WO2008056724A1 - Reformeur, unité de reformage et système de pile à combustible - Google Patents

Description

明 細 書

改質器、改質ユニットおよび燃料電池システム

技術分野

[0001] 本発明は、内部に充填された改質剤によって改質処理する改質器、炭化水素原料 を含有する原料ガスをパーナの燃焼ガスにより加熱して水素ガスを含有する改質ガ スを生成させる改質器、改質ユニットおよびこの改質器あるいは改質ユニットを備え た燃料電池システムに関する。

背景技術

[0002] 従来、例えば、燃料電池システムにお!/、て、改質剤により供給される原料ガスを改 質して水素ガスを生成させる各種改質器が知られている。これら改質器としては、径 方向で多重環状に間隙を有する多重管構造で、略中心位置に配設したパーナ (カロ 熱手段）の燃焼により水蒸気が混合された原料ガスを加熱しつつ改質する構成が採 られて!/、る (例えば、特許文献 1または特許文献 7参照）。

[0003] また、他の燃料電池システムにおいては、供給される原料ガスをパーナにて加熱し つつ改質剤により改質して水素ガスを生成させる各種改質器が知られている。これら 改質器としては、径方向で多重環状に間隙を有する多重管構造で、略中心位置に 配設したパーナの燃焼により水蒸気が混合された原料ガスを加熱しつつ改質する構 成が採られて!/、る (例えば、特許文献 1なレ、し特許文献 7参照）。

[0004] 特許文献 1に記載のものは、有底円筒状の隔壁内に、同心状に下端近傍に開口を 有し上部にパーナが下方流の火炎となる状態に配設された燃焼筒を設け、燃焼筒の 内側に鉛直円柱状の第 1領域を区画形成し、この第 1領域と同心に、第 1領域の外 周側に位置し燃焼筒の開口を介して連通する環状の第 2領域を区画形成している。 第 2領域内には、二重管構造で外周側に改質触媒が充填された複数の改質管を、 円周上に位置する状態で軸方向に沿って配設している。各改質管の上端部には、 外周側が連通する状態で原料ガスマ二ホールドが連結されている。

第 2領域の外周側には、同心で上端部が第 2領域に連通する環状の第 3領域と、こ の第 3領域の外周側に同心に環状の第 4領域を区画形成している。第 3領域内には 、第 2領域を流過するパーナの燃焼ガス (加熱ガス）により、供給される水から水蒸気 を生じさせる水蒸発管を、第 1領域と略同心に螺旋状に配設している。第 4領域内に は、改質管の内周側に連通する各連通部が接続する改質ガスマユホールドに接続 する高温 CO (—酸化炭素）変成触媒が充填された高温 CO変成器、低温 CO変成器 、および、選択酸化触媒が充填された第 1 ,第 2の選択酸化器を周方向に並ぶ状態 に区画形成している。

そして、第 1領域から第 2領域を介して第 3領域に流入したパーナの燃焼ガスにより 水蒸発管で生成された水蒸気が混合された原料ガス力 原料ガスマ二ホールドから 各改質管の外周側に流入する。さらに、原料ガスは、第 2領域内に流入するパーナ の燃焼ガスにより加熱されつつ改質触媒にて改質され、連通管から改質ガスマニホ 一ルドを介して高温 CO変成器、低温 CO変成器、第 1の選択酸化器、第 2の選択酸 化器にて処理される構成が採られて!/、る。

また、特許文献 1に記載のものは、パーナ取付台により配設されるパーナが位置す る中心軸でパーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に 同心的に第 1筒体力 第 8筒体までの複数筒体を順次配置している。第 1筒体の下 端は伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第 3筒体の下端は第 1筒体の底板 と間隙を介して対向する底板にて閉塞され、第 1筒体および第 2筒体間と、第 2筒体 および第 3筒体の通路とは、下部で連通する。

伝熱隔壁および第 1筒体間に区画され上端が外周側へ開口する燃焼排ガスの取 出し口に接続する排気通路と、パーナ取付台との間には、水が供給される供給口に 連通する水加熱路を形成している。第 1筒体および第 2筒体間には、原料ガスが供 給される供給口に上部が連通し、螺旋状に羽根が設けられて原料ガスが螺旋状に 流通する流路を有し、流路内の上部側に充填物が充填された予熱層が設けられ、下 部側に改質触媒が充填され下部が第 2筒体および第 3筒体の通路に接続する改質 触媒層が設けられている。第 3筒体および第 4筒体間は、断熱材が充填される隙間 が形成されている。

第 4筒体および第 5筒体間は、上端が改質触媒層に接続し、 CO変成触媒が充填さ れてシフト層を形成している。第 5筒体および第 7筒体間には第 6筒体が介在し、原 料ガスの供給口に連通するとともに下流側が予熱層の上部に連通する加熱通路を 形成している。第 7筒体および第 8筒体間には、ガスが流通可能に仕切板にて区画さ れ、下部がシフト層の下部に連通し空気が導入される混合室を介して CO除去触媒 が充填された第 1PROX層と、第 1PROX層に連通するとともに改質ガス取出し口に 連通する第 2PROX層とが形成されてレ、る構成が採られて!/、る。

[0006] 特許文献 2に記載のものは、パーナ取付台により配設されるパーナが位置する中 心軸でパーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心 的に第 1筒体から第 8筒体までの複数筒体を順次配置している。第 1筒体の下端は 伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第 3筒体の下端は第 1筒体の底板と間 隙を介して対向する底板にて閉塞され、第 1筒体および第 2筒体間と、第 2筒体およ び第 3筒体の通路とは、下部で連通する。

伝熱隔壁および第 1筒体間に区画され上端が外周側へ開口する燃焼排ガスの取 出し口に接続する排気通路と、パーナ取付台との間には、水が供給される供給口に 連通する水加熱路を形成している。第 1筒体および第 2筒体間には、原料ガスが供 給される供給口に上部が連通し、上部側に充填物が充填された予熱層が設けられ、 下部側に改質触媒が充填され下部が第 2筒体および第 3筒体の通路に接続する改 質触媒層が設けられている。第 3筒体および第 4筒体間は、断熱材が充填される隙 間が形成されている。

第 4筒体および第 5筒体間は、上端が改質触媒層に接続し、 CO変成触媒が充填さ れてシフト層を形成している。第 5筒体および第 7筒体間には第 6筒体が介在し、原 料ガスの供給口に連通するとともに下流側が予熱層の上部に連通する加熱通路を 形成している。第 7筒体および第 8筒体間には、下部がシフト層の下部に連通し空気 が導入される室を介してガスが流通可能に仕切板にて区画され CO除去触媒が充填 された第 1PROX層が形成されている。また、第 7筒体および第 8筒体間には、ガスが 流通過程で乱流を生じさせる状態にガスが流通可能な仕切板にて複数の室が形成 されているとともに、室を介して第 1PROX層に連通し改質ガス取出し口に室を介し て連通する第 2PROX層が形成されて!/、る構成が採られて!/、る。

[0007] 特許文献 3に記載のものは、パーナ取付台により配設されるパーナが位置する中 心軸でパーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心 的に第 1筒体から第 8筒体までの複数筒体を順次配置している。第 1筒体の下端は 伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第 3筒体の下端は第 1筒体の底板と間 隙を介して対向する底板にて閉塞され、第 1筒体および第 2筒体間と、第 2筒体およ び第 3筒体の通路とは、下部で連通する。第 4筒体および第 8筒体は下端同士が底 板で接合されている。

伝熱隔壁および第 1筒体間に区画される円管状空隙の排気通路の上端は、外周 側へ開口する燃焼排ガスの取出し口に連通している。第 1筒体および第 2筒体間の 通路は、上部が水と都市ガスとを混合してなる原料ガスが供給される供給口に連通し 、下部が第 2筒体および第 3筒体間に改質触媒が充填された改質触媒層に接続して いる。第 3筒体および第 4筒体間は、隙間が形成されている。

第 4筒体および第 5筒体間は、上端が改質触媒層に接続し、 CO変成触媒が充填さ れてシフト層を形成している。第 7筒体および第 8筒体間の下部には、第 4筒体およ び第 5筒体間に接続するシフト層が形成され、シフト層の上部に仕切板にて区画され 空気を混入させる混合室が区画形成され、混合室の上部には改質ガスの取出し口 に連通する CO選択酸化触媒が充填された PROX層が形成されている。第 5筒体お よび第 7筒体間には第 6筒体が介在し、供給口に連通するとともに下流側が第 1筒体 および第 2筒体間の通路の上部に接続する原料ガスを加熱する加熱路を形成してい る。第 4筒体および第 5筒体間のシフト層と、第 7筒体および第 8筒体間のシフト層と が接続する下部には、内部に溜まった水を排出する排水装置が設けられた構成が 採られている。

特許文献 4に記載のものは、配設されるパーナが位置する中心軸でパーナを囲む 状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心的に第 1筒体から第 8 筒体までの複数筒体を順次配置している。第 1筒体の下端は伝熱隔壁と間隙を介す る底板にて閉塞され、第 3筒体の下端は第 1筒体の底板と間隙を介して対向する底 板にて閉塞され、第 1筒体および第 2筒体間と、第 2筒体および第 3筒体の通路とは、 下部で連通する。第 4筒体および第 8筒体は下端同士が底板で接合されている。 伝熱隔壁および第 1筒体間に区画される円管状空隙の上昇通路の上端は水平方 向に円環状の中間通路に連通し、この中間通路の外周から下方に延び下端に燃焼 排ガス排出口に接続する円管状の下降通路を設けている。下降通路の外周に隣接 して、下端に水供給口を有し供給される水を予熱する円管状の給水予熱部を設けて いる。給水予熱部の上端には、原料ガスの供給口が接続し原料ガスと湿り蒸気とが 供給される環状室に接続する連結部を設けている。下降通路の内周側に隣接して、 円管状の原料予熱部を設けている。第 1筒体および第 2筒体間には、環状室に接続 する加熱通路が上部に接続されステンレスやアルミナなどの充填物が充填された予 熱層が上部に設けられ、下部に改質触媒が充填された改質触媒層が設けられてい 第 3筒体および第 4筒体間は断熱材が充填され、第 4筒体および第 5筒体間は、上 端が通路と連通し、 CO変成触媒が充填されてシフト層を形成している。第 5筒体およ び第 7筒体間には第 6筒体が介在されて二重円管構造に形成され、原料ガス供給口 から供給される原料ガスと水供給口から供給される水が混合された状態で通過し、予 熱層に連通する加熱通路を形成している。第 7筒体および第 8筒体間には、下部が シフト層の下部に連通し空気が導入される CO除去触媒が充填されて第 1PROX層、 およびこの第 1PROX層の上部に仕切板により区画された第 2PROX層を形成した 構成が採られている。

特許文献 5に記載のものは、炉容器で少なくとも下部が覆われた改質管を、直立し た仕切円筒と、仕切円筒の内外に同心円状に配設され下部を仕切円筒の下端から 離してリング状の底板で接続した内筒および外筒とで、二重環状構造に形成してい る。改質管は、仕切円筒と外筒との間に、上部に原料ガスマ二ホールドを介して原料 ガス入口が形成され、下端部が仕切円筒と内筒との間に区画された内側環状空間に 連通する外側環状空間を区画形成している。

内側環状空間は、粒状改質触媒が充填され、上部に改質ガスマ二ホールドを介し て改質ガス出口が形成されている。パーナで燃焼された燃焼ガスは、改質管の内筒 内から改質管の下端部より炉容器の内周側との間隙を介して排気される。この燃焼 ガスの排気の際に、外側環状空間に流入された原料ガスが加熱され、内側環状空間 に流入して粒状改質触媒にて改質処理される構成が採られている。 [0010] 特許文献 6に記載のものは、有底円筒状の隔壁内に、同心状に下端近傍に開口を 有し上部にパーナが下方流の火炎となる状態に配設された燃焼筒を設け、燃焼筒の 内側に鉛直円柱状の第 1領域を区画形成し、この第 1領域と同心に、第 1領域の外 周側に位置し燃焼筒の開口を介して連通する環状の第 2領域を区画形成している。 第 2領域内には、二重管構造で外周側に改質触媒が充填された複数の改質管を、 円周上に位置する状態で軸方向に沿って配設している。各改質管の上端部には、 外周側が連通する状態で原料ガスマ二ホールドが連結されている。

第 2領域の外周側には、同心で上端部が第 2領域に連通する環状の第 3領域と、こ の第 3領域の外周側に同心に環状の第 4領域を区画形成している。第 3領域内には 、第 2領域を流過するパーナの燃焼ガスにより、供給される水から水蒸気を生じさせ る水蒸発管を、第 1領域と略同心に螺旋状に配設している。第 4領域内には、改質管 の内周側に連通する各連通部が接続する改質ガスマ二ホールドに接続する高温 CO (一酸化炭素）変成触媒が充填された高温 CO変成器、低温 CO変成器、および、選 択酸化触媒が充填された第 1 ,第 2の選択酸化器を周方向に並ぶ状態に区画形成 している。

そして、第 1領域から第 2領域を介して第 3領域に流入したパーナの燃焼ガスにより 水蒸発管で生成された水蒸気が混合された原料ガス力 原料ガスマ二ホールドから 各改質管の外周側に流入する。さらに、原料ガスは、第 2領域内に流入するパーナ の燃焼ガスにより加熱されつつ改質触媒にて改質され、連通管から改質ガスマニホ 一ルドを介して高温 CO変成器、低温 CO変成器、第 1の選択酸化器、第 2の選択酸 化器にて処理される構成が採られて!/、る。

[0011] 特許文献 7に記載のものは、改質器と、脱硫器や水蒸発器、原燃料気化器、低温 シフトコンバータ、選択酸化 CO除去器などの関連機器とを 1つのユニット構成とし、 真空断熱容器内に配設している。この真空断熱容器の内側空間を、燃焼器の燃焼 ガスが流路する。燃焼器の周囲には、内管および外管からなる二重管構造で内管お よび外管に原料ガスが流通する改質触媒が充填され改質されたガスを内管内に流 通させる改質管が複数配設されてレ、る。

[0012] 特許文献 1：特開 2002— 187705号公報 特許文献 2：特開 2002— 293509号公報

特許文献 3：特開 2003— 112904号公報

特許文献 4：特開 2004 _ 123464号公報

特許文献 5：特開平 5— 303972号公報

特許文献 6：特開 2004— 288434号公報

特許文献 7：特開 2003— 327405号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] しかしながら、上記特許文献 1または特許文献 7に記載のような改質触媒を充填し た二重管構造の改質管を用いる従来の構成では、充填される改質触媒の容積に限 りがあり、十分な改質処理が得られなくなるおそれがある。また、改質触媒の負荷が 高くなり、寿命が短くなるおそれがある。さらに、構造が複雑で改質触媒の交換作業 なども煩雑となるおそれがある不都合がある。

[0014] 燃料電池システムでは、エネルギ効率が重要である。そして、燃料電池に供給する 水素ガスを製造する工程において、改質の際の加熱は全行程中で比較的に大きな エネルギを必要とする。このことにより、効率よく加熱して改質処理する必要がある。 特に、一般家庭用として小型化や構成の簡略化の際のエネルギ効率の低下の抑 制やエネルギ効率のさらなる向上力 より強く要望されている。

[0015] 本発明の目的は、このような点に鑑みて、簡単な構造で効率がよく安定した改質処 理が得られる改質器、改質ユニットおよび燃料電池システムを提供する。

課題を解決するための手段

[0016] 本発明に記載の改質器は、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加 熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、径寸法が異なり中 心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および 外側筒状体間に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する 改質容器と、この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された 加熱手段と、前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室 の軸方向における一端側に供給する供給管、および、この供給管内に略同軸上に それぞれ嵌揷され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他 端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが 流入可能に開口する戻り管を備えた複数の二重管構造の流通部と、を具備したこと を特徴とする。

この発明では、略中心軸上に位置して加熱手段が配設される内側筒状体と、この 内側筒状体と径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体との間に改質触媒が 充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器を備えている。そして、炭 化水素原料を含有する原料ガスを改質容器の改質室の軸方向における一端側に供 給する供給管を改質容器の軸方向の一端に接続するとともに、供給管内に略同軸 上にそれぞれ嵌揷し一端部が改質室を貫通し改質室内の軸方向における他端側に 生成された改質ガスが流入可能に戻り管を開口する状態で配設して二重管構造の 流通部を構成している。

このことにより、例えば燃料電池で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場 合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保で きるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよぐ作業性がよい。さらに、原料 ガスを改質室に供給する供給管と、改質室の改質触媒で生成した改質ガスを流通さ せて回収する戻り管とを、略同軸上とした二重管構造の流通部として構成してレ、るの で、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器の 一側にまとまる構成となり、例えば改質容器の断熱、他の構成との干渉などが生じに くぐ構成の小型化が容易に図れる。また、供給管より供給される原料ガスは、所定の 温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管の内周側に嵌揷する戻り管を流通する 際に加熱され、良好な熱効率が得られる。

本発明の改質器では、前記流通部は、前記供給管および前記戻り管の間に前記 原料ガスが流通可能に充填材が充填された構成とすることが好ましい。

この発明では、流通部における供給管および戻り管の間に、原料ガスが流通可能 に充填材を充填している。ここで、充填材としては、例えば耐熱性や耐食性を有した ステンレスなどの金属やアルミナ粒などの無機材料などが例示できる。

このことにより、供給管を流通する原料ガスと、戻り管を流通する改質ガスとの熱交 換効率が向上し、より良好な熱効率が得られる。

[0018] 本発明の改質器では、前記供給管は、一端が前記改質容器の軸方向の一端に接 続され、他端が内部に略柱状空間を有し前記原料ガスが流入される原料ガス供給部 に接続され、前記戻り管は、他端が前記原料ガス供給部に隣接して設けられ内部に 略柱状空間を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記原料ガス供給 部を貫通して接続された構成とすることが好ましレ、。

この発明では、改質容器の軸方向の一端に接続する供給管の他端を、内部に略 柱状空間を有し原料ガスが流入される原料ガス供給部に接続している。さらに、改質 室の他端側に一端が開口する戻り管の他端を、原料ガス供給部に隣接して設けられ 内部に略柱状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部に原料ガス供給部 を貫通して接続している。

このことにより、原料ガスの各供給管を介した改質室への流入、および、改質室で 改質されて生成された改質ガスの回収力 偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガ スの流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原 料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。

[0019] 本発明の改質器では、前記原料ガス供給部および前記改質ガス流出部は、それぞ れ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成された構成とすることが好ましい。 この発明では、供給管が接続され原料ガスが供給される原料ガス供給部と、戻り管 が接続され改質室で生成された改質ガスが流入される改質ガス流出部とを、それぞ れ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成して!/、る。

このことにより、略柱状空間を有する原料ガス供給部および改質ガス流出部が略同 径で一連に一体形成されることで、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより 一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、例 えば改質容器の外側筒状体と略同径で一連に形成することで、より構成の簡略化や 製造性の向上が図れ、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり、システム構成 の小型化なども容易に図れる。

[0020] 本発明の改質器では、前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方 向の一端部に、前記改質触媒が充填されない略環状空間の流入空間部を有した構 成とすることが好ましい。

この発明では、流通部の供給管が接続される改質容器の軸方向の一端側内部に、 改質触媒が充填されない略環状空間の流入空間部を区画形成している。

このことにより、供給管から改質室内に流入する原料ガスが、略環状空間の流入空 間部に一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過することとなり 、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質処理が得ら れる。

[0021] 本発明の改質器では、前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方 向の一端部に、前記改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を有した構 成とすることが好ましい。

この発明では、流通部の供給管が接続される改質容器の軸方向の一端側内部に、 改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を区画形成している。

このことにより、供給管から改質室内に流入する原料ガスが、略柱状空間の流入空 間部に一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過することとなり 、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質処理が得ら れる。

[0022] 本発明に記載の改質器は、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加 熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、径寸法が異なり中 心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および 外側筒状体間に軸方向の一端側に充填材が充填され他端側に前記改質触媒が充 填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器と、この改質容器の前記内 側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、前記改質容器の軸方向 の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向における一端側に供給する 供給管、および、この供給管内に嵌挿され一端部が前記改質室を貫通し前記改質 室内の軸方向における他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生 成された前記改質ガスが流入可能に開口する戻り管を複数備えた流通部と、を具備 したことを特徴とする。

この発明では、略中心軸上に位置して加熱手段が配設される内側筒状体と、この 内側筒状体と径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体との間に改質触媒お よび充填材が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器を備えてい る。そして、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質容器の改質室の軸方向におけ る充填材側となる一端側に供給する供給管を改質容器の軸方向の一端に接続する とともに、供給管内に嵌揷し一端部が改質室を貫通し改質室内の軸方向における他 端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管を開口する状態で複数配設して流 通部を構成している。

このことにより、例えば燃料電池で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場 合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保で きるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよぐ作業性がよい。さらに、原料 ガスを改質室に供給する供給管と、改質室の改質触媒で生成した改質ガスを流通さ せて回収する戻り管とを、供給管に複数嵌揷する構造の流通部として構成している ので、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器 の一側にまとまる構成となり、例えば改質容器の断熱、他の構成との干渉などが生じ にくく、構成の小型化が容易に図れる。さらに、改質容器内に充填材を充填する構成 で、効率よく戻り管を流通する改質ガスとの熱交換効率を向上する構成が、略環状 空間の簡単な構成の改質容器で得られ、簡単な構造で製造性の向上が容易に得ら れ効率よく改質処理できる構成が容易に得られる。また、供給管より供給される原料 ガスは、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管の内周側に嵌揷する 戻り管を流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。

本発明の改質器では、前記供給管は、内部に略柱状空間の供給室を区画形成す る筒状に形成され、前記戻り管は、他端が前記供給管に隣接して設けられ内部に略 柱状空間を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記供給管を貫通し て接続された構成とすることが好ましレ、。

この発明では、改質容器の軸方向の一端に接続する供給管を、内部に略柱状空 間の供給室を区画形成した略筒状に形成する。改質室の他端側に一端が開口する 戻り管の他端を、供給管に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し改質ガスが流 入される改質ガス流出部に供給管を貫通して接続している。 このことにより、原料ガスの供給管を介した改質室への流入、および、改質室で改 質されて生成された改質ガスの回収に、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガス の流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原 料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。

[0024] 本発明の改質器では、前記供給管は、前記改質容器の外側筒状体と略同径の筒 状で前記外側筒状体に一連に一体形成され、前記改質ガス流出部は、前記供給管 と略同径の筒状で前記供給管に一連に一体形成された構成とすることが好ましい。 この発明では、改質容器の外側筒状体と略同径の筒状で外側筒状体に一連に一 体形成される供給管に、戻り管が供給管を介して接続する改質ガス流出部を供給管 と略同径の筒状で一連に一体形成してレ、る。

このことにより、略筒状の改質容器の外側筒状体と、略柱状空間の筒状の供給管と 、戻り管が接続する改質ガス流出部とがー連に一体形成されていることから、例えば 筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造 性の向上が容易に図れる。さらには、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり 、システム構成の小型化なども容易に図れる。

[0025] 本発明の改質器では、前記戻り管は、前記改質容器の改質室内の改質触媒が充 填された領域で螺旋状に配設された構成とすることが好ましい。

この発明では、改質容器の改質室内の改質触媒が充填された領域で、戻り管を螺 旋状に配設している。

このことにより、戻り管を流通する改質ガスと改質触媒との熱交換効率がより向上し 、効率よく良好な改質処理が得られる。

[0026] 本発明に記載の改質器は、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加 熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質器であって、径寸法が異なり中 心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら内側筒状体および 外側筒状体間に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する 改質容器と、この改質容器の前記内側筒状体より径小の筒状で前記内側筒状体の 内周側に中心軸が略一致する状態に配設された輻射管と、この輻射管内に前記改 質室の軸方向の一端部に加熱ガスを供給する加熱手段、前記輻射管より径小で前 記加熱手段に対向する軸方向の一端部が閉塞板にて少なくとも一部が閉塞されて 前記加熱手段の加熱ガスの少なくとも一部の流通を阻害する筒状で、前記輻射管の 内周側に中心軸が略一致する状態に外周面および前記輻射管の内周面との間に 前記加熱手段の加熱ガスが流通可能に配設され、前記加熱手段により加熱される整 流管と、を具備したことを特徴とする。

この発明では、内側筒状体と、この内側筒状体と径寸法が異なり中心軸が略一致 する外側筒状体との間に改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成す る改質容器を備えている。そして、改質容器の内側筒状体より径小の筒状の輻射管 を、内側筒状体の内周側に中心軸が略一致する状態に配設し、この輻射管の内周 側に改質容器の改質室の軸方向の一端部に略対応する位置に加熱手段を配設す る。さらに、輻射管より径小で加熱手段に対向する軸方向の一端部が閉塞板にて少 なくとも一部が閉塞されて加熱ガスの少なくとも一部の流通を阻害する筒状の整流管 を、輻射管の内周側に中心軸が略一致する状態で、外周面が輻射管の内周面との 間で加熱ガスが流通可能に配設している。

このことにより、加熱ガスは、整流管の内周側に閉塞板により閉塞されていない他端 側より流入してから少なくとも一部が折り返すように他端側より流出した後、整流管と 輻射管との間を流通する。したがって、整流管が加熱されるとともに改質容器の内周 側に位置する輻射管が効率よく加熱されるとともに、整流管の熱は加熱する輻射管 を介して改質容器を加熱することとなり、改質容器の軸方向における温度のばらつき が生じに《なり、効率よく加熱されて安定して原料ガスを改質処理できる。さらには、 加熱手段を支持させる輻射管を利用、および筒状の整流管を設ける簡単な構成で、 改質容器への安定した加熱を提供できる。

ここで、閉塞板は、例えば加熱ガスが流通不可能な板状や、加熱ガスの一部を流 通可能な孔を有したもの、メッシュ状のものなど、各種形態とすることができる。

本発明の改質器では、前記改質容器は、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設け られ、前記加熱手段は、前記加熱ガスを鉛直方向の略下方に向けて流出する状態 に配設され、前記整流管は、上方に向けて開口する状態に配設された構成とするこ とが好ましい。 この発明では、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設けた改質容器に対して、加熱 ガスを鉛直方向の略下方に向けて流出する状態に加熱手段を配設するとともに、上 方に向けて開口する状態に整流管を配設、すなわち閉塞板にて閉塞された一端部 が軸方向で下端側に位置する状態に配設する。

このことにより、加熱手段からの液垂れや、運転停止時の整流管の結露など、加熱 手段に液垂れすることなぐ加熱手段で安定して加熱ガスを発生でき、安定した運転 が容易に得られる。

[0028] 本発明の改質器では、前記改質容器は、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設け られ、前記加熱手段は、前記加熱ガスを鉛直方向の略上方に向けて流出する状態 に配設され、前記整流管は、下方に向けて開口する状態に配設された構成とするこ とが好ましい。

この発明では、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設けられた改質容器に対して、 加熱ガスを鉛直方向の略上方に向けて流出する状態に加熱手段を配設するとともに 、下方に向けて開口する状態に整流管を配設、すなわち閉塞板にて閉塞された一端 部が軸方向で上端側に位置する状態に配設する。

このことにより、例えば整流管の端部を輻射管の端部に係止させたり連結させたり するなど、整流管を輻射管の端部に取り付けることで容易に整流管を配設でき、構成 の簡略化や製造性の向上などが容易に得られる。

[0029] 本発明の改質器では、前記整流管は、前記閉塞板にて閉塞される軸方向の一端 部に外方に向けて突出し前記輻射管の端部に吊り下げ支持される支持部を備えた 構成とすることが好ましい。

この発明では、整流管における閉塞板にて閉塞される軸方向の一端部に外方に向 けて突設した支持部を、輻射管の端部に吊り下げ支持させる。

このことにより、外方に向けて突設した簡単な構造の支持部にて、整流管を輻射管 に支持でき、構成が簡略化して製造性の向上や小型化などが容易に得られる。

[0030] 本発明の改質器では、前記改質容器は、前記改質室内で前記原料ガスを軸方向 に略沿う方向で流通させる状態に前記原料ガスが供給されて前記改質ガスを流出し 、前記整流管は、前記原料ガスが前記改質室内を流通する上流側に対応する前記 改質容器の内側筒状体に対向しない位置に配設された構成とすることが好ましい。 この発明では、改質室内で原料ガスが軸方向に略沿う方向で流通する状態に原料 ガスが供給されて改質ガスを流出する構成とした改質容器において、改質室内を原 料ガスが流通する上流側に対応する位置の内側筒状体に、整流管が対向位置しな い、すなわち原料ガスの流通する上流側に対応する位置には整流管が位置しなレ、よ うに配設している。

このことにより、加熱手段により加熱された整流管からの輻射熱が原料ガスの流通 する上流側に作用する割合が減少し、改質室における原料ガスの流通する上流側 における過熱を防止して、改質室全体での略均一で安定した改質処理が得られ、効 率的な改質処理が簡単な構成で容易に得られる。

本発明の改質器では、前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを 前記改質室の軸方向における一端側に供給する供給管と、この供給管内に略同軸 上にそれぞれ嵌揷され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向におけ る他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガス が流入可能に開口する戻り管と、を備えた複数の二重管構造の流通部を具備した構 成とすることが好ましい。

この発明では、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質容器の改質室の軸方向 における一端側に供給する供給管を改質容器の軸方向の一端に接続するとともに、 供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌挿し一端部が改質室を貫通し改質室内の軸方 向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管を開口する状態で配 設し、二重管構造の流通部を構成している。

このことにより、例えば燃料電池で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場 合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する改質容器における容量を比較 的に容易に確保できるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよぐ作業性 がよい。さらに、原料ガスを改質室に供給する供給管と、改質室の改質触媒で生成し た改質ガスを流通させて回収する戻り管とを、略同軸上とした二重管構造の流通部と して構成して!/、るので、原料ガスを供給する構成および生成した改質ガスを回収する 構成が改質容器の一側にまとまる構成となり、例えば改質容器の断熱、あるいは加 熱手段や他の構成との干渉などが生じにくぐ構成の小型化が容易に図れる。さらに は、原料ガスの改質室における軸方向に略沿った方向での流通力 簡単な構成で 容易に得られる。また、供給管より供給される原料ガスは、所定の温度に加熱されて 生成した改質ガスが供給管の内周側に嵌揷する戻り管を流通する際に加熱され、良 好な熱効率が得られる。

本発明の改質器では、前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを 前記改質室の軸方向における一端側に供給する供給管と、この供給管内に略同軸 上にそれぞれ嵌揷され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向におけ る他端側に前記改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガス が流入可能に開口する戻り管と、を備えた複数の二重管構造の流通部を具備し、前 記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改質触 媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を有し、前記整流管は、前記流入空間 部上に上方に向けて開口する状態に載置される載置部を有した構成とすることが好 ましい。

この発明では、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質容器の改質室の軸方向 における一端側に供給する供給管を改質容器の軸方向の一端に接続するとともに、 供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌挿し一端部が改質室を貫通し改質室内の軸方 向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管を開口する状態で配 設し、二重管構造の流通部を構成する。そして、改質容器の流通部の供給管が接続 される軸方向の一端部に、改質触媒が充填されない略円柱空間の流入空間部を設 け、この流入空間部上に整流管を上方に向けて開口する状態に載置部にて載置さ せる。

このことにより、供給管から改質室内に流入する原料ガスが略柱状空間の流入空間 部に一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過することとなり、よ り偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質処理が得られる 。さらには、この偏流なく原料ガスを改質触媒の層に流通させるための略柱状空間の 簡単な構成の流入空間部を、整流管を配設させる構成に、載置部を設ける簡単な構 成で共用でき、構成の簡略化や製造性の向上が容易に図れる。例えば、載置部を 筒状構成として整流管に一連に設けるなどの簡単な構成で対応でき、このような構成 とすることで、構成のより簡略化や製造性のより向上が容易に得られる。

[0033] 本発明の改質器では、前記輻射管の内周面と前記整流管の外周面との間に、中 心軸に対して螺旋状に配設された乱流部を具備した構成とすることが好ましい。 この発明では、輻射管の内周面と整流管の外周面との間に、中心軸に対して螺旋 状に乱流部を配設する。

このことにより、輻射管の内周面と整流管の外周面との間を流過する加熱ガスが、 中心軸に対して螺旋状に流通し、整流管および輻射管の加熱効率が向上し、効率 的な改質処理ができる。

[0034] 本発明の改質器では、前記乱流部は、前記整流管の外周面に前記輻射管の内周 面に向けて突出する螺旋状に設けられた構成とすることが好ましい。

この発明では、整流管の外周面に、輻射管の内周面に向けて突出する螺旋状に乱 流部を設ける。

このことにより、例えば整流管を断面が波形状に形成したり、細長棒状の鋼材を整 流管の外周面に螺旋状に巻装したりするなど、簡単な構成で加熱ガスの螺旋状の流 通が得られる。

[0035] 本発明の改質器では、前記整流管は、前記閉塞板にて閉塞される軸方向の一端 部と反対側の他端部の周縁が拡開形成された構成とすることが好ましい。

この発明では、整流管の閉塞板にて閉塞される軸方向の一端部と反対側の他端部 の周縁を拡開形成する。

このことにより、加熱ガスが円滑に整流管の内周側に流入する状態が得られ、整流 管を効率よく加熱できる。特に、加熱ガスが鉛直方向の略上方に向けて流通する状 態に配設する構成では、例えば運転の停止時の結露などが加熱手段に液垂れする ことを防止でき、加熱手段の保護および安定した燃焼が周縁を拡開する簡単な構成 で容易に得られる。

[0036] 本発明に記載の改質ユニットは、前述した本発明の改質器と、前記改質器の加熱 手段の加熱により供給される水から水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、脱硫処理 された液体燃料または炭化水素原料ガスに水蒸気を混合して炭化水素原料を含有 する前記原料ガスを生成する水蒸気混合手段と、を具備したことを特徴とする。 この発明では、前述した本発明の改質器の加熱手段の加熱により、水蒸気生成手 段にて供給される水から水蒸気を生成させ、別途脱硫処理した液体燃料または炭化 水素原料ガスに、水蒸気生成手段で生成した水蒸気を水蒸気混合手段により混合 して炭化水素原料を含有し改質器で改質する原料ガスを生成させるユニット構成とし ている。

このことにより、改質器で原料ガスを改質処理するための熱力 S、改質処理するため に混合する水蒸気を生成させて混合する構成に有効利用され、より熱効率が向上し 、効率よく良好な改質処理が得られる。

[0037] 本発明の改質ユニットでは、前記改質器で生成された前記改質ガスが供給され前 記改質ガス中の一酸化炭素（CO)を二酸化炭素（CO )に変成する CO変成触媒を 充填する CO変成手段と、この CO変成手段で処理された前記改質ガスが供給され 前記改質ガス中に残留する COを除去する CO除去手段と、を具備した構成とするこ とが好ましい。

この発明では、 CO変成触媒を充填する CO変成手段により前述した本発明の改質 器で生成した改質ガス中の COを COに変成し、この CO変成手段で処理した改質ガ ス中の残留する COを、 CO除去手段により除去している。

このことにより、改質器で改質した改質ガスが CO変成手段および CO除去手段で 直ちに処理され、例えば燃料電池用の水素ガスとして供給する構成が容易に得られ 、ユニット化により家庭用などにも容易に利用でき、小型化が容易に図れる。

[0038] 本発明の改質ユニットでは、前記 CO変成手段および前記 CO除去手段は、少なく ともいずれか一方が略環状に形成され、軸方向が略鉛直方向に沿う状態にいずれ か一方の内周側にいずれか他方が配設され、前記改質器は、前記 CO変成手段お よび前記 CO除去手段に対して鉛直方向の上方に位置して前記改質容器の軸方向 が略鉛直方向に沿う状態に配設された構成とすることが好ましい。

この発明では、少なくともいずれか一方を略環状に形成して軸方向が略鉛直方向 に沿う状態にいずれか一方の内周側にいずれか他方を配設した CO変成手段およ び CO除去手段に対して、改質器を鉛直方向の上方に位置し改質容器の軸方向が 略鉛直方向に沿う状態に配設している。

このことにより、径方向や高さ方向で大きくなることを抑制しつつユニット構成が容易 に得られ、家庭用の小型構成が容易に得られる。

[0039] 本発明の改質ユニットでは、前記水蒸気生成手段は、前記 CO変成手段および前 記 CO除去手段のうちの少なくともいずれか一方の内部に配管され供給される水が 流通する流水管を備えた構成とすることが好まし!/、。

この発明では、供給される水から水蒸気を生成させる水蒸気生成手段として、 CO 変成手段および CO除去手段のうちの少なくともいずれか一方の内部に配管され供 給される水が流通する流水管を設けて!/、る。

このことにより、戻り管より回収された高温の改質ガスを CO変成手段および CO除 去手段で処理するための温度に冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料また は炭化水素原料ガスに混合して原料ガスを調製するための水蒸気を生成するため の構成との共有化が得られ、構成のさらなる簡略化および熱効率のさらなる向上が 得られる。

[0040] 本発明の改質ユニットでは、前記水蒸気生成手段は、前記改質器の流通部の外周 側に位置して配管され供給される水が流通する水流通管を備えた構成とすることが 好ましい。

この発明では、供給される水から水蒸気を生成させる水蒸気生成手段として、改質 器の流通部の外周側に位置して配管され供給される水が流通する水流通管を設け ている。

このことにより、戻り管より回収された高温の改質ガスを冷却する構成と、別途脱硫 処理した液体燃料または炭化水素原料ガスに混合して原料ガスを調製するための水 蒸気を生成するための構成との共有化が得られ、構成のさらなる簡略化および熱効 率のさらなる向上が得られる。さらには、水流通管が断熱材として機能させることも可 能となり、ユニット構成のより小型化が容易に得られる。

[0041] 本発明に記載の燃料電池システムは、前述した本発明の改質器、または、前述し た本発明の改質ユニットと、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前 記改質ユニットで生成された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により 供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特 徴とする。

この発明では、前述した本発明の改質器、または、前述した本発明の改質ユニット で生成した改質ガスと、酸素含有気体供給手段で供給する酸素含有気体とにより、 燃料電池にて発電する。

このことにより、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭 用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。

図面の簡単な説明

[0042] [図 1]本発明に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。

[図 2]前記燃料電池システムにおける第一及び第二実施形態の改質ユニットの概略 構成を示す概念図である。

[図 3]前記第二実施形態における改質ユニットの改質器近傍の概略構成を示す概念 図である。

[図 4]前記第一及び第二実施形態における改質ユニットの改質室を示す平面断面図 である。

[図 5]本発明の第三実施形態に係る改質ユニットの概略構成を示す概念図である。

[図 6]本発明の第五実施形態に係る改質ユニットにおける改質器近傍の概略構成を 示す概念図である。

符号の説明

[0043] 100……燃料電池システム

111 · · · · · ·炭化水素原料である液体燃料

130……脱硫器

140……水蒸気混合手段としての気化器

150……改質器

151……パーナ

152……改質容器

152Α· · ·内側筒状体

152Β· · ·外側筒状体 152C…改質室

152D…改質触媒層

152Ε···流入空間部

152G…改質充填材層

153……流通部

153Α···供給管

153B…戻り管

153C…二重管部

153D…原料ガス供給部

153Ε···改質ガス流出部

155…… CO変成手段としての CO変成器

156…… CO除去手段としての CO選択酸化器

160……水蒸気生成手段としての熱交換装置

161Α···水流通管

200……燃料電池

300……改質ユニット

326……輻射管としての加熱部

327……整流管としての輻射部

327Α···閉塞板

327Β···載置部としての筒状脚部

327C…乱流部

327D…支持部

発明を実施するための最良の形態

〔第一実施形態〕

以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第一実施形態につ いて説明する。

なお、本第一実施形態では、本発明の改質器を有する改質ユニットを備えた燃料 電池システムの構成を例示する力 燃料電池システムに利用する構成に限らず、例 えば水素ガス製造装置などとして、改質器あるいは改質ュュット単独の構成とするな どしてもよい。また、水蒸気が混合される原料ガスとして、液体燃料を用いる構成を例 示するが、液体燃料に限らず、例えば液化石油ガスや都市ガスなどの炭化水素原料 ガスを用いて水蒸気を混合し原料ガスを調製する構成など、各種炭化水素原料を利 用する構成にも適用できる。さらに、家庭用のシステム構成を例示するが、例えば集 合住宅用や各種店舗などに利用される比較的に大型のシステム構成にも適用できる 図 1は、本実施の一形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図 である。なお、図 1は、説明の都合上、改質ユニットの構成をそれぞれ別ブロック状に 示す。

〔燃料電池システムの構成〕

(全体構成）

図 1において、 100は、燃料電池システムで、この燃料電池システム 100は、例えば 液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池 200により発 電させるシステムである。

この燃料電池システム 100は、液体燃料 111、例えば灯油を貯溜する液体燃料貯 溜タンク 110を備えている。ここで、液体燃料 111としては、灯油に限らず、軽油ゃナ フサなどの各種液体燃料が利用できる。液体燃料貯溜タンク 110には、液体燃料ポ ンプ 121を備え液体燃料 111を搬送する燃料搬送経路 120を介して、脱硫器 130が 接続されている。

脱硫器 130は、液体燃料貯溜タンク 110から燃料搬送経路 120を介して例えば約 300 [ml/時間]で供給される液体燃料 11 1を脱硫処理、すなわち液相吸着法によ り液体燃料 11 1中に含有される硫黄化合物を電気ヒータなどにて加熱しつつ吸着除 去する。この脱硫器 130には、水蒸気混合手段としての気化器 140を介して改質器 を備えた改質ユニット 300が接続されて!/、る。

脱硫器 130は、液体燃料貯溜タンク 110から燃料搬送経路 120を介して例えば約 300 [ml/時間]で供給される液体燃料 11 1を脱硫処理、すなわち液相吸着法によ り液体燃料 11 1中に含有される硫黄化合物を電気ヒータなどにて加熱しつつ吸着除 去する。この脱硫器 130には、改質ユニット 300が接続されている。

[0046] 改質ユニット 300は、詳細は後述するが、水蒸気混合手段としての気化器、水蒸気 生成手段としての熱交換装置、改質器、 CO変成手段としての CO変成器および CO 除去手段としての CO選択酸化器などを備えて!/、る。

気化器は、脱硫器 130に接続され、脱硫処理された液体燃料 111が流入される。 また、気化器には、熱交換装置が接続されている。そして、気化器は、熱交換装置か ら供給される水蒸気を脱硫器 130から流出する液体燃料 111と混合させて気化させ 、液体燃料 111と水蒸気との混合ガスである原料ガスとしての気化液体燃料を生成 する。

熱交換装置には、純水 181を貯留する純水タンク 180が搬送ポンプ 182を有した 給水経路 183を介して接続され、純水タンク 180から純水 181が供給される。そして 、熱交換装置は、供給される純水 181により改質器力 排気される排ガスを冷却させ るとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器へ供給させる。なお、純水タ ンク 180は、蒸留水などの不純物を含まない純水 181を貯留し、例えば水道水など が浄化されて適宜給水される構成が設けられて!/、てもよレ、。

なお、気化器および熱交換装置は、詳細は後述するが、改質器と一体構成、すな わち改質ユニット 300として一体のユニット状に組み込まれた構成を例示する力 別 構成としてあよい。

[0047] 改質器は、脱硫され水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな 燃料ガスに改質する。この改質器は、内部に図示しない Ru— Mn系触媒やニッケル 触媒などの改質触媒および加熱手段としてのパーナ 151を備えている。なお、加熱 手段としては、パーナ 151に限らず、例えば電気ヒータなど、各種加熱装置が利用で きる。

パーナ 151は、分岐する燃料搬送経路 120を介して液体燃料貯溜タンク 110から 液体燃料 111が供給されるとともに、後述する燃料電池 200から排出される燃料ガス が供給される。そして、パーナ 151は、送気ブロワ 170から供給される空気により、液 体燃料 111および燃料ガスを燃焼させ、この燃焼による熱にて気化液体燃料を水素 リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。 このパーナ 151の燃焼による高温の排ガス（加熱ガス）は、熱交換装置 160に供給 され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。

[0048] また、改質ユニット 300の改質器には、 CO変成手段としての CO変成器および CO 除去手段としての CO選択酸化器が直列状に接続されている。

CO変成器は、 CO変成触媒が充填され、改質器力 流出する水素リッチの燃料ガ ス中に含まれる一酸化炭素（CO)を変成する。

CO選択酸化器は、 CO選択酸化触媒が充填され、 CO変成器で COを二酸化炭素 (CO )に酸化させ、燃料ガス中の COを除去する。

なお、 CO変成器および CO選択酸化器は、詳細は後述するが、改質器と一体構成 、すなわち、改質器と改質ュュット 300として一体のュュット構成を例示するが、別構 成としてもよい。また、これら CO変成器および CO選択酸化器の他、 COを吸着除去 するなどの装置を設けるなどしてもょレ、。

[0049] そして、 CO選択酸化器には、燃料電池 200が接続されて!/、る。

燃料電池 200は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池 200は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極 201と、負極 202と、正極 201およ び負極 202間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正 極 201側には、例えば図示しない加湿器などにより適宜加湿された空気が供給され 、負極 202側には改質ユニット 300で生成された水素リッチの燃料ガスが供給される 。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水 181)が生成されると ともに、正極 201および負極 202間に直流電力が発生する。

なお、改質ユニット 300から供給される燃料ガスは、適宜加湿器などを介して加湿さ れて供給してもよい。また、加湿器としては、例えばシステム構成として独立設置した り、燃料電池 200に内蔵するユニット構成としたりするなど、各種形態で利用できる。 そして、負極 202側は、上述したように改質器のパーナに接続され、余った水素分 をパーナの燃料として供給する。また、正極 201側には、分離器 185が接続されてい る。この分離器 185には、正極 201側から反応に利用された空気が供給され、気相 分の空気と液相分の水（純水 181)とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排 気される。そして、分離器 185には、純水タンク 180が接続され、分離した水（純水 18 1)を純水タンク 180へ供給する。

[0050] また、燃料電池 200には、冷却装置 187が設けられている。この冷却装置 187は、 燃料電池 200に付設された熱回収装置 187Aが設けられている。この熱回収装置 1 87Aには、ポンプ 187Bおよび熱交換器 187Cを備えた循環経路 187Dを介して純 水タンク 180が接続されている。

この循環経路 187Dは、ポンプ 187Bの駆動により、熱回収装置 187Aと純水タンク 180との間で純水 181を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池 200を冷却させ るとともに熱を回収する。

熱交換器 187Cは、循環され熱回収装置 187Aで熱を回収した純水 181と、例えば 水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂な どの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱 交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。 なお、熱交換器 187Cは、水道水が直接流入されて熱交換する構成のみならず、 例えば、燃料電池 200の正極 201から分離器 185へ流通する空気と図示しない熱交 換装置で熱交換した水道水を純水 181と熱交換させる構成とするなどしてもよい。

[0051] そして、燃料電池システム 100は、システム全体の動作を制御する図示しない制御 装置を備えている。

この制御装置は、液体燃料 111の流量制御、脱硫器 130の加熱手段の加熱条件 である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器のパーナの燃焼制御、熱交換装置 1 60で水蒸気を生成させるための純水 181の供給量制御や温度管理、発電量の管理 などを実施する。

[0052] (改質ユニット）

次に、上述した燃料電池システム 100における改質ユニット 300の構成を詳細に説 明する。

図 2は、改質ユニットの概略構成を示す概念図である。

[0053] 改質ユニット 300は、上述したように、気化器、改質器、 CO変成器、 CO選択酸化 器、および熱交換装置を備えた一体構成である。

この改質ユニット 300は、図 2に示すように、上面を開口する下部ケース 310と、この 下部ケース 310の上面を覆って着脱可能に取り付けられる上部ケース 320と、支持 台座部 330と、を備えている。なお、下部ケース 310および上部ケース 320は、内面 側および外面側のうちの少なくともいずれか一側に断熱材が設けられて外部と断熱 される。

下部ケース 310は、略有底円筒状で上面開口に外方に鍔状に一連に突出する下 取付フランジ 311を有している。この下部ケース 310は、底面に床面上や図示しない ユニットケースの底板上などに載置される載置脚部 312を有している。また、下部ケ ース 310の下部には、改質器 150のパーナ 151による燃焼ガスが排気される燃焼ガ ス排出部 313が設けられている。なお、この燃焼ガス排出部 313は、例えば排気ファ ンを備えた構成や、塵埃などが進入しないようにフィルタを備えた構成などを適用で きる。

上部ケース 320は、略円筒状の大径部 321を有している。この大径部 321の軸方 向の一端となる上端には、内方に向けて鍔状に一連に突出する段差部 322が設けら れている。さらに、大径部 321の軸方向の他端となる下端には、外方に向けて鍔状に 一連に突出する上取付フランジ 323が設けられている。また、大径部 321の段差部 3 22の内周縁には、大径部 321の中心軸上に中心軸が略一致する略円筒状の小径 部 324がー連に設けられている。この小径部 324の軸方向の一端となる上端には、 内方に向けてフランジ状に一連に突出する天板部 325が設けられている。この天板 部 325には、大径部 321の中心軸上に中心軸が略一致する略円筒状の加熱部 326 がー連に設けられている。

支持台座部 330は、下部ケース 310の下取付フランジ 311と上部ケース 320の上 取付フランジ 323との間に狭持され、下取付フランジ 311および上取付フランジ 323 とともに図示しないボルトおよびナットなどの取付部材にて一連に連結される取付板 部 331を有している。また、支持台座部 330には、連通孔 332が複数開口形成され、 これら連通孔 332を介して、互いに取り付けられた上部ケース 320と下部ケース 310 との各内部が連通する。

上部ケース 320内には、改質器 150と、熱交換装置 160とが配設されている。 改質器 150は、パーナ 151と、改質容器 152と、流通部 153と、を備えている。 熱交換装置 160は、二重管構造の熱交換部 161を備えて!/、る。

なお、改質器 150および熱交換装置 160は、一体構成すなわち改質ユニット 300と して一体のユニット構成を例示するが、別構成としてもよ!/、。

[0055] 改質器 150のノ ーナ 151は、略円筒状の加熱部 326における上部ケース 320の上 端より突出する一端である上端部に取り付けられる図示しないパーナ取付台に取り 付けられ、加熱部 326の中心軸上に略位置する状態に配設されている。そして、 , ーナ 151は、上述したように、送気ブロワ 170から供給される空気により、液体燃料 1 11および燃料ガスを燃焼させ、改質器 150を加熱する。

加熱部 326の内周側には、輻射部 327が配設されている。この輻射部 327は、略 有底円筒状に形成され、加熱部 326に対して略同軸上に配設、例えば改質容器 15 2の底面となる流入空間部 152Eの端面上に載置される状態に取付固定される。な お、輻射部 327の底部分は、パーナ 151の燃焼ガスの一部が流通可能に孔を設け たり、メッシュ状に形成したりしてもよい。

[0056] 改質器 150の改質容器 152は、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体 1 52Aおよび外側筒状体 152Bを有し、これら内側筒状体 152Aおよび外側筒状体 15 2B間に略環状空間の改質室 152Cを区画形成する略環状筒形状に形成され、上部 ケース 320の小径部 324内に位置する状態で配設されている。なお、改質容器 152 は、単なる円筒形の内側筒状体 152Aおよび外側筒状体 152Bにて形成される構成 に限らず、例えば角筒状や周方向で波形状となる内側筒状体 152Aおよび外側筒 状体 152Bを用いて形成するなど、略環状筒形状の内部空間を形成するいずれの 形状に形成できる。

そして、改質容器 152内には、通気性を有する図示しない改質仕切部材により改 質触媒が充填されて改質触媒層 152Dが形成されている。なお、改質仕切部材とし ては、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構 成が適用できる。

また、改質容器 152の軸方向の一端である下端部には、内部に略円柱状空間を区 画形成する略円筒形状の流入空間部 152Eがー体に設けられている。この流入空間 部 152Eにより、改質容器 152は、有底円筒状の内側筒状体 152Aと有底円筒状の 外側筒状体 152Bとが底部で所定の間隙を介して対向し略円柱状空間を区画形成 する状態に略同軸上に位置することで有底環状筒形状に形成される。そして、有底 環状筒形状の改質容器 152の内周側には、加熱室 152Fを区画形成する。そして、 改質容器 152の軸方向の下端には、流通部 153がー体的に設けられている。

[0057] 流通部 153は、改質容器 152に原料ガスを流入させるとともに、生成した改質ガス を流出すなわち回収するものである。この流通部 153は、図 2および図 4に示すように 、供給管 153Aと、この供給管 153A内に略同軸上に嵌揷された戻り管 153Bとを有 し、改質容器 152の軸方向の端部である下端に接続されて上部ケースの大径部 321 内に位置する二重管構造の複数の二重管部 153Cを備えて!/、る。

供給管 153Aの軸方向の一端が改質容器 152の流入空間部 152Eの外周円近傍 、すなわち改質触媒層 152Dに対応する位置に周方向で略等間隔に複数接続され ている。戻り管 153Bは、軸方向の一端が改質触媒層 152Dを貫通して改質室 152C 内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能に開口し、軸方向の他 端が供給管 153Aから所定量で突出する状態に配設されている。

このように、二重管部 153Cは、軸方向の一端が改質容器 152の流入空間部 152E の外周円近傍、すなわち改質触媒層 152Dに対応する位置に周方向で略等間隔に 複数接続されている。なお、図 4は説明の都合上で二重管部 153Cを 16本接続した 構成を示すが、本発明は 16本に限られるものではない。また、二重管部 153Cとして は、 3本以上 32本以下で設けることが好ましい。

二重管部 153Cが 2本以下では、熱交換率が大幅に低下するとともに、流入する原 料ガスが偏流し改質触媒との良好な接触効率が得られなくなり、効率よく良好に改質 ガスを生成できなくなるおそれがある。一方、二重管部 153Cが 33本以上では、特に 家庭用に用いる小型の改質ユニット 300として構造が複雑となり、製造性が低下する おそれがある。このことにより、二重管部 153Cは、 3本以上 32本以下が好ましい。

[0058] また、二重管部 153Cには、供給管 153Aに接続する原料ガス供給部 153Dと、戻 り管 153Bに接続する改質ガス流出部 153Eとが接続されている。

原料ガス供給部 153Dは、内部に略柱状空間を有し、例えば外径寸法が改質器 1 50の略外径である外側筒状体 152Bと略同寸法の略円筒形状に形成されている。ま た、原料ガス供給部 153Dの軸方向の端部である下端面の略中央には、原料ガスが 流入される原料流入部 153D1が設けられている。

改質ガス流出部 153Eは、内部に略柱状空間を有し、例えば外形寸法が改質容器 152の外径である外側筒状体 152Bと略同寸法の略円筒形状に形成され、原料ガス 供給部 153Dにおける二重管部 153Cに対して反対側の軸方向の端部に一連に一 体形成されている。なお、原料ガス供給部 153Dの原料流入部 153D1は、改質ガス 流出部 153Eを貫通し改質ガス流出部 153Eの下端から突出する状態に設けられて いる。

そして、二重管部 153Cの供給管 153Aは、原料ガス供給部 153Dの軸方向の一 端に、流入空間部 152Eを介して改質室 152Cと原料ガス供給部 153D内とを連通 する状態に接続されている。

また、二重管部 153Cの戻り管 153Bは、原料ガス供給部 153Dを貫通し改質ガス 流出部 153Eの原料ガス供給部 153Dに隣接する側の一端に、改質触媒層 152Dの 軸方向における上端側の空洞部分となる改質室 152Cと改質ガス流出部 153E内と を連通する状態に接続されている。

[0059] また、加熱部 326は、上述したように、改質容器 152の加熱室 152F内に位置して 改質容器 152に対して略同軸上に上部ケース 320に設けられている。

そして、加熱部 326の内周側には、輻射部 327が配設されている。この輻射部 327 は、略有底円筒状に形成され、加熱部 326に対して略同軸上に配設、例えば改質 容器 152の底面となる流入空間部 152Eの端面上に載置される状態に取付固定され

[0060] 熱交換部 161は、水流通管 161Aと、この水流通管 161Aを略同軸上に嵌揷する 水蒸気生成管 161Bとを有した二重管構造に構成されている。

水流通管 161 Aは、一端が給水経路 183の給水管 183Aに接続されて純水 181が 流入され、他端が水蒸気生成管 161B内で開放する。水蒸気生成管 161Bは、水流 通管 161Aの他端が開放する一端が閉塞され、他端には一端が気化器 140に接続 される水蒸気供給管 161Cが接続されている。

そして、熱交換部 161は、流通部 153の外周側、すなわち複数の二重管部 153C の配設位置の外周側に螺旋状に上部ケース 320の大径部 321に位置して配設され ている。

[0061] そして、流通部 153が接続された改質器 150、および熱交換装置 160は、支持台 座部 330上に載置固定され、上部ケース 320内に配設されている。

また、改質器 150の加熱部 326に設けられたパーナ 151の燃焼ガスは、輻射部 32 7と加熱部 326との間を上端側から下端側へ流通し、さらに加熱部 326と改質容器 1 52の内側筒状体 152Aとの間を下端側から上端側へ流通する。さらに、燃焼ガスは 、改質容器 152の上端部から外周側である改質容器 152の外側筒状体 152Bと上部 ケース 320の径小部 324の内周側を下端側へ流通して径大部 321に流入し、改質 器 150および熱交換装置 160を加熱しつつ支持台座部 330の連通孔 332を介して 下部ケース 310内に流入する。そして、下部ケース 310内に流入した燃焼ガスは、下 端部の燃焼ガス排出部 313から排気される。

[0062] 下部ケース 310内には、 CO変成器 155および CO選択酸化器 156が配設されて いる。

CO変成器 155は略環状筒形状に形成され、 CO選択酸化器 156は略中空円柱状 に形成され、 CO変成器 155の内周側に位置して CO選択酸化器 156が同軸上に位 置して配設されている。

[0063] CO変成器 155は、略円筒状の外筒部 155Aと、この外筒部 155Aより径小の略円 筒状の内筒部 155Bとを有し、内部に環状空間を区画する略環状筒形状に形成され た CO変成容器 155Cを有している。なお、 CO変成容器 155Cは、単なる円筒形の 外筒部 155Aおよび内筒部 155Bにて形成される構成に限らず、例えば角筒状や周 方向で波形状となる外筒部 155Aおよび内筒部 155Bを用いて形成するなど、略環 状筒形状の内部空間を形成するいずれの形状に形成できる。この CO変成容器 155 C内には、一対の通気性を有する図示しない変成仕切部材間に CO変成触媒が充 填されて CO変成触媒層 155Dが形成されている。なお、変成仕切部材は、改質仕 切部材と同様に、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成な ど、各種構成が適用できる。

そして、 CO変成容器 155Cの軸方向の一端部には、改質器 150に接続され改質 器 150から流出する改質ガスを流通する改質ガス流通部 155Eが接続され、内部に 改質ガスを流入させる図示しない改質ガス流入部が設けられている。また、 CO変成 容器 155Cの軸方向の他端部には、 CO変成触媒層 155Dを流通して処理された改 質ガスを外部に排出するシフトガス流通部 155Fが接続されている。このシフトガス流 通部 155Fには、一端側が下部ケースの上部から引き出されて送気ブロワ 170により 空気が供給されて CO変成器 155から流出する改質ガスに空気を供給して混合する 空気導入管 155Gの他端が接続されて!/、る。

さらに、 CO変成器 155内には、 CO変成触媒層 155Dを流通して処理される改質 ガスと熱交換する水が流通される図示しない流水管としての CO変成流水管が配設 されている。この CO変成流水管の一端は、純水 181が流通可能な給水連結管 155 Hが接続されている。さらに、 CO変成流水管の他端には、気化器 140に接続される 水蒸気供給管 1551が接続されて!/、る。

CO選択酸化器 156は、軸方向の両端部が閉塞板部 156Aにて閉塞された略円筒 状の筒状部 156Bを有し、略中空円柱状に形成されている。この筒状部 156B内に は、この筒状部 156Bの中心軸上に中心軸が略一致する状態に円筒状の仕切筒部 156Cが設けられている。この仕切筒部 156Cは、軸方向の一端側となる上端側が閉 塞板部 156Aの内周面と所定の間隙を介して離間、すなわち仕切筒部 156Cの外周 側と内周側とが通気可能に形成されている。また、筒状部 156B内には、この筒状部 156Bの中心軸上に中心軸が略一致する状態に流出管部 156Dが設けられている。 この流出管部 156Dは、軸方向の一端である上端が閉塞板部 156Aを貫通して外部 に開口し、軸方向の他端側となる下端側が閉塞板部 156Aと所定の間隙を介して離 間、すなわち下端が筒状部 156B内に開口し、筒状部 156B内に流入したガスを外 部に流出可能となっている。この流出管部 156Dには、改質ガス流出管 156Eが接続 されている。この改質ガス流出管 156Eは、下部ケース 310の上部から引き出されて 改質ユニット 300外へ改質ガスを流出、すなわち、燃料電池 200へ改質ガスを供給 して加湿させる。

そして、 CO選択酸化器 156内には、仕切筒部 156Cの外周側の環状空間に、軸 方向の他端側となる下端側に充填材が充填された充填材層 156Fと、軸方向の一端 側となる上端側に CO選択酸化触媒が充填されて CO選択酸化触媒層 156Gとが、 図示しない除去仕切板により区画形成されている。さらに、 CO選択酸化器 156内に は、仕切筒部 156Cの内周側の環状空間に、 CO選択酸化触媒が充填されて CO選 択酸化触媒層 156Gが、図示しない除去仕切板により区画形成されている。なお、除 去仕切板は、改質仕切部材ゃ変成仕切部材と同様に、網目状部材などに限らず、 例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構成が適用できる。また、充填材とし ては、例えばウール状のステンレスなどの金属やアルミナ粒子などの無機材料など、 耐食性や耐熱性を有する各種部材が適用できる。

さらに、 CO選択酸化器 156内には、充填材層 156Fおよび CO選択酸化触媒層 1 56Gを流通して処理される改質ガスと熱交換する水が流通される図示しない流水管 としての CO選択酸化流水管が配設されて!/、る。この CO選択酸化流水管の一端は、 一端側が給水経路 183の給水管 183Aの他端が接続されている。さらに、 CO選択 酸化流水管の他端には、 CO変成流水管に接続される給水連結管 155Hが接続さ れている。そして、給水管 183Aから給水された水は、 CO選択酸化流水管に流入し て改質ガスと熱交換により加熱され、給水連結管 155Hを介して CO変成流水管に流 入され、さらに加熱されて水蒸気となり、気化器 140へ供給される。

[0065] 〔燃料電池システムの動作〕

次に、上述した燃料電池システム 100における発電動作について説明する。

[0066] まず、制御装置が発電要求に関する信号を取得すると、パーナ 151に液体燃料 11 1および空気を供給して改質器 150を、例えば 700°C程度まで加熱させる。さらに、 制御装置は、搬送ポンプ 182を駆動させて純水タンク 180に貯留する純水 181を給 水経路 183を介して熱交換装置 160に供給して水蒸気を生成し、気化器 140へ水 蒸気を供給させる。この後、制御装置は、脱硫器 130の電気ヒータを加熱させるととも に、液体燃料ポンプ 121を駆動させて液体燃料貯溜タンク 110から液体燃料 111を 脱硫器 130へ、例えば約 300 [ml/時間]で供給する。

この脱硫器 130へ供給された液体燃料 111は、脱硫剤容器内に流入し、脱硫剤容 器に脱硫触媒が充填されて形成された図示しない脱硫触媒層の断面における流速 分布が略均一な状態で加熱されつつ脱硫処理される。そして、脱硫処理された液体 燃料 111は、気化器 140で熱交換装置 160から供給される水蒸気と混合されて気化 され、改質器 150へ気化液体燃料として供給される。そして、気化液体燃料は、改質 器 150で水素リッチな燃料ガスに改質され、さらに CO変成器 155および CO選択酸 化器 156により、燃料ガス中の COを変成 '除去し、例えば加湿器などにて適宜加湿 された後、燃料電池 200の負極 202側に供給される。

そして、負極 202側に供給された燃料ガスの水素は、例えば加湿器などにて適宜 加湿されて燃料電池 200の正極 201側に供給された空気中の酸素と反応して水を 生成するとともに、正極 201および負極 202間に直流電力を発生させる。

なお、負極 202側の余った水素分を含む燃料ガスは、改質器 150のパーナ 151に 供給されて燃焼される。

〔燃料電池システムの作用効果〕

(1)上述したように、上記第一実施形態の改質器 150では、略中心軸上に位置し てパーナ 151が配設される内側筒状体 152Aと、この内側筒状体 152Aと径寸法が 異なり中心軸が略一致する外側筒状体 152Bとの間に改質触媒が充填される略環状 空間の改質室 152Cを区画形成する改質容器 152を備えている。

そして、気化器 140で水蒸気が混合されて気化された炭化水素原料である液体燃 料を含有する原料ガスを改質容器 152の改質室 152Cの軸方向における一端側に 供給する供給管 153Aを改質容器 152の軸方向の一端に接続するとともに、供給管 153A内に略同軸上にそれぞれ嵌揷し一端部が改質室 152Cを貫通し改質室 152 C内の軸方向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管 153Bを開 口する状態で配設して二重管構造の二重管部 153Cを複数備えた流通部 153を構 成している。

このため、例えば燃料電池 200で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場合 など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できる とともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよぐ作業性を向上できる。さらに、原 料ガスを改質室 152Cに供給する供給管 153Aと、改質室 152Cの改質触媒で生成 した改質ガスを流通させて回収する戻り管 153Bとを、略同軸上とした二重管構造の 二重管部 153Cを複数備えた流通部として構成しているので、原料ガスを供給する 構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器 152の一側にまとまる構成 となり、例えば改質容器 152の断熱や他の構成との干渉などが生じにくぐ改質ュ二 ット 300としての構成の小型化が容易に図れる。また、供給管 153Aより供給される原 料ガスは、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管 153Aの内周側に嵌 揷する戻り管 153Bを流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。

[0068] (2)そして、改質容器 152の軸方向の一端に接続する供給管 153Aの他端を、内 部に略柱状空間を有し原料ガスが流入される原料ガス供給部 153Dに接続している 。さらに、改質室 152Cの他端側に一端が開口する戻り管 153Bの他端を、原料ガス 供給部 153Dに隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し改質ガスが流入される改 質ガス流出部 153Eに原料ガス供給部 153Dを貫通して接続している。

このため、供給する原料ガスの改質室 152Cへの流入、および、改質室 152Cで改 質されて生成された改質ガスの回収が、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガス の流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原 料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。

[0069] (3)また、供給管 153Aが接続され原料ガスが供給される原料ガス供給部 153Dと 、戻り管 153Bが接続され改質室 152Cで生成された改質ガスが流入される改質ガス 流出部 153Eとを、それぞれ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成している。 このため、略柱状空間を有する原料ガス供給部 153Dおよび改質ガス流出部 153 Eが略同径で一連に一体形成されることで、例えば筒状部材を軸方向で区画するな どにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さら には、例えば改質容器 152の外側筒状体 152Bと略同径で一連に形成することで、 より構成の簡略化や製造性の向上が図れ、他の部材とのシステム構成の構築が容易 となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。また、一連に形成することで、こ れら原料ガス供給部 153Dおよび改質ガス流出部 153Eを台座とし流通部 153を支 持脚として改質容器 152を支持する一体構成にすることも容易にでき、システム構成 の構築がより容易にできる。

さらに、原料ガスが供給される原料ガス供給部 153Dの略中央に設けた原料流入 部 153D1を、改質ガス流出部 153Eを貫通し改質ガス流出部 153Eの下端から突出 する状態に設けている。

このため、供給された原料ガスは、原料ガス供給部 153D内に流入して周方向へ流 通して供給管 153Aに流入する状態となり、より偏流無く原料ガスの良好な流通状態 が得られる。

[0070] (4)そして、流通部 153の供給管 153Aが接続される改質容器 152の軸方向の一 端側内部に、改質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部 152Eを区画形成 している。

このため、供給管 153Aから改質室 152C内に流入する原料ガス力 略柱状空間の 流入空間部 152Eに一旦流れ込むので、充填された改質触媒の層を略均一に流過 することとなり、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良好な改質 処理が得られる。

[0071] (5)また、上記改質器 150とともに、この改質器 150のパーナ 151の加熱により、給 水管 183Aから供給される水から水蒸気を生成させる熱交換部 161や CO変成流水 管、 CO選択酸化流水管と、別途脱硫処理した液体燃料に生成した水蒸気を混合し て気化させ改質器で改質する原料ガスを生成させる気化器 140とともに、改質ュニッ ト 300としてユニット構成に構築して!/、る。

このため、改質器 150で原料ガスを改質処理するための熱力 S、改質処理するため に混合する水蒸気を生成させて混合する構成に有効利用でき、より熱効率が向上し 、効率よく良好な改質処理が得られる。

[0072] (6)さらには、ユニット構成として、上記改質器 150とともに、 CO変成器 155および CO選択酸化器 156をも合わせて組み込んで!/、る。

このため、改質器 150で改質した改質ガスが CO変成器 155および CO選択酸化器 156で直ちに処理し、例えば燃料電池 200用の水素ガスとして供給する構成が容易 に得られ、ユニット化により家庭用などにも容易に利用でき、小型化が容易に図れる 。また、改質ユニット 300は、熱交換部 161や CO変成流水管、 CO選択酸化流水管 と気化器 140とも合わせたユニット構成としている。このため、より良好な熱効率が容 易に得られるとともに、小型化が容易に図れる。

[0073] (7)そして、 CO変成器 155を略環状筒形状に形成して軸方向が略鉛直方向に沿 う状態に CO変成器 155の内周側に CO選択酸化器 156を配設している。さらに、改 質器 150を鉛直方向の上方に位置させ改質容器 152の軸方向が略鉛直方向に沿う 状態に配設している。

このため、径方向や高さ方向で大きくなることを抑制しつつユニット構成が容易に得 られ、家庭用の小型構成が容易に得られる。さらには、改質器 150の軸方向の一端 側となる下端側に、原料ガスを供給する側と生成した改質ガスを回収する側とを設け る、すなわち流通部 153を設けているので、改質ガスを CO変成器 155および CO選 択酸化器 156へ供給する経路である改質ガス流通部 155Eの構築が容易で短縮化 でき、さらには改質ガス流通部 155Eの短縮化により熱損失も低減でき、熱効率のさ らなる向上が容易に図れる。

[0074] (8)また、水蒸気を生成させる構成として、熱交換部 161のみならず、 CO変成器 1 55で熱交換させる CO変成流水管や、 CO選択酸化器 156で熱交換させる CO選択 酸化流水管を設けている。

このため、戻り管 153Bより回収された高温の改質ガスを CO変成や CO除去のため に冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料に混合して原料ガスを調製するため の水蒸気を生成する構成とを共有化でき、構成のさらなる簡略化および熱効率のさ らなる向上が得られる。なお、 CO変成流水管や CO選択酸化流水管を、例えば CO 変成器 155および CO選択酸化器 156の外部に配設することで、断熱材として機能 させることも可能となり、ユニット構成のより小型化が容易に得られる。

[0075] (9)そして、上述した改質器 150を備えた改質ユニット 300を燃料電池システム 10 0として利用している。

このため、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用とし て利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。

[0076] 〔第二実施形態〕

以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第二実施形態につ いて説明する。

なお、本第二実施形態では、上記第一実施形態と重複する説明は簡略化および 省略する。 [0077] 〔燃料電池システムの構成〕

(全体構成）

本第二実施形態における燃料電池システムの全体構成は、上記第一実施形態と 同一であることから、説明を省略する。

[0078] (改質ユニット）

次に、本第二実施形態における燃料電池システム 100における改質ユニット 300の 構成を説明する。

図 2は、改質ユニットの概略構成を示す概念図である。

[0079] 本第二実施形態の改質ユニット 300は、上記第一実施形態と同様に、気化器 140 、改質器 150、 CO変成器 155、 CO選択酸化器 156、および熱交換装置 160を備え た一体構成である。

本第二実施形態の改質ユニットにおいては、上部ケース 320の天板部 325には、 大径部 321の中心軸上に中心軸が略一致する略円筒状の輻射管としての加熱部 3 26が、軸方向の一端部である上端が上方に向けて突出する状態に一連に設けられ ている。

[0080] 本第二実施形態では、上記第一実施形態と同様に、改質器 150のパーナ 151は、 略円筒状の加熱部 326における上部ケース 320の上端より突出する上端部に取り付 けられる図示しないバーナ取付台に取り付けられ、加熱部 326の中心軸上に略位置 する状態に配設されている。そして、パーナ 151は、上述したように、送気ブロワ 170 力も供給される空気により、液体燃料 111および燃料ガスを燃焼させ、改質器 150を 加熱する。

本第二実施形態では、加熱部 326は、小径部 324内に位置する他端側である下端 側が、改質容器 152に略対応する長さ寸法で形成されている。

加熱部 326の内周側には、整流管としての輻射部 327が配設されている。この輻射 部 327は、軸方向の一端部が閉塞板 327Aにて閉塞された略有底円筒状で、改質 容器 152における後述する改質触媒層 152Dに略対応する長さ寸法に形成されて いる。この輻射部 327の軸方向の他端となる上端部は、図 3に示すように、上方に向 けて次第に拡開する状態に形成されている。 なお、閉塞板 327Aは、パーナ 151の燃焼ガスが流通不可能な板状を例示して説 明する力 例えば、燃焼ガスの一部を流通可能な孔を有したもの、メッシュ状のもの など、各種形態とすることができる。すなわち、閉塞板 327Aは、整流管としての輻射 部 327内をパーナ 151側から他端側へ流れようとする燃焼ガスに対して流通抵抗を 付し、パーナ 151からの燃焼ガスの少なくとも一部が輻射部 327の外周側と、輻射管 である加熱部 326の内周側との間を流れるように機能する。したがって、完全に閉塞 されて!/、ること力 S好まし!/、が、輻射部 327と加熱部 326との間の流通抵抗の大きさや 、輻射部 327や加熱部 326の加熱度合いなどに応じて、燃焼ガスの一部が閉塞板 3 27Aを通過可能な孔などを設けるようにしてもよい。

さらに、輻射部 327の軸方向の一端部には、図 3に示すように、載置部としての略 円筒状の筒状脚部 327Bがー連に設けられている。そして、輻射部 327は、加熱部 3 26に対して略同軸上に配設、例えば改質容器 152の底面となる流入空間部 152E の端面上に筒状脚部 327Bが載置される状態に取付固定される。この輻射部 327の 配設状態としては、改質触媒層 152Dの軸方向の下端部に内周側には位置しない 状態である。すなわち、詳細は後述するが、改質触媒層 152Dの下端から原料ガス が流入され、軸方向に沿って上方へ流通しつつ改質処理される流通方向における 上流側には、過熱抑制のために輻射部 327が位置しないように、流入空間部 152E 上に載置すなわち取付固定されて配設されている。なお、載置部としては、同径の筒 状形状の筒状脚部 327Bに限らず、例えば複数の棒状が同軸方向に設けられた構 成など、輻射部 327を配設する構成としては、いずれの構成が適用できる。

また、輻射部 327の外周面には、図 3に示すように、細長鋼材にて中心軸に対して 螺旋状に配設された乱流部 327Cがー体的に設けられている。この乱流部 327Cは 、加熱部 326の内周面に当接することなぐかつ、輻射部 327の外周面と加熱部 326 の内周面との間を流通するパーナ 151の燃焼ガス力 S、中心軸に対して螺旋状に流通 する状態に形成されている。なお、図 3は、説明の都合上、 1本の細長鋼材にて形成 した乱流部 327Cを示すが、複数本に形成したり、例えば断面が波形状となるように 輻射部 327の外周面から突出、あるいはリブ状に膨出する状態に設けたり、これらと 細長鋼材との組み合わせなど、各種形状に形成できる。 [0081] 〔燃料電池システムの動作〕

次に、本第二実施形態の燃料電池システム 100における発電動作について説明 する。

[0082] まず、制御装置が発電要求に関する信号を取得すると、パーナ 151に液体燃料 11 1および空気を供給して改質器 150を、例えば 700°C程度まで加熱させる。このバー ナ 151による燃焼ガスは、対向する輻射部 327の内周側に流入して輻射部 327を加 熱しつつ、拡開する上端から輻射部 327の外周面と加熱部 326の内周面との間を下 方に向けて流過する。この流過の際、乱流部 327Cにより改質器 150の中心軸に対 して螺旋状に流過する。この流過により、輻射部 327および加熱部 326が加熱される 。さらに、燃焼ガスは、加熱部 326の下端力も加熱部 326の外周面と改質容器 152 の内周面との間を上方に向けて流通し、加熱部 326および改質容器 152を加熱する 。そして、改質容器 152の上部へ流過した燃焼ガスは、改質容器 152の外周面側を 下方に流過し、大径部 321内に流入する。

このようにして、改質器 150が加熱されるとともに、熱交換装置 160を加熱する。そ して、制御装置は、搬送ポンプ 182を駆動させて純水タンク 180に貯留する純水 181 を給水経路 183を介して熱交換装置 160に供給して水蒸気を生成させ、気化器 140 へ水蒸気を供給させる。この後、制御装置は、脱硫器 130の電気ヒータを加熱させる とともに、液体燃料ポンプ 121を駆動させて液体燃料貯溜タンク 110から液体燃料 1 11を脱硫器 130へ、例えば約 300 [ml/時間]で供給する。

[0083] この脱硫器 130へ供給された液体燃料 111は、脱硫剤容器内に流入し、脱硫剤容 器に脱硫触媒が充填されて形成された図示しない脱硫触媒層の断面における流速 分布が略均一な状態で加熱されつつ脱硫処理される。そして、脱硫処理された液体 燃料 111は、気化器 140で熱交換装置 160から供給される水蒸気と混合されて気化 され、改質器 150へ気化液体燃料として供給される。そして、気化液体燃料は、改質 器 150で水素リッチな燃料ガスに改質される。

ここで、改質器 150におけるパーナ 151の燃焼ガスの流通において、加熱された輻 射部 327は、輻射熱により加熱部 326を介して改質容器 152を例えば 700°C程度ま で加熱させる。なお、輻射部 327が改質容器 152の改質触媒層 152Dの下端部に位 置しない、すなわち輻射部 327の閉塞板 327Aが改質容器 152の改質触媒層 152 Dの下端部より上方に位置する状態に配設しているので、輻射部 327の輻射熱によ る改質触媒層 152Dの下流側の加熱に寄与する割合が少ない状態となる。このため 、改質触媒層 152Dにおける原料ガスが流入する下端は上端より多少温度が低い状 態となり、過熱が抑制される。したがって、改質触媒層 152Dの下端に流入した原料 ガスは、改質触媒層 152Dにおける軸方向の略全域で改質処理され、効率よく安定 して処理される。

[0084] そして、改質器 150で改質処理された燃料ガスは、 CO変成器 155および CO選択 酸化器 156により、燃料ガス中の COを変成 '除去され、改質ユニット 300から燃料電 池 200へ供給される。

さらに、燃料電池 200へ供給される燃料ガスは、例えば加湿器などにて適宜加湿さ れた後、燃料電池 200の負極 202側に供給される。この負極 202側に供給された燃 料ガスの水素は、適宜加湿されて燃料電池 200の正極 201側に供給された空気中 の酸素と反応して水を生成するとともに、正極 201および負極 202間に直流電力を 発生させる。

なお、負極 202側の余った水素分を含む燃料ガスは、改質器 150のパーナ 151に 供給されて燃焼される。

[0085] 〔燃料電池システムの作用効果〕

本第二実施形態では、上記第一実施形態における燃料電池システムの作用効果（ 1)〜（3)および（5)〜（9)の他に、以下の作用効果（10)〜（； 16)を奏する。

[0086] (10)上述したように、上記第二実施形態の改質器 150では、改質容器 152の内側 筒状体 152Aより径小の筒状の加熱部 326を、内側筒状体 152Aの内周側に中心軸 が略一致する状態に配設し、この加熱部 326の内周側に改質容器 152の改質室 15 2Cの軸方向の一端部に略対応する位置にパーナ 151を配設する。さらに、加熱部 3 26より径小でパーナ 151に対向する軸方向の一端部が閉塞板 327Aにて閉塞され た有底筒状の輻射部 327を、加熱部 326の内周側に中心軸が略一致する状態で、 外周面が加熱部 326の内周面との間でパーナ 151の燃焼ガスが流通可能に配設し ている。 このことにより、パーナ 151の燃焼ガスは、輻射部 327の内周側に閉塞板 327Aに より閉塞されていない他端側より流入してから折り返すように他端側より流出した後、 輻射部 327と加熱部 326との間を流通する。

このため、輻射部 327が加熱されるとともに改質容器 152の内周側に位置する加熱 部 326が効率よく加熱されるとともに、輻射部 327の熱は加熱する加熱部 326を介し て改質容器 152を加熱することとなり、改質容器 152の軸方向における温度のばらつ きが生じに《なり、効率よく加熱でき安定して原料ガスを改質処理できる。さらには、 パーナ 151を支持させる加熱部 326を利用でき、筒状の輻射部 327を設ける簡単な 構成で、改質容器 152への安定した加熱を提供できる。

[0087] (11)そして、上記第二実施形態では、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設けた 改質容器 152に対して、燃料ガスを鉛直方向の略下方に向けて流出する状態にバ ーナ 151を配設するとともに、上方に向けて開口する状態に輻射部 327を配設、す なわち閉塞板 327Aにて閉塞された一端部が軸方向で下端側に位置する状態に配 設している。

このため、パーナ 151からの液垂れや、運転停止時の輻射部 327の結露など、ノ ーナ 151に液垂れすることを防止できる。したがって、液垂れによるパーナ 151のつ まりや損傷などを防止できるとともに、安定した燃焼ガスを発生でき、安定した運転が 容易に得られる。

[0088] (12)そして、上記第二実施形態では、改質容器 152の流通部 153の供給管 153 Aが接続される軸方向の一端部に、内部に略柱状空間を有し原料ガスが流入される 原料ガス供給部 153Dを設ける。この原料ガス供給部 153D上に、輻射部 327を上 方に向けて開口する状態に輻射部 327に設けた筒状脚部 327Bにて載置、例えば 取付固定している。

このため、供給管 153Aから改質室 152C内に流入する原料ガスが略柱状空間の 原料ガス供給部 153Dに一旦流れ込むので、原料ガスが改質触媒層 152Dを略均 一に流過することとなり、より偏流なく改質触媒とのより略均一な接触が得られ、より良 好な改質処理が得られる。さらには、この偏流なく原料ガスを改質触媒層 152Dに流 通させるための略柱状空間の簡単な構成の原料ガス供給部 153Dを、筒状脚部 327 Bを設ける簡単な構成で輻射部 327を配設させる構成に共用でき、構成の簡略化や 製造性の向上が容易に図れる。特に、筒状脚部 327Bを筒状構成として輻射部 327 に一連に設けている。このため、簡単な構成で対応でき、構成のより簡略化や製造 性のより向上が容易に得られる。

[0089] (13)また、配設される輻射部 327は、流通部 153により改質室 152C内で原料ガス が軸方向に略沿う方向で流通する状態に原料ガスが供給されて改質ガスを流出する 構成とした改質容器で、改質室 152C内を原料ガスが流通する上流側に対応する位 置となる内側筒状体 152Aの下端部に、輻射部 327が対向位置しない、すなわち原 料ガスの流通する上流側に対応する位置となる改質触媒層 152Dの下端部には輻 射部 327が位置しな!/、ように配設して!/、る。

このため、パーナ 151により加熱された輻射部からの輻射熱が原料ガスの流通する 上流側に作用する割合が減少し、改質室 152Cにおける原料ガスの流通する上流側 における過熱を防止でき、改質室 152Cの改質触媒層 152D全体での略均一で安 定した改質処理が得られ、効率的な改質処理が簡単な構成で容易に得られる。

[0090] (14)さらに、上記第二実施形態では、加熱部 326の内周面と輻射部 327の外周面 との間に、中心軸に対して螺旋状に乱流部 327Cを配設している。

このため、加熱部 326の内周面と輻射部 327の外周面との間を流過するパーナ 15 1の燃料ガスが、中心軸に対して螺旋状に流通し、輻射部 327および加熱部 326の 加熱効率を向上でき、効率的な改質処理が容易に得られる。

[0091] (15)そして、乱流部 327Cとして、輻射部 327の外周面に加熱部 326の内周面に 向けて突出する螺旋状に設けている。

このため、細長棒状の鋼材を輻射部 327の外周面に螺旋状に巻装するなどの簡単 な構成で、燃焼ガスの螺旋状の流通が容易に得られ、効率的な改質処理が簡単な 構成で容易に得られる。

[0092] (16)さらに、上記第二実施形態では、輻射部 327の閉塞板 327Aにて閉塞される 軸方向の一端部と反対側の他端部の周縁を拡開形成している。

このため、パーナ 151の燃焼ガスが円滑に輻射部 327の内周側に流入する状態が 得られ、輻射部 327を効率よく加熱できる。 [0093] 〔第三実施形態〕

次に、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第三実施形態につい て説明する。

なお、本第三実施形態は、上記第一実施形態における流通部 153を他の形態とし たものである。そして、他の構成については、同一であることから、説明を簡略化およ び省略する。

図 5は、本実施の一形態における改質ユニットの概略構成を示す概念図である。

[0094] 図 5において、改質器 150の改質容器 152は、径寸法が異なり中心軸が略一致す る内側筒状体 152Aおよび外側筒状体 152Bを有し、これら内側筒状体 152Aおよ び外側筒状体 152B間に略環状空間の改質室 152Cを区画形成する略環状筒形状 に形成されている。なお、改質容器 152は、第一実施形態と同様に、単なる円筒形 の内側筒状体 152Aおよび外側筒状体 152Bにて形成される構成に限らず、例えば 角筒状や周方向で波形状となる内側筒状体 152Aおよび外側筒状体 152Bを用い て形成するなど、略環状筒形状の内部空間を形成するいずれの形状に形成できる。 そして、改質容器 152内には、通気性を有する図示しない改質仕切部材により、軸 方向の一端側である上端側に改質触媒が充填されて改質触媒層 152Dが形成され て!/、るとともに、軸方向の他端側である下端側に充填材が充填されて改質充填材層 152Gが形成されている。なお、改質仕切部材としては、上記第一実施形態と同様に 、網目状部材などに限らず、例えばアルミナ粒子を充填する構成など、各種構成が 適用できる。この略環状筒形状の改質容器 152の軸方向の一端である下端には、流 通部 153がー体的に設けられている。

[0095] この流通部 153は、改質容器 152に原料ガスを流入させる原料ガス供給部 153Dと しても機能する供給管 153Aと、この供給管 153A内に略同軸上に嵌揷された複数 の戻り管 153Bとを有し、改質容器 152の軸方向の端部である下端に接続されている 供給管 153Aは、第一実施形態の流入空間部 152Eのように、内部に略円柱状空 間となる供給室を区画形成する略円筒形状に形成され、改質容器 152を有底環状 筒形状に形成して内周側に加熱室 152Fを形成する。そして、この供給管 153Aの 軸方向の一端である上端の略中央には、輻射部 327が載置固定されている。この輻 射部 327は、第一実施形態における輻射部 327の下端に、同軸上で同径の筒状脚 部 327Bを一体に有し、この筒状脚部 327Bが供給管 153Aの端面上に載置される 状態に、加熱部 326に対して略同軸上に配設されている。また、供給管 153Aの軸 方向の端部である下端面の略中央には、原料ガスが流入される原料流入部 153D1 が設けられている。

戻り管 153Bは、第一実施の形態と同様に、軸方向の一端が改質触媒層 152Dを 貫通して改質室 152C内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能 に開口し、軸方向の他端が供給管 153Aを貫通して改質ガス流出部 153Eに接続さ れている。なお、この改質ガス流出部 153Eは、第一実施形態における原料ガス供給 部 153Dに一連に一体形成される状態と同様に、同径の供給管 153Aに一連に一体 形成されている。

〔燃料電池システムの作用効果〕

(17)上述したように、上記第三実施形態の改質器 150では、略中心軸上に位置し てパーナ 151が配設される内側筒状体 152Aと、この内側筒状体 152Aと径寸法が 異なり中心軸が略一致する外側筒状体 152Bとの間に改質触媒が充填されて形成さ れた改質触媒層 152Dおよび充填材が充填されて形成される改質充填材層 152G を有する略環状空間の改質室 152Cを区画形成する改質容器 152を備えている。そ して、気化器 140で水蒸気が混合されて気化された炭化水素原料である液体燃料を 含有する原料ガスを改質容器 152の改質室 152Cの軸方向における改質充填材層 152G側となる一端側に供給する供給管 153Aを改質容器 152の軸方向の一端に 接続するとともに、供給管 153A内に嵌揷し一端部が改質室 152Cを貫通し改質室 1 52C内の軸方向における他端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管 153Bを 開口する状態で複数配設して流通部 153を構成して!/、る。

このため、例えば燃料電池 200で利用する水素ガスとして改質ガスを供給する場合 など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できる とともに、略環状空間に改質触媒および充填材を充填すればよぐ作業性がよい。さ らに、原料ガスを改質室 152Cに供給する供給管 153Aと、改質室 152Cの改質触媒 で生成した改質ガスを流通させて回収する戻り管 153Bとを、供給管 153Aに複数嵌 揷する構造の流通部 153として構成して!/、るので、原料ガスを供給する構成および 生成した改質ガスを回収する構成が改質容器 152の一側にまとまる構成となり、例え ば改質容器 152の断熱、他の構成との干渉などが生じにくぐ構成の小型化が容易 に図れる。さらに、改質容器 152内に充填材を充填する構成で、効率よく戻り管 153 Bを流通する改質ガスとの熱交換効率を向上する構成が、略環状空間の簡単な構成 の改質容器 152で得られ、簡単な構造で製造性の向上が容易に得られ効率よく改 質処理できる構成が容易に得られる。また、供給管 153Aより供給される原料ガスは 、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管 153Aの内周側に嵌揷する戻 り管 153Bを流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。

[0097] (18)そして、改質容器 152の軸方向の一端に接続する供給管 153Aを、内部に略 柱状空間の供給室を区画形成した略筒状に形成する。改質室 152Cの他端側に一 端が開口する戻り管 153Bの他端を、供給管 153Aに隣接して設けられ内部に略柱 状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部 153Eに供給管 153Aを貫通し て接続している。

このため、原料ガスの供給管 153Aを介した改質室 152Cへの流入、および、改質 室 152Cの改質触媒層 152Dで改質されて生成された改質ガスの回収に、偏流なく 略均一な原料ガスおよび改質ガスの流通が得られ、充填された改質触媒が偏り無く 改質処理に利用され、さらには原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上し、効率よ く良好な改質処理が得られる。

[0098] (19)また、改質容器 152の外側筒状体 152Bと略同径の筒状で外側筒状体 152B に一連に一体形成される供給管 153Aに、戻り管 153Bが供給管 153Aを介して接 続する改質ガス流出部 153Eを供給管 153Aと略同径の筒状で一連に一体形成して いる。

このため、略筒状の改質容器 152の外側筒状体 152Bと、略柱状空間の筒状の供 給管 153Aと、戻り管 153Bが接続する改質ガス流出部 153Eとが一連に一体形成さ れていることから、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、 構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、他の部材とのシステ ム構成の構築が容易となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。

[0099] (20)そして、上記第一実施の形態と同様に、改質ユニット 300としてユニット構成と しているので、より熱効率が向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。

また、燃料電池システム 100として利用しているので、効率よく安定して発電できる 小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡 大が容易に得られる。

[0100] 〔第四実施形態〕

次に、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第四実施形態につい て説明する。

なお、本第四実施形態では、上記第三実施形態と重複する説明は簡略化および 省略する。

図 5は、本第四実施形態における改質ユニットの概略構成を示す概念図である。

[0101] 本第四実施形態の流通部 153は、改質容器 152に原料ガスを流入させる原料ガス 供給部 153Dとしても機能する供給管 153Aと、この供給管 153A内に略同軸上に嵌 揷された複数の戻り管 153Bとを有し、改質容器 152の軸方向の端部である下端に 接続されている。

供給管 153Aは、第二実施形態の流入空間部 152Eのように、内部に略円柱状空 間となる供給室を区画形成する略円筒形状に形成され、改質容器 152を有底環状 筒形状に形成して内周側に加熱室 152Fを形成する。そして、この供給管 153Aの 軸方向の一端である上端の略中央には、第二実施形態と同様の閉塞板 327Aにて 閉塞され乱流部 327C (図示しな!/、）を有した輻射部 327が載置固定されて!/、る。こ の輻射部 327は、第二実施形態における輻射部 327の下端に、同軸上で同径の載 置部としての筒状脚部 327Bを一体に有し、この筒状脚部 327Bが供給管 153Aの 端面上に載置される状態に、加熱部 326に対して略同軸上に配設されている。また 、供給管 153Aの軸方向の端部である下端面の略中央には、原料ガスが流入される 原料流入部 153D1が設けられている。

戻り管 153Bは、第一実施の形態と同様に、軸方向の一端が改質触媒層 152Dを 貫通して改質室 152C内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能 に開口し、軸方向の他端が供給管 153Aを貫通して改質ガス流出部 153Eに接続さ れている。なお、この改質ガス流出部 153Eは、第二実施形態における原料ガス供給 部 153Dに一連に一体形成される状態と同様に、同径の供給管 153Aに一連に一体 形成されている。

[0102] 〔燃料電池システムの作用効果〕

本第四実施形態では、上記第三実施形態と同じ燃料電池システムの作用効果（17 )〜（20)を奏する。

[0103] 〔第五実施形態〕

次に、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態である第五実施形態につい て説明する。

なお、この第五実施形態は、上記第二実施形態におけるパーナ 151を燃焼ガスが 上昇流となる状態に配設したものである。そして、他の構成については、同一である ことから、説明を簡略化および省略する。

図 6は、第五実施形態における改質ユニットの改質器近傍の概略構成を示す概念 図である。

[0104] 図 6において、改質器 150の上部ケース 320における小径部 324の軸方向の一端 となる上端は、天板部 325にて閉塞されている。そして、この小径部 324内に配設さ れる改質容器 152は、改質触媒層 152Dが改質室 152Cの下端部で充填されておら ず、略環状空間の流入空間部 152Eを形成する状態に構成されている。

また、パーナ 151が取り付けられる略円筒状の加熱部 326は、改質容器 152の内 周側の加熱室 152Fに位置して、中心軸が改質容器 152と略一致するように配設さ れている。この加熱部 326は、例えば、下端部が、第二実施形態における流通部 15 3の供給管 153Aが接続される略柱状空間を有する原料ガス供給部 153D上に取付 固定される。そして、この加熱部 326内には、改質室 152Cの下端部に略対応する位 置にパーナ 151が燃焼ガスを略上方に向けて流出する状態に配設されている。

[0105] さらに、加熱部 326の内周側には、輻射部 327が配設されている。

この輻射部 327は、第二実施形態と同様に、軸方向の一端が閉塞板 327Aにて閉 塞され他端縁が拡開する有底円筒上に形成され、外周面には乱流部 327Cが設け られている。

また、輻射部 327の軸方向の一端には、外方に向けてフランジ状に突出する支持 部 327D力 S、閉塞板 327Aと一連に突設されている。この支持部 327Dは、加熱部 32 6の軸方向の一端である上端部に載置されて輻射部 327を加熱部 326に吊り下げ支 持可能にフランジ状に形成されている。

そして、支持部 327Dには、周縁近傍に周方向で複数の通気孔 327Eが開口形成 されている。これら通気孔 327Eは、加熱部 326に輻射部 327を吊り下げ支持した状 態で、輻射部 327の外周面と加熱部 326の内周面との間を上方に流通するパーナ 1 51の燃焼ガスが流通して閉塞板 327Aの上方へ流過可能に設けられている。

なお、支持部 327Dは、フランジ状に限らず、例えば互いの間に燃焼ガスが流通可 能に複数放射状に突出した形状などとしてもよい。

[0106] そして、改質器 150の加熱の際、パーナ 151による燃焼ガスは、対向する輻射部 3 27の内周側に流入して輻射部 327を加熱しつつ、拡開する下端から輻射部 327の 外周面と加熱部 326の内周面との間を上方に向けて流過する。この流過の際、乱流 部 327Cにより改質器 150の中心軸に対して螺旋状に流過する。この流過により、輻 射部 327および加熱部 326が加熱される。さらに、燃焼ガスは、支持部 327Dの通気 孔 327Eを流通して小径部 324内の上部に至り、改質容器 152の外周面側および内 周面側を下方に流過し、大径部 321内に流入する。

[0107] 〔燃料電池システムの作用効果〕

(21)上述したように、上記第五実施形態の改質器 150では、上記第二実施形態 および第四実施形態と同一の構成については同様の作用効果を奏する。

また、第五実施形態では、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設けた改質容器 152 に対して、燃料ガスを鉛直方向の略上方に向けて流出する状態にパーナ 151を配 設するとともに、下方に向けて開口する状態に輻射部 327を配設、すなわち閉塞板 3 27Aにて閉塞された一端部が軸方向で上端側に位置する状態に配設している。 このため、例えば輻射部 327の端部を加熱部 326の端部に係止させたり連結させ たりするなどにより、輻射部 327を加熱部 326の端部に取り付けることで容易に輻射 部 327を配設でき、構成の簡略化や製造性の向上などが容易に得られる。 [0108] (22)そして、第五実施形態では、輻射部 327における閉塞板 327Aにて閉塞され る軸方向の一端部に外方に向けて突設した支持部 327Dを、加熱部 326の端部に 吊り下げ支持させている。

このため、外方に向けて突設した簡単な構造の支持部 327Dにて、輻射部 327を 加熱部 326に支持でき、構成が簡略化して製造性の向上や小型化などが容易に得 られる。

特に、支持部 327Dをフランジ状に閉塞板 327Aに一連に設けたため、閉塞板 327 Aにて閉塞して輻射部 327を形成する際に、支持部 327Dの寸法分で輻射部 327の 径寸法より径大に形成して取り付けるのみで支持部 327Dが形成でき、より製造性の 向上が得られる。さらには、支持力が向上し、安定して輻射部 327を吊り下げ支持で きる。

[0109] (23)また、輻射部 327の下端縁を第二実施形態と同様に拡開形成している。

このため、パーナ 151を燃焼ガスが鉛直方向の略上方に向けて流通する状態に配 設した構成であることから、例えば運転の停止時の結露などがパーナ 151に液垂れ することを防止でき、パーナ 151の保護および安定した燃焼が周縁を拡開する簡単 な構成で容易に得られる。

[0110] (24)そして、パーナ 151を取り付ける加熱部 326を原料ガス供給部 153D上に取 付固定している。

このため、加熱部 326を配設する構成として、偏流なく原料ガスを改質触媒層 152 Dに流通させるための略柱状空間の簡単な構成の原料ガス供給部 153Dを利用でき 、より構成の簡略化や製造性の向上が容易に得られる。

[0111] 〔実施の形態の変形例〕

なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、 前記した各実施形態に限定されるものではなぐ本発明の目的および効果を達成で きる範囲内での変形や改良力 本発明の内容に含まれるものであることはいうまでも ない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明 の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題 はない。 [0112] すなわち、本発明の改質器 150としては、上述したように、燃料電池システム 100に 利用する形態で説明したが、燃料電池システム 100に利用する例えば水素ガス製造 装置などとして、適用してもよい。

また、ユニット構成とせず、改質器 150単独としてもよい。さらには、ユニット構成とし ては、上述した各実施形態のように、熱交換装置 160、気化器 140、 CO変成器 155 、 CO選択酸化器 156の全てを組み込む構成に限らず、少なくともいずれ力、と組み合 わせた構成、さらに脱硫器 130などをも組み込む構成などしてもよい。

[0113] そして、改質器 150は、下方に向けて燃焼ガスを噴出する状態にパーナ 151を配 設する構成や、上方に向けて燃焼ガスを噴出する状態に配設したり、さらには略水 平方向に向けて燃焼ガスを噴出する状態に配設したりするなどしてもよい。

さらには、パーナ; 151は、 1つに限らず、複数設けてもよい。

また、改質するための加熱手段の構成としては、パーナ 151に限らず、例えば電気 ヒータなど他の加熱方式を用いるなどしてもょレ、。

[0114] さらに、第一及び第二実施形態における流通部 153の二重管部 153Cとして、供給 管 153Aと戻り管 153Bとの間に、例えば充填材を充填してもよい。なお、充填材とし ては、例えばウール状のステンレスなどの金属やアルミナ粒子などの無機材料など、 耐食性や耐熱性を有する各種部材が適用できる。

このような充填材を充填する構成では、供給管 153Aを流通する原料ガスと、戻り管

153Bを流通する改質ガスとの熱交換効率が向上し、より良好な熱効率が得られる。

[0115] そして、第一及び第二実施形態における流入空間部 152Eとして、略円柱状空間 を有する略円筒形状に形成して説明したが、第五実施形態の流入空間部 152Eのよ うに、改質容器 152の端部に一連に改質触媒が充填されない略環状筒形状に形成 してもよい。

一方、第二及び第四実施形態において、改質充填材層 152Gの軸方向の端部に 略環状筒形状や略円筒形状の流入空間部 152Eなどを設けて中空状態としてもよい

〇

[0116] また、第一実施形態ないし第五実施形態における戻り管 153Bとして、改質触媒層

152D内で改質触媒層 152Dの周方向で螺旋状としてもよい。 この構成によれば、戻り管 153Bを流通する改質ガスと改質触媒との熱交換効率が より向上し、効率よく良好な改質処理が得られる。

また、螺旋状としては、戻り管 153Bの長手方向となる改質容器 152の軸方向で螺 旋状に形成してもよい。さらには、改質触媒層 152Dの周方向で螺旋状でかつ戻り 管 153Bの長手方向でも螺旋状に形成してもよい。

[0117] さらに、上記各実施形態において、改質容器 152への原料ガスの供給および改質 容器 152からの改質ガスの流出の構成として、二重管構造の流通部 153を用いるこ となぐ例えば、改質容器 152の軸方向の一端側から原料ガスを供給させ、他端側か ら改質ガスを回収するなど、いずれの構成を利用できる。

[0118] また、輻射部 327として、開口する端部周縁を拡開形成した力 拡開形成しなくても よい。

さらに、第二、第四及び第五実施形態において、乱流部 327Cを設けなくてもよい。 また、乱流部 327Cを輻射部 327の外周面に設けた力 例えば、加熱部 326の内周 面に設けたり、輻射部 327の外周面と加熱部 326の内周面との間に配設したりする などしてもよい。また、第二実施形態の図 3および第五実施形態の図 6では、乱流部 327Cが加熱部 326の内周面に接触しない構成を例示した力 接触する状態として あよい。

[0119] そして、第五実施形態における輻射部 327の支持部 327Dとして、加熱部 326の端 部に吊り下げ支持させる構成を例示した力 輻射部 327を配設する構成としては、こ の限りではない。

例えば第五実施形態において、輻射部 327の拡開する下端周縁を加熱部 326の 内周面に接続させる。さらに、この拡開する周縁に周方向沿って通気孔 327Eを設け て通気可能とする。そして、この周縁部分を支持部として機能させてもよい。

同様に、第二実施形態において、筒状脚部 327Bを載置部として機能させたが、同 様に、拡開する上端周縁を加熱部 326の内周面に接続、あるいは加熱部 326の端 部に吊り下げ支持可能に形成する。さらに、この拡開する周縁に周方向に沿って通 気孔 327Eを設けて通気可能とする。そして、周縁部分を支持部として機能させ、筒 状脚部 327Bを設けなくてもよい。 [0120] その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を 達成できる範囲で他の構造などとしてもょレ、。

産業上の利用可能性

[0121] 本発明は、灯油などの液体燃料や液化石油ガスなどの炭化水素原料ガスなど、炭 化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中でパーナによる加熱で水素ガスを含 有する改質ガスを生成させる改質処理に利用できる。特に、燃料電池システムにお ける改質器に利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改 質ガスを生成させる改質器であって、

径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら 内側筒状体および外側筒状体間に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質 室を区画形成する改質容器と、

この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、 前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向に おける一端側に供給する供給管、および、この供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌 揷され一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記 改質触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に 開口する戻り管を備えた複数の二重管構造の流通部と、

を具備したことを特徴とした改質器。

[2] 請求項 1に記載の改質器であって、

前記流通部は、前記供給管および前記戻り管の間に前記原料ガスが流通可能に 充填材が充填された

ことを特徴とした改質器。

[3] 請求項 1または請求項 2に記載の改質器であって、

前記供給管は、一端が前記改質容器の軸方向の一端に接続され、他端が内部に 略柱状空間を有し前記原料ガスが流入される原料ガス供給部に接続され、

前記戻り管は、他端が前記原料ガス供給部に隣接して設けられ内部に略柱状空間 を有し前記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記原料ガス供給部を貫通して 接続された

ことを特徴とした改質器。

[4] 請求項 3に記載の改質器であって、

前記原料ガス供給部および前記改質ガス流出部は、それぞれ略同径の略筒状で 互いに一連に一体形成された

ことを特徴とした改質器。

[5] 請求項 1ないし請求項 4のいずれかに記載の改質器であって、

前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改 質触媒が充填されない略環状空間の流入空間部を有した

ことを特徴とした改質器。

[6] 請求項 1ないし請求項 4のいずれかに記載の改質器であって、

前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改 質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を有した

ことを特徴とした改質器。

[7] 炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改 質ガスを生成させる改質器であって、

径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら 内側筒状体および外側筒状体間に軸方向の一端側に充填材が充填され他端側に 前記改質触媒が充填される略環状空間の改質室を区画形成する改質容器と、 この改質容器の前記内側筒状体の略中心軸上に位置して配設された加熱手段と、 前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向に おける一端側に供給する供給管、および、この供給管内に嵌揷され一端部が前記改 質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質触媒により前記原 料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口する戻り管を複数備 えた流通部と、

を具備したことを特徴とした改質器。

[8] 請求項 7に記載の改質器であって、

前記供給管は、内部に略柱状空間の供給室を区画形成する筒状に形成され、 前記戻り管は、他端が前記供給管に隣接して設けられ内部に略柱状空間を有し前 記改質ガスが流入される改質ガス流出部に前記供給管を貫通して接続された ことを特徴とした改質器。

[9] 請求項 8に記載の改質器であって、

前記供給管は、前記改質容器の外側筒状体と略同径の筒状で前記外側筒状体に 一連に一体形成され、 前記改質ガス流出部は、前記供給管と略同径の筒状で前記供給管に一連に一体 形成された

ことを特徴とした改質器。

[10] 請求項 1ないし請求項 9のいずれかに記載の改質器であって、

前記戻り管は、前記改質容器の改質室内の改質触媒が充填された領域で螺旋状 に配設された

ことを特徴とした改質器。

[11] 炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中で加熱して水素ガスを含有する改 質ガスを生成させる改質器であって、

径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体および外側筒状体を有し、これら 内側筒状体および外側筒状体間に前記改質触媒が充填される略環状空間の改質 室を区画形成する改質容器と、

この改質容器の前記内側筒状体より径小の筒状で前記内側筒状体の内周側に中 心軸が略一致する状態に配設された輻射管と、

この輻射管内に配置されて前記改質室の軸方向の一端部に加熱ガスを供給する 加熱手段と、

前記輻射管より径小で前記加熱手段に対向する軸方向の一端部が閉塞板にて少 なくとも一部が閉塞されて前記加熱手段の加熱ガスの少なくとも一部の流通を阻害 する筒状で、前記輻射管の内周側に中心軸が略一致する状態に外周面および前記 輻射管の内周面との間に前記加熱手段の加熱ガスが流通可能に配設され、前記加 熱手段により加熱される整流管と、

を具備したことを特徴とした改質器。

[12] 請求項 11に記載の改質器であって、

前記改質容器は、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設けられ、

前記加熱手段は、前記加熱ガスを鉛直方向の略下方に向けて流出する状態に配 設され、

前記整流管は、上方に向けて開口する状態に配設された

ことを特徴とした改質器。

[13] 請求項 11に記載の改質器であって、

前記改質容器は、中心軸が鉛直方向に略沿う状態に設けられ、

前記加熱手段は、前記加熱ガスを鉛直方向の略上方に向けて流出する状態に配 設され、

前記整流管は、下方に向けて開口する状態に配設された

ことを特徴とした改質器。

[14] 請求項 13に記載の改質器であって、

前記整流管は、前記閉塞板にて閉塞される軸方向の一端部に外方に向けて突出 し前記輻射管の端部に吊り下げ支持される支持部を備えた

ことを特徴とした改質器。

[15] 請求項 11な!/、し請求項 14の!/、ずれかに記載の改質器であって、

前記改質容器は、前記改質室内で前記原料ガスを軸方向に略沿う方向で流通さ せる状態に前記原料ガスが供給されて前記改質ガスを流出し、

前記整流管は、前記原料ガスが前記改質室内を流通する上流側に対応する前記 改質容器の内側筒状体に対向しない位置に配設された

ことを特徴とした改質器。

[16] 請求項 11な!/、し請求項 15の!/、ずれかに記載の改質器であって、

前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向に おける一端側に供給する供給管と、この供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌揷され 一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質 触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口 する戻り管と、を備えた複数の二重管構造の流通部を具備した

ことを特徴とした改質器。

[17] 請求項 12に記載の改質器であって、

前記改質容器の軸方向の一端に接続され前記原料ガスを前記改質室の軸方向に おける一端側に供給する供給管と、この供給管内に略同軸上にそれぞれ嵌揷され 一端部が前記改質室を貫通し前記改質室内の軸方向における他端側に前記改質 触媒により前記原料ガスが改質されて生成された前記改質ガスが流入可能に開口 する戻り管と、を備えた複数の二重管構造の流通部を具備し、

前記改質容器は、前記流通部の供給管が接続される軸方向の一端部に、前記改 質触媒が充填されない略柱状空間の流入空間部を有し、

前記整流管は、前記流入空間部上に上方に向けて開口する状態に載置される載 置部を有した

ことを特徴とした改質器。

[18] 請求項 11な!/、し請求項 17の!/、ずれかに記載の改質器であって、

前記輻射管の内周面と前記整流管の外周面との間に、中心軸に対して螺旋状に 配設された乱流部を具備した

ことを特徴とした改質器。

[19] 請求項 18に記載の改質器であって、

前記乱流部は、前記整流管の外周面に前記輻射管の内周面に向けて突出する螺 旋状に設けられた

ことを特徴とした改質器。

[20] 請求項 11な!/、し請求項 19の!/、ずれかに記載の改質器であって、

前記整流管は、前記閉塞板にて閉塞される軸方向の一端部と反対側の他端部の 周縁が拡開形成された

ことを特徴とした改質器。

[21] 請求項 1ないし請求項 20のいずれかに記載の改質器と、

前記改質器の加熱手段の加熱により、供給される水から水蒸気を生成する水蒸気 生成手段と、

脱硫処理された液体燃料または炭化水素原料ガスに水蒸気を混合して炭化水素 原料を含有する前記原料ガスを生成する水蒸気混合手段と、

を具備したことを特徴とした改質ユニット。

[22] 請求項 21に記載の改質ユニットであって、

前記改質器で生成された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中の一酸化炭素 ( CO)を二酸化炭素（CO )に変成する CO変成触媒を充填する CO変成手段と、 この CO変成手段で処理された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中に残留す る COを除去する CO除去手段と、を具備した

ことを特徴とした改質ユニット。

[23] 請求項 22に記載の改質ユニットであって、

前記 CO変成手段および前記 CO除去手段は、少なくともいずれか一方が略環状 に形成され、軸方向が略鉛直方向に沿う状態にいずれか一方の内周側にいずれか 他方が配設され、

前記改質器は、前記 CO変成手段および前記 CO除去手段に対して鉛直方向の上 方に位置して前記改質容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態に配設された ことを特徴とした改質ユニット。

[24] 請求項 22または請求項 23に記載の改質ユニットであって、

前記水蒸気生成手段は、前記 CO変成手段および前記 CO除去手段のうちの少な くともいずれか一方の内部に配管され供給される水が流通する流水管を備えた ことを特徴とした改質ユニット。

[25] 請求項 21ないし請求項 24のいずれかに記載の改質ユニットであって、

前記水蒸気生成手段は、前記改質器の流通部の外周側に位置して配管され供給 される水が流通する水流通管を備えた

ことを特徴とした改質ユニット。

[26] 請求項 1ないし請求項 20のいずれかに記載の改質器、または、請求項 21ないし請 求項 25の!/、ずれかに記載の改質ユニットと、

酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、

前記改質ユニットで生成された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段に より供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、

を具備したことを特徴とした燃料電池システム。