＣＯ浄化部３７の下部に形成されている入口３７ｉから、ＣＯ浄化部３７内に流入する。ＣＯ浄化部３７においては、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。酸化反応は発熱を伴う。

このように浄化された改質ガスは、ＣＯ浄化部３７の出口３７ｐからアノードガスとして、アノードガス通路１００を経て燃料電池に供給される。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の入口に供給される。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とがある。このためオフガスはオフガス通路１１０を経て改質部３４の燃焼部３０に供給されて燃焼され、燃焼部３０の熱源となる。

（要部構成）
さて本実施例の要部について説明を加える。図１に示すように、ＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間には、断熱部７００が断熱手段として同軸的に配置されている。断熱部７００は、横断面リング形状をなす筒形状をなしており、単位体積当たりの断熱性がＣＯ浄化部３７よりも高い断熱材を基材としている。断熱材としては、セラミックス、多孔質体（例えば発泡体）が例示される。セラミックスとしてはアルミナ系、シリカ系、ジルコニア系、マグネシア系、チタニア系、窒化珪素系などが例示される。セラミックス繊維の集合体でも良いし、セラミックス粒子の集合体でも良く、セラミックス繊維とセラミックス粒子との組合せでも良い。

ＣＯ浄化部３７は、改質部３４から流出された改質ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ低減反応（選択酸化反応、メタネーション反応）により低減させる。ＣＯ低減反応を効果的に行うため、改質装置の運転中において、ＣＯ浄化部３７は、蒸発部３６により過度に冷却されないことが好ましい。

そこで、断熱部７００は、蒸発部３６よりも相対的に高温となるＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に配置されており、ＣＯ浄化部３７から蒸発部３６への熱の移動を抑制する。このため改質装置が運転されるとき、ＣＯ浄化部３７における過度の冷却は断熱部７００の断熱作用により抑制される。特に、ＣＯ浄化部３７における触媒担持部３７ｘにおける過度の冷却は抑制される。故に、上記したＣＯ低減反応（選択酸化反応、メタネーション反応）が良好に実施される。

更に説明を加える。図１に示すように、ＣＯ浄化部３７の触媒担持部３７ｘは、改質ガスが流れる上流３７ｕ、中流３７ｍおよび下流３７ｄを備えている。ＣＯ浄化部３７において、上流３７ｕは下部に位置し、下流３７ｄは上部に位置している。ＣＯ浄化部３７の触媒担持部３７ｘの高さ寸法をＨ１とすると、断熱部７００の一端部７００ｄ（下端部）の高さ位置は、下流３７ｄからＣＯ浄化部３７の高さ寸法Ｈ１の半分程度に設定されている。従って、断熱部７００は、ＣＯ浄化部３７のうち上流３７ｕを包囲していないものの、中流３７ｍの半分程度を包囲しており、更には下流３７ｄを包囲している。この結果、断熱部７００は、ＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間において、ＣＯ浄化部３７における中流３７ｍの一部および下流側３７ｕに配置されている。

ＣＯ浄化部３７においては、上流３７ｕは、酸化用空気が供給される入口３７ｉに近いため、酸素濃度が相対的に高い。これに対して下流３７ｄは入口３７ｉから遠く、上流３７ｕで主として酸素が消費される酸化反応が起こる。このため、上流３７ｕよりも酸素濃度が相対的に低い。従って、上流３７ｕでは、酸素が消費される選択酸化反応（発熱反応）が発生し易く、その反応活性温度は一般的には１００〜２００℃である。

これに対して、酸素が消費された側である中流３７ｍや下流３７ｄでは、選択酸化反応よりもメタネーション反応（発熱反応）が発生し易い。メタネーション反応も、選択酸化反応と同様に、一酸化炭素低減反応である。
選択酸化反応：ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２
メタネーション反応：ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ
上記した蒸発部３６は水を水蒸気化するため、蒸発部３６の運転温度は水の気化熱の影響を受けて、ＣＯ浄化部３７の温度よりも低く、１００℃前後となる。即ち、蒸発部３６は、水の気化熱の影響により、比較的低温となりやすい。ＣＯ浄化部３７が蒸発部３６により過度に冷却されると、上記した選択酸化反応およびメタネーション反応が損なわれるおそれがある。特に、メタネーション反応は、良好な活性温度域が１５０〜３００℃であり、蒸発部３６の運転温度（約１００℃）との温度差が大きいため、過度の冷却は良好なメタネーション反応を損なうおそれがある。この点本実施例によれば、断熱部７００は、蒸発部３６よりも相対的に高温となるＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に配置されている。よってＣＯ浄化部３７から蒸発部３６への熱の移動を抑制する。このため改質装置が運転されるとき、ＣＯ浄化部３７における過度の冷却は抑制される。即ち、ＣＯ浄化部３７における選択酸化反応およびメタネーションの双方における過度の冷却が抑制される。故に、過度の冷却に起因する反応速度の低下が抑制される。よってＣＯ浄化部３７において選択酸化反応およびメタネーションが良好に実施される。この結果、改質ガスに含有されている一酸化炭素の濃度を低減させ易い。

殊に本実施例によれば、図１に示すように、断熱部７００は、ＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間において、ＣＯ浄化部３７における中流３７ｍの半分程度、および下流３７ｄに配置されている。このためＣＯ浄化部３７においては、中流３７ｍおよび下流３７ｄでは、温度降下が断熱部７００の断熱作用により良好に抑制される。前述したように、ＣＯ浄化部３７においては、酸素濃度が相対的に高い上流３７ｕでは、酸素が消費される選択酸化反応が発生し易い。酸化反応は発熱反応であるため、上流３７ｕでは、発熱量が多くも高温化され易いが、上流３７ｕから蒸発部３６への熱の移動が促進されるため、上流３７ｕの触媒温度は選択酸化反応の反応活性温度に保たれる。よって、上流３７ｕにおける選択酸化反応によって改質ガスのＣＯの大部分は低減される（例えば、ＣＯ浄化部入口で０．２〜１％であったＣＯ濃度が１０〜５００ｐｐｍに低減される）。

これに対して、酸素濃度が減少している中流３７ｍおよび下流３７ｄにおいては、酸素が消費されないメタネーション反応が発生し易い。しかも中流３７ｍおよび下流３７ｄではＣＯ濃度が微量になっているため、一酸化炭素の低減量は少なく（例えば、１０〜５００ｐｐｍのＣＯ濃度を１０ｐｐｍよりも低濃度に低減）、メタネーション反応による発熱量が微量である。

このような中流３７ｍおよび下流３７ｄにおいては、断熱部７００の断熱作用によって、ＣＯ浄化部３７から蒸発部３６への熱移動が良好に抑制されている。これにより、中流３７ｍおよび下流３７ｄでは、温度降下が良好に抑制されており、メタネーション反応が良好に行われる。これにより改質ガスに含有されている一酸化炭素が効率よく低減される。実施例１の場合、１ｋＷ定格発電時において、上流３７ｕは約１５０〜１８０℃、中流３７ｍは約１４０〜１６０℃、下流３７ｄは約１３０〜１５０℃に保たれている。

更に説明を加えると、本実施例によれば、断熱部７００は、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｕには配置されていない。このため、上流３７ｕにおいて、相対的に高温側のＣＯ浄化部３７から、相対的に低温側の蒸発部３６への熱の移動が促進される。故に、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｍは、蒸発部３６により適度に冷却される。故に、選択酸化反応がＣＯ浄化部３７における上流３７ｕにおいて良好に行われる。

以上説明したように本実施例によれば、改質ガスに含有されている一酸化炭素に対して選択炭化反応およびメタネーション反応の双方がＣＯ浄化部３７において良好に起きる。このため改質ガスに含有されている一酸化炭素が効果的に低減される。

以下、本発明の実施例２について図２を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。断熱手段として空洞リング状の空気断熱層７５０がＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に同軸的に配置されている。ＣＯ浄化部３７の高さ寸法をＨ１とすると、空気断熱層７５０の一端部７５０ｄ（下端部）の高さ位置は、下流３７ｄからＣＯ浄化部３７の高さ寸法Ｈ１の半分程度に設定されている。

従って図２に示すように、空気断熱層７５０は、ＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間において、ＣＯ浄化部３７における中流３７ｍの半分程度、および、下流３７ｄに配置されている。故に、中流３７ｍおよび下流３７ｄの熱が蒸発部３６に伝達されることが抑制されている。このため中流３７ｍおよび下流３７ｄにおける温度降下が空気断熱層７５０の断熱作用により抑制されている。ＣＯ浄化部３７のうち、酸素濃度が低下している中流側３７ｍおよび下流３７ｄにおいて、メタネーション反応が発生し易い。図２に示すように、空気断熱層７５０は、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｕには配置されていない。このため、相対的に高温側のＣＯ浄化部３７から、相対的に低温側の蒸発部３６への熱の移動が促進される。故に、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｕは、蒸発部３６により適度に冷却される。従って、上記したメタネーション反応よりも反応活性温度が低い選択酸化反応が上流３７ｕにおいて良好に行われる。上記したように本実施例によれば、ＣＯ浄化部３７において選択酸化反応およびメタネーション反応の双方が良好に行われ、一酸化炭素が低減される。

以下、本発明の実施例３について図３を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図３に示すように、断熱手段として、セラミックスを基材とする筒形状の断熱部７００は、ＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間において、ＣＯ浄化部３７における下流３７ｄに配置されている。よって下流３７ｄの熱が蒸発部３６に伝達されることが抑制されている。このため下流３７ｄの冷却は、断熱部７００の断熱作用により良好に抑制される。ここで、ＣＯ浄化部３７のうち上流３７ｕでは、酸素が消費される。このため、ＣＯ浄化部３７のうち下流３７ｄでは、酸素濃度が極めて少ない。このように酸素濃度が減少している下流３７ｄにおいて、メタネーション反応が発生し易い。

ここで、断熱部７００は、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｕおよび中流３７ｍには配置されていない。このため、上流３７ｕおよび中流３７ｍにおいては、相対的に高温側のＣＯ浄化部３７から、相対的に低温側の蒸発部３６への熱の移動が促進される。故に、上流３７ｕおよび中流３７ｍは適度に冷却される。故に、上記したメタネーション反応よりも反応活性温度が低い選択酸化反応が上流３７ｕにおいて良好に行われる。上記したように本実施例によれば、ＣＯ浄化部３７において、選択酸化反応およびメタネーション反応の双方が良好に行われ、一酸化炭素が良好に低減される。

以下、本発明の実施例４について図４を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。断熱手段として、空洞状をなす空気断熱層７５０がＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に配置されている。空気断熱層７５０は、ＣＯ浄化部３７における下流３７ｄに配置されており、下流３７ｄの過度の冷却を抑制している。故に、ＣＯ浄化部３７のうち、相対的に酸素濃度が減少している下流３７ｄにおいて、メタネーション反応が発生し易い。

更に図４に示すように、空気断熱層７５０は、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｕおよび中流３７ｍには配置されていない。このため上流３７ｕおよび中流３７ｍにおいて、相対的に高温側のＣＯ浄化部３７から、相対的に低温側の蒸発部３６への熱の移動が確保される。故に、ＣＯ浄化部３７における上流３７ｕおよび中流３７ｍは、蒸発部３６により適度に冷却される。よって、上記したメタネーション反応よりも反応活性温度が低い選択酸化反応が上流３７ｕにおいて良好に行われる。

以下、本発明の実施例５について図５を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。断熱手段として断熱部７００ＥがＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に配置されている。断熱部７００Ｅは、多数の細孔（空気断熱層）をもつ断熱材料で形成されており、ＣＯ浄化部３７における中流３７ｍの半分、および、下流３７ｄに配置されている。

以下、本発明の実施例６について図６を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。断熱手段として断熱部７００がＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に配置されている。更にＣＯ浄化部３７の外周部のうち下流３７ｄ付近に対面するようにヒータ３７ｈが設けられている。故に、ＣＯ浄化部３７のうち、酸素が減少している下流３７ｄにおいて、反応活性温度がより高い一酸化低減反応であるメタネーション反応が発生し易い。ヒータ３７ｈは下流３７ｄおよび中流３７ｍの双方に、または、中流３７ｍのみに配置しても良い。ヒータ３７ｈに代えて断熱材を用いても良い。

以下、本発明の実施例７について図７を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。断熱手段として断熱部７００がＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に配置されている。断熱部７００は、下流３７ｄ付近に設けられた厚肉部７００ｋと、上流３７ｕ付近に設けられた薄肉部７００ｈとを有する。厚肉部７００ｋの厚みは薄肉部７００ｈの厚みよりも厚くされており、ＣＯ浄化部３７の断熱性が高められている。特に下流３７ｄにおける断熱性が特に高められている。なお、当該厚みは、ＣＯ浄化部３７の触媒３７ｅの種類、能力に応じて設定できる。

以下、本発明の実施例８について図８を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図８に示すように、燃料電池１は、プロトン伝導性をもつ固体高分子膜１０を燃料極１１と酸化剤極１２とで厚み方向に挟持する膜電極接合体１３を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜１０の材質としては、炭化フッ素系樹脂（例えばパーフルオロスルホン酸樹脂）または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池１としては、シート状の膜電極接合体１３を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体１３を複数配置する方式でも良い。改質装置２は、燃焼バーナで形成された加熱部として機能する燃焼部３０と、燃焼部３０により加熱される改質部３４とをもつ。改質部３４は鉛直方向に沿った中心軸芯をもつ筒形状をなしており、改質用燃料を改質させて改質ガスを生成するものである。改質部３４は、燃焼部３０に対面する燃焼通路３２をもつ。改質部３４の回りを包囲するように燃焼通路３３が同軸的に形成されている。燃焼通路３３に連通するようにこれの外側に燃焼通路３５が同軸的に形成されている。燃焼通路３３と燃焼通路３５との間には、筒状の断熱部３１が同軸的に形成されている。更に、燃焼通路３５の回りを包囲するように、原料水を蒸発させる蒸発部３６が同軸的に形成されている。蒸発部３６の回りにＣＯ浄化部３７（一酸化炭素低減部）が同軸的に形成されている。蒸発部３６とＣＯ浄化部３７との間に断熱部７００が介在している。

図８に示すように、燃焼部３０で加熱される改質部３４により、蒸発部３６は加熱される。蒸発部３６の回りを包囲するように、筒状のＣＯ浄化部３７が隣設状態に配置されている。このため、蒸発部３６とＣＯ浄化部３７とは互いに熱交換される。改質装置２の運転中においては、一般的に、液相状態の水が蒸発する蒸発部３６の温度よりもＣＯ浄化部３７の温度が高いため、ＣＯ浄化部３７は蒸発部３６に熱を与える。ＣＯ浄化部３７の外周部は、これを包囲して保温するために、高い断熱性をもつ筒状の断熱材３９で覆われている。但し、図８に示すように、ＣＯ浄化部３７のうち、ＣＯシフト部５を経た改質ガスが供給される入口３７ｉ付近には、断熱材３９が設けられていない。故に断熱材３９の下端部３９ｕは入口３７ｉに到達していない。その主たる理由としては、当該改質ガスの温度がＣＯ浄化部３７の触媒３７ｅの活性化温度よりもやや高いことがあるため、当該改質ガスを冷やすためである。

更に、図８に示すように、改質装置２は、改質部３４の下方に配置された熱交換部４と、熱交換部４の下方に配置されたＣＯシフト部５と、ＣＯシフト部５と熱交換部４との間に配置された電気式のヒータをもつ暖機部４７とを備えている。ここで、蒸発部３６の下流に熱交換部４が設けられ、熱交換部４の下流にＣＯシフト部５が設けられている。

ＣＯシフト部５は、上記の（２）式に基づいて、水蒸気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５は通路５ｉと通路５ｖと折返部５ｍとをもつ。ＣＯシフト部５の出口５ｐと酸化用空気通路７５とは、第２合流域Ｍ２を介して浄化通路４００により接続されている。

ＣＯ浄化部３７は、ＣＯシフト部５の下流に配置されており、ＣＯシフト部５で浄化された改質ガスに含まれているＣＯを上記の式（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。本実施例によれば、改質装置２の運転中にＣＯシフト部５は、水素リッチとなり還元条件となる。このため、ＣＯシフト部５の触媒５ｅが僅かに酸化しているだけであれば、触媒５ｅは改質装置の運転中に還元され易い。

しかしＣＯ浄化部３７の触媒３７ｅは、改質装置の運転中だけでは還元されにくい。ＣＯ浄化部３７に酸素が供給されている状態では、ＣＯ浄化部３７の触媒３７ｅの活性温度域（例えば１００〜２００℃）が存在する。この温度を超えると、酸化雰囲気では触媒３７ｅの劣化が進行し易いため、２００℃を越えないことが好ましいと言われている。これを考慮し、気化熱が奪われる蒸発部３６でＣＯ浄化部３７を積極的に冷却させる。

一方、酸素が供給されない条件においては、つまり、酸素欠乏雰囲気においては、前記した活性温度領域を上側に越える温度領域に触媒３７ｅが加熱保持されたとしても、劣化が抑えられるばかりか、触媒３７ｅが還元されて再生される。

このようにＣＯ浄化部３７に酸素が供給されつつ、改質装置２が通常運転されたとしても、ＣＯ浄化部３７の触媒３７ｅの還元は、なかなか進行しないため、再生処理を行うこと好ましい。

上記した再生処理において、ＣＯ浄化部３７の触媒３７ｅの触媒再生温度領域としては、一般的には１９０℃以上、２００℃以上が良い。２２０℃以上が更に好ましく、２５０℃以上が更に好ましい。但し、温度は触媒３７ｅの組成によって異なり、限られるものではない。

次に通路系について説明する。図８に示すように、燃料供給源６１に弁２５ａを介して繋がる燃料通路６２が設けられている。燃料供給源６１の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例示される。例えば都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が例示される。燃料通路６２は、弁２５ａ，ポンプ２７ａを介して改質部３４の燃焼部３０に繋がる燃焼用燃料通路６２ａと、熱交換部４の入口４ｉにポンプ２７ｂ、脱硫器６２ｘおよび弁２５ｂを介して繋がる改質用燃料通路６２ｃ（改質用燃料供給部）とをもつ。空気供給源７１に繋がる空気通路７２（酸素供給部）が設けられている。空気通路７２は、ポンプ２７ｃを介して改質部３４の燃焼部３０に繋がる燃焼用空気通路７３と、空気浄化フィルタ７２ｘ、ポンプ２７ｄおよび弁２５ｄを介してＣＯ浄化部３７の入口３７ｉに繋がる酸化用空気通路７５（酸素供給部）とをもつ。

図８に示すように、水タンク８１と蒸発部３６の入口３６ｉとをポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して繋ぐ改質水通路８２（水供給部）が設けられている。ＣＯ浄化部３７の出口３７ｐと燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉとを弁２５ｅ（出口弁）を介して繋ぐアノードガス通路１００（改質ガス吐出路）が設けられている。ＣＯ浄化部３７の出口３７ｐは、ＣＯ浄化部３７の高さ方向の上部側に形成されている。燃料電池１の燃料極１１の出口１１ｐと燃焼部３０とを弁２５ｆを介して繋ぐオフガス通路１１０が設けられている。オフガス通路１１０は発電反応後のアノードオフガスを排出させる。オフガス通路１１０とアノードガス通路１００とを弁２５ｈ（出口弁）を介して繋ぐバイパス通路１５０が設けられている。

図８に示すように、空気供給源７１と燃料電池１の酸化剤極１２の入口１２ｉにポンプ２７ｋおよび弁２５ｋを介して連通するカソードガス通路２００が設けられている。図８に示すように、改質部３４で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス通路２５０が設けられている。改質装置２の蒸発部３６の出口３６ｐと改質用燃料通路６２ｃとを第１合流域Ｍ１を介して繋ぐ水蒸気通路３００が設けられている。水蒸気通路３００の上端部３００ｅは蒸発部３６の出口３６ｐに繋がる。水蒸気通路３００の下端部３００ｆは合流域Ｍ１に繋がる。ポンプ２７ａ，２７ｂ,２７ｃ，２７ｄ，２７ｋ,２７ｍは流体搬送要素として機能する。

図８に示すように、ＣＯシフト部５の出口５ｐとＣＯ浄化部３７の入口３７ｉとは、浄化通路４００で接続されている。ＣＯシフト部５の出口５ｐから吐出された改質ガス（水素を主要成分とし、一酸化炭素を含有）は、浄化通路４００を上向きに矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２を経てＣＯ浄化部３７の入口３７ｉに供給される。入口３７ｉは、ＣＯ浄化部３７の高さ方向の下部側に形成されている。

次に改質装置２を起動させるときについて図８を参照して説明する。この場合、ポンプ２７ｃにより燃焼用空気通路７３を介して燃焼用空気を改質部３４の燃焼部３０に供給する。また、弁２５ａおよびポンプ２７ａにより燃焼用燃料通路６２を介してガス状の燃焼用燃料（燃焼性燃料）を改質部３４の燃焼部３０に供給する。これにより燃焼部３０が着火されて加熱され、ひいては改質部３４が改質反応に適するように加熱される。改質部３４および外側部３５と共に蒸発部３６およびＣＯ浄化部３７も、高温に加熱される。

その後、水タンク８１および改質水通路８２からポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して、改質水（改質反応前の水）が蒸発部３６の入口３６ｉに供給される。改質水は改質装置２の高温の蒸発部３６において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部３６の出口３６ｐから水蒸気通路３００を経て第１合流域Ｍ１に到達する。これに対して、改質用燃料は弁２５ａ,ポンプ２７ｂ,弁２５ｂにより、脱硫器６２ｘ、改質用燃料通路６２ｃおよび第１合流域Ｍ１を経て熱交換部４の入口４ｉに供給される。第１合流域Ｍ１において、改質用燃料通路６２ｃの改質用燃料と水蒸気通路３００の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部４の入口４ｉに供給される。

混合流体は熱交換部４の低温側の第１通路４ａを通過する。このとき熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部３４の外通路３４ｐに流入し、矢印Ａ１方向に流れ、折返部３４ｍを経て内通路３４ｉに流入し、矢印Ａ２方向に流れる。このとき水蒸気（または凝縮水）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、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４に流入する。即ち、高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを通過することにより、低温側の第１通路４ａの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部４７を経て、ＣＯシフト部５の入口５ｉからＣＯシフト部５の内部に流入する。ＣＯシフト部５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が低減され、改質ガスは浄化される。

更に、ＣＯシフト部５において浄化された改質ガスは、ＣＯシフト部５の出口５ｐから浄化通路４００を経て矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２に至る。更に改質ガスは、酸化用空気通路７５（酸素供給部）の酸化用空気（酸素成分，ＣＯ浄化部３７における選択反応に使用される選択酸化用空気）と第２合流域Ｍ２において合流する。そして、合流した改質ガスは、ＣＯ浄化部３７の下部に形成されている入口３７ｉから、ＣＯ浄化部３７内に流入する。ＣＯ浄化部３７においては、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浄化部３７の出口３７ｐからアノードガスとして、アノードガス通路１００,弁２５ｅを経て燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ２７ｋ,弁２５ｋによりカソ−ドガス通路２００を経て燃料電池１の酸化剤極１２の入口１２ｉに供給される。これにより燃料電池１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１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とがある。このためオフガスはオフガス通路１１０を経て改質部３４の燃焼部３０に供給されて燃焼され、燃焼部３０の熱源となる。

図８に示すように、ＣＯシフト部５のうち上流側（通路５ｉの入口側）の温度Ｔ１１を検知するＣＯシフト部温度検知器５５が設けられている。ＣＯシフト部５のうち折返部５ｍ付近の温度Ｔ３１を検知するＣＯシフト部温度検知器３９が設けられている。ＣＯ浄化部３７のうち上流側の温度Ｔ１２を検知するＣＯ低減部温度検知器３８が設けられている。更に、改質部３４の出口側の温度Ｔ１を検知する改質部温度検知器３１ｔが設けられている。水蒸気と改質用燃料とが合流する第１合流域Ｍ１の温度Ｔ２を検知する温度検知器６５が設けられている。

さて本実施例によれば、一酸化炭素を含む水素を主要成分とする改質ガスが、改質装置の運転中により生成される。ＣＯシフト部５の温度Ｔ１１が低くてこれの活性温度域よりも低い場合には、ＣＯ除去性が充分でないため、制御装置５００は、暖機部４７のヒータによりＣＯシフト部５を昇温させる。これによりＣＯシフト部５を活性温度域に維持させる。

ＣＯシフト部温度検知器５５，３９が検知したＣＯシフト部５の温度Ｔ１１，Ｔ３１の信号と、ＣＯ低減部温度検知器３８が検知したＣＯ浄化部３７の温度Ｔ１２の信号と、改質部温度検知器３１ｔが検知した改質部３４の温度Ｔ１の信号と、温度検知器６５が検知した第１合流域Ｍ１の温度Ｔ２の信号が、それぞれ、制御装置５００に入力される。制御装置５００は、酸化用空気通路７５（酸素供給部）からＣＯ浄化部３７に供給される空気（酸素含有ガス，酸素成分）の流量を制御する。これにより、ＣＯ浄化部３７の上流に配設されているＣＯシフト部５の温度が制御される。

以下、本発明の実施例９について図９を参照して具体的に説明する。図９に示すように、ＣＯ浄化部３７は、収容室３７０をもつ基体３７１と、収容室３７０を第１室３７２および第２室３７３に仕切る仕切壁３７４と、第１室３７２に配置された触媒３７ｅ（上記した選択酸化反応およびメタネーション反応に適する触媒）を担持する触媒担持部で形成された浄化部本体３７５と、浄化部本体３７５の下側に形成された通気孔３７６をもつ第１板部材３７７と、第１板部材３７７の通気孔３７６に連通するように浄化部本体３７５の下側に位置する第１凹部３７８と、浄化部本体３７５の上側に形成された通気孔３７６をもつ第２板部材３７９と、第２板部材３７９の通気孔３７６に連通するように浄化部本体３７５の上側に位置する第２凹部３８０とを備えている。

図９に示すように、高い断熱性をもつ断熱部７００は、浄化部本体３７５と蒸発部３６との間に位置するように第２室３７３に配置されている。第１板部材３７７の通気孔３７６、第２板部材３７９の通気孔３７６、第１凹部３７８および第２凹部３８０により通気性が確保される。本実施例においても実施例１と同様に、ＣＯ浄化部３７において選択酸化反応およびメタネーション反応の双方が良好に行われ、一酸化炭素が低減される。図９に示すように、基体３７１の内部において、浄化部本体３７５の下面に対向する第１凹部３７８が形成され、浄化部本体３７５の上面に対向する第２凹部３８０が形成されているため、改質ガスを浄化部本体３７５に通気させる際において、通気性の均一性を高めるのに有利である。

（試験例）
上記した実施例９に係る改質装置を用いて試験を行った。第１凹部３７８の幅Ｋ１（図９参照）を２５ミリメートルとし、第２凹部３８０の幅Ｋ２（図９参照）を２０ミリメートルとし、第１板部材３７７から断熱部７００の一端部７００ｄの下面の高さをＸとした。そして浄化部本体３７５において、これの上流３７ｕから下流３７ｄに向かうにつれて、点Ｃ１、点Ｃ２、点Ｃ３、点Ｃ４を上方向に向けて順に設定した。点Ｃ１は第１板部材３７７の上面３７７ａから上方に５ミリメートルの位置、点Ｃ２は第１板部材３７７の上面３７７ａから上方に２５ミリメートルの位置、点Ｃ３は第１板部材３７７の上面３７７ａから上方に４５ミリメートルの位置、点Ｃ４は第１板部材３７７の上面３７７ａから上方に６５ミリメートルの位置とした。第１板部材３７７と第２板部材３７９との間隔を７０ミリメートルに設定した。

そして第１板部材３７７から断熱部７００の下面である一端部７００ｄまでの高さ寸法Ｘ（図９参照）について、当該高さ寸法Ｘを５ミリメートルとした場合と、当該高さ寸法Ｘを１０ミリメートルとした場合とについて、点Ｃ１、点Ｃ２、点Ｃ３、点Ｃ４における温度をそれぞれ測定した。測定結果を表１に示す。表１から理解できるように、点Ｃ１、点Ｃ２、点Ｃ３、点Ｃ４に進むにつれて、即ち、浄化部本体３７５の上流３７ｕから下流３７ｄに向かうにつれて、温度は次第に下降する傾向が見られた。ここで、断熱性が高い断熱部７００が設けられているため、浄化部本体３７５における温度の下降が抑制されている。上流側では選択酸化反応に適する温度が得られる。下流側ではメタネーション反応に適する温度が得られる。

また図１０は、Ｘ＝５ｍｍにおいて、ＣＯ浄化部３７の浄化部本体３７５における点Ｃ１の温度変化を示す。この場合、図１０には、起動開始時の温度、起動終了時の温度、発電開始時の温度、発電終了時の温度、発電運転の停止操作中における最高温度がそれぞれ示されている。

図１１は、Ｘ＝１０ｍｍにおいて、ＣＯ浄化部３７の浄化部本体３７５における点Ｃ１の温度変化を示す。この場合、図１１には、起動開始時の温度、起動終了時の温度、発電開始時の温度、発電終了時の温度、発電運転の停止操作中における最高温度がそれぞれ示されている。

その他、本発明は上記した実施例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。例えば、実施例１では、ＣＯ浄化部３７において、上流３７ｕは下部に位置し、下流３７ｄは上部に位置しているが、これに限らず、上流３７ｕは上部に位置し、下流３７ｄは下部に位置していても良い。実施例１では、ＣＯ浄化部３７と蒸発部３６との間に筒形状の断熱部７００が同軸的に配置されているが、同軸でなくても良い。断熱部７００は蒸発部３６の外周部を連続的に１周するように形成されているが、これに限らず、断熱部は蒸発部３６の外周部を断続的に１周するように形成されていても良い。各触媒は上記したものに限定されるものではない。

図１に示すように、シフト部５が改質部３４に一体的に連設されているが、これに限らず、シフト部５は改質部３４から分離していても良い。図１に示すように、改質部３４がＣＯシフト部５の上方に配置されているが、これに限らず、改質部３４がＣＯシフト部５の下方または横方に配置されていても良い。ＣＯ浄化部３７の上部が蒸発部３６の上部よりも上方に突出していても良い。

本発明は燃料電池システム等に使用される改質装置に利用することができる。

実施例１に係り、改質装置のシステム図である。 実施例２に係り、改質装置のシステム図である。 実施例３に係り、改質装置のシステム図である。 実施例４に係り、改質装置のシステム図である。 実施例５に係り、改質装置のシステム図である。 実施例６に係り、改質装置のシステム図である。 実施例７に係り、改質装置のシステム図である。 実施例８に係り、改質装置のシステム図である。 実施例９に係り、改質装置のシステム図である。 実施例９に係る改質装置を用いて試験したときにおける時間と温度との関係を示すグラフである。 実施例９に係る改質装置を用いて試験したときにおける時間と温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１は燃料電池、２は改質装置、３０は燃焼部、３４は改質部、３６は蒸発部、３７はＣＯ浄化部（一酸化炭素低減部）、４は熱交換部、５はＣＯシフト部、５００は制御装置、７００は断熱部（断熱手段）、７５０は空気断熱層（断熱手段）を示す。

Claims (3)

1. 改質用燃料を水蒸気改質させて改質ガスを生成させる改質部と、水を加熱して水蒸気を生成して改質部に供給する蒸発部と、前記改質部で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる一酸化炭素低減部と、前記一酸化炭素低減部と蒸発部との間に配置され前記一酸化炭素低減部から前記蒸発部への熱移動を抑制する断熱手段とを具備し、
   前記一酸化炭素低減部は、改質ガスが流れる上流側、中流側および下流側を備えており、前記断熱手段は、前記一酸化炭素低減部における前記中流側および前記下流側の双方、または、前記下流側に配置されており、
   前記一酸化炭素低減部は、前記上流側では酸化反応がメタネーション反応に優先して前記改質ガス中の一酸化炭素を低減し、前記下流側ではメタネーション反応が酸化反応に優先して前記改質ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ浄化部であることを特徴とする燃料電池用改質装置。
2. 請求項１において、前記断熱手段は、断熱材を基材としていることを特徴とする燃料電池用改質装置。
3. 請求項１において、前記断熱手段は、空気断熱層であることを特徴とする燃料電池用改質装置。

Images