(57)【要約】【課題】鉛直方向への装置の大型化を抑制した上で、折り返し流路での凝縮水の滞留を防ぎ、効率的な反応を行うことができる改質装置を提供する。【解決手段】ガス流れ方向に沿って隣接するＲＦ塔１１とＰＲＯＸ塔１２との間には、ＲＦ塔１１の下端部とＰＲＯＸ塔１２の下端部とを連結することにより、ガス流れ方向を折り返す連結部１３が形成された改質装置１において、連結部１３の最下部には、連結部１３内の物質を排出するドレイン部４２が形成され、連結部１３の底面は、ＲＦ塔１１の流出口及びＰＲＯＸ塔１２の流入口から、ドレイン部４２に向けて傾斜していることを特徴とする。【選択図】図１
2010285329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応により原材料から燃料ガスを生成する複数の反応器を有し、
前記複数の反応器は、前記反応器内におけるガス流れ方向が略鉛直方向になるように配置され、
前記複数の反応器のうち、ガス流れ方向に沿って隣接する少なくとも一組の上流側反応器と下流側反応器との間には、前記上流側反応器の下部と前記下流側反応器の下部とを連結することにより、ガス流れ方向を折り返す折り返し流路が形成された改質装置において、
前記折り返し流路の最下部には、前記折り返し流路内の物質を排出するドレインが形成され、
前記折り返し流路の底面は、前記上流側反応器の流出口及び前記下流側反応器の流入口から、前記ドレインに向けて傾斜していることを特徴とする改質装置。
【請求項２】
前記ドレインは、前記折り返し流路におけるガス流れ方向の下流端に配置されていることを特徴とする請求項１記載の改質装置。
【請求項３】
前記下流側反応器では、前記上流側反応器から供給されるガスと空気とを用いて触媒反応が行われ、
前記下流側反応器内に空気を供給する空気供給部は、
前記下流側反応器の直下であって前記折り返し流路の底面から上方に離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の改質装置。
【請求項４】
前記複数の反応器の状況を把握し、前記ドレインに備えられた排出弁を開閉する制御部を備え、
前記制御部は、
前記複数の反応器の温度が所定値よりも低下したとき、
前記複数の反応器が停止したとき、
前記複数の反応器が始動したとき、
のうち少なくとも１つの場合に、前記排出弁を開くことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、炭化水素系の燃料（例えば、メタノールやガソリン、天然ガス等）や空気等が混合された混合ガス（原材料）を改質装置によって水素リッチな改質ガス（燃料ガス）に改質し、この改質ガスと酸化剤ガス（例えば、空気）とを燃料電池に供給し、発電を行う技術が知られている。改質装置は、例えばオートサーマル式の改質部や、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を変成するＣＯ変成部等の反応器を備え、これら反応器内に混合ガスを流通させることで、反応器内での化学反応により混合ガスを水素リッチな改質ガスに改質するようになっている。
【０００３】
上述した改質装置では、設置面積の縮小を図るために、鉛直方向下方から上方に向かって、燃焼部、気化部、改質・変成部及び酸化除去部等の反応器を一体的に連設し、下部（燃焼部）から鉛直方向上方（酸化除去部）に向かって混合ガスを流通させるものがある（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、改質装置全体としての占有床面積を大幅に削減することができるとされている。
しかしながら、上述した特許文献１の構成では、改質装置内で反応により発生した水蒸気が、改質装置の始動時や停止時、低出力時等における温度低下に伴って凝縮され、凝縮水となって下方に配置された燃焼部等に滞留するという問題がある。その結果、暖機に要するエネルギの一部が燃焼部内に残留する凝縮水の気化熱として消費され、改質装置の効率が低下する等の問題がある。
【０００４】
そこで、上述した問題に対処するために、例えば特許文献２に示されるように、鉛直方向上方から下方に向かって改質部、熱交換機構、変成機構及び気液分離機構等の反応器を一列に連設し、上部（改質部）から鉛直方向下方（気液分離機構）に向かって混合ガスを流通させる構成が提案されている。
この構成によれば、改質装置内で生成された凝縮水は、最下部に配置された気液分離機構に捕集されるため、改質部や熱交換機構に凝縮水が残存することを防止できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２６００１号公報
【特許文献２】特開２００４−３４５９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１，２の構成では、各反応器のガス流れ方向が鉛直方向となる、いわゆる縦置き構造で各反応器が積層されているため、装置の鉛直方向における高さが比較的大きくなる。そのため、高さ制約のある場所での設置が難しいという問題がある。
【０００７】
このような問題に対して、改質装置を折り返し構造とすることも考えられる。この場合、改質装置内に供給される混合ガスは、一段目の反応器内を鉛直方向上方から下方に向かって流通した後、連通管を通ることでガス流れ方向が折り返され、二段目の反応器内を鉛直方向下方から上方に向かって流通することになる。
しかしながら、この構成では各反応器内で生成された凝縮水が、連通管等の流路内に滞留し、流路が凝縮水によって遮られる虞がある。その結果、改質ガスの流路断面積が減少して、反応器に効率的に改質ガスが供給されなくなり、改質装置の効率が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、鉛直方向への装置の大型化を抑制した上で、折り返し流路での凝縮水の滞留を防ぎ、効率的な反応を行うことができる改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の改質装置は、化学反応により原材料から燃料ガスを生成する複数の反応器を有し、前記複数の反応器は、前記反応器内におけるガス流れ方向が略鉛直方向になるように配置され、前記複数の反応器のうち、ガス流れ方向に沿って隣接する少なくとも一組の上流側反応器（例えば、実施形態におけるＲＦ塔１１）と下流側反応器（例えば、実施形態におけるＰＲＯＸ塔１２）との間には、前記上流側反応器の下部と前記下流側反応器の下部とを連結することにより、ガス流れ方向を折り返す折り返し流路（例えば、実施形態における連結部１３）が形成された改質装置（例えば、実施形態における改質装置１）において、前記折り返し流路の最下部には、前記折り返し流路内の物質を排出するドレイン（例えば、実施形態におけるドレイン部４２）が形成され、
前記折り返し流路の底面（例えば、実施形態における勾配部５０）は、前記上流側反応器の流出口及び前記下流側反応器の流入口から、前記ドレインに向けて傾斜していることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、各反応器で生成され、折り返し流路の底面上に落下した凝縮水は、上流側反応器の流出口及び下流側反応器の流入口上流端から折り返し流路の底面上をドレインに向かって流通することになる。これにより、折り返し流路の全方向から凝縮水（物質）を速やかに排出することができるため、装置の鉛直方向の高さを縮小した上で、折り返し流路における凝縮水の滞留を防ぐことができる。
その結果、鉛直方向への装置の大型化を抑制した上で、改質装置を安定して稼動させることができるとともに、改質装置の性能を維持することができる。
【００１１】
また、前記ドレインは、前記折り返し流路におけるガス流れ方向の下流端に配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、折り返し流路におけるガス流れ方向の下流端にドレインが配置されているので、折り返し流路を流通するガス流れ方向と凝縮水の流通方向とが一致することになる。これにより、折り返し流路を流通する凝縮水は、上流側反応器で生成された改質ガスによって押し流されるようにしてドレインに案内されることになる。
したがって、ドレインに向けて凝縮水をスムーズに排出することができるため、折り返し流路での凝縮水の滞留を確実に防ぐことができる。
【００１２】
また、前記下流側反応器では、前記上流側反応器から供給されるガスと空気とを用いて触媒反応が行われ、前記下流側反応器内に空気を供給する空気供給部（例えば、実施形態における空気供給部４８）は、前記下流側反応器の直下であって前記折り返し流路の底面から上方に離間した位置に配置されていることを特徴とする。
各反応器では、経時劣化等によって各反応器の触媒部から触媒粉が剥離し、剥離した触媒粉が折り返し流路上に滞留する場合がある。触媒粉が折り返し流路上に滞留した状態で反応器を作動し続けると、上流側反応器から排出されるガス及び空気供給部から供給される空気（酸素）とが触媒粉のところで反応してしまい逆火が発生し、改質装置の性能が低下する虞がある。
これに対して、本発明の構成によれば、折り返し流路に滞留する触媒粉は、折り返し流路を流通する凝縮水とともにドレインに向けて排出されることになる。そのため、折り返し流路での触媒粉の滞留を防止することができ、逆火の発生を防止することができる。
しかも、空気供給部が折り返し流路の底面から上方に離間した位置に配置されているため、折り返し流路に触媒粉が滞留していたとしても、空気供給部から供給される空気と触媒粉との接触を防止して、逆火の発生を確実に防止することができる。
【００１３】
また、前記複数の反応器の状況を把握し、前記ドレインに備えられた排出弁を開閉する制御部（例えば、実施形態における制御部５１）を備え、前記制御部は、前記複数の反応器の温度が所定値よりも低下したとき、前記複数の反応器が停止したとき、前記複数の反応器が始動したとき、のうち少なくとも１つの場合に、前記排出弁を開くことを特徴とする。
改質装置が定常状態にある場合は系内温度が十分に高いため、凝縮水の生成量は非常に少ない。そのため、改質装置が定常状態にある場合に排出弁を開放すると、各反応器で生成された改質ガスが不必要に排出弁から排出される可能性がある。一方、各反応器の始動時や、停止時、系内温度低下時においては、改質ガス中の水蒸気が凝縮して大量の凝縮水が生成される可能性がある。
そこで、本発明の構成によれば、凝縮水が大量に生成されるタイミングでドレインの排出弁を開放することで、反応器で生成されたガスを不必要に放出させずに、凝縮水のみを効率的に排出弁から排出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各反応器で生成され、折り返し流路の底面上に落下した凝縮水は、上流側反応器の流出口及び下流側反応器の流入口上流端から折り返し流路の底面上をドレインに向かって流通することになる。これにより、折り返し流路の全方向から凝縮水（物質）を速やかに排出することができるため、装置の鉛直方向の高さを縮小した上で、折り返し流路における凝縮水の滞留を防ぐことができる。
その結果、鉛直方向への装置の大型化を抑制した上で、改質装置を安定して稼動させることができるとともに、改質装置の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における改質装置の側断面図である。
【図２】本発明の実施形態における改質装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
（改質装置）
図１は改質装置の側断面図であり、図２は改質装置の上面図である。
図１，２に示すように、改質装置１は、例えば、メタノールやガソリン、天然ガス等の炭化水素（ＨＣ）系の燃料を、空気及び水蒸気を用いて改質することにより、水素リッチな改質ガスを生成して、この改質ガスを図示しない燃料電池に供給するものである。
【００１７】
改質装置１は、燃料、空気及び水蒸気からなる混合ガスを改質して改質ガスを生成するＲＦ（リフォーマー改質）塔１１と、ＲＦ塔１１で生成された改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去するためのＰＲＯＸ（一酸化炭素選択酸化）塔１２と、これらＲＦ塔１１とＰＲＯＸ塔１２とを下部で連結する連結部（折り返し流路）１３とを備えている。また、改質装置１におけるＲＦ塔１１の上流側には、燃料、空気及び水等の原料の供給源（不図示）と、供給源よりも下流側に設けられた蒸発器（不図示）とが設けられ、供給源から供給される燃料、空気及び水が蒸発器内を流通することで、加熱されて気化された後、混合ガスとなってＲＦ塔１１に供給される。
【００１８】
ＲＦ塔（上流側反応器）１１は、例えばオートサーマル式の触媒部を備え、軸線方向を鉛直方向に一致させた状態で配置された円筒形状に形成されている。ＲＦ塔１１には、ＲＦ塔１１の上流に配置された蒸発器から混合ガスが供給され、ＲＦ塔１１の最上部から下方に向かって鉛直方向に沿って流通するようになっている。
【００１９】
ＰＲＯＸ塔（下流側反応器）１２は、一酸化炭素選択酸化式の触媒部を備え、軸線方向を鉛直方向に一致させた状態で配置された円筒形状に形成されている。すなわち、ＰＲＯＸ塔１２とＲＦ塔１１とは、水平面に沿って並んで配列され、互いの軸線方向が平行になるように配置されている。ＰＲＯＸ塔１２には、ＲＦ塔１１で改質された改質ガスが連結部１３を通って供給されるようになっており、ＰＲＯＸ塔１２の下部から上方に向かって鉛直方向に沿って改質ガスが流通するようになっている。
【００２０】
ここで、連結部１３は、ＲＦ塔１１とＰＲＯＸ塔１２との下部に連結され、主にＲＦ塔１１で改質された改質ガスがＰＲＯＸ塔１２に向けて流通する流路を構成している。すなわち、ＲＦ塔１１内を鉛直方向下方に向かって流通する改質ガスは、ＲＦ塔１１の流出口（下端部）から連結部１３内に流出する。そして、改質ガスは、連結部１３を通ることでガス流れ方向が折り返され、ＰＲＯＸ塔１２の流入口（下端部）からＰＲＯＸ塔１２内に供給され、ＰＲＯＸ塔１２内を鉛直方向上方に向かって流通することになる。
具体的に、連結部１３は、ＲＦ塔１１の流出口に接続されたＲＦベース部２１と、ＰＲＯＸ塔１２の流入口に接続されたＰＲＯＸベース部３１と、これらベース部２１，３１を架け渡す連通管４１と、ＲＦ塔１１及びＰＲＯＸ塔１２で生成される凝縮水や後述する触媒粉等が排出されるドレイン４２とを備えている。
【００２１】
ＲＦベース部２１は、ジョイント部２３と、ジョイント部２３の下部に形成されたテーパ部２４とを主に備えている。
ジョイント部２３は、上端部にＲＦ塔１１の下端部（流出口）が固定される一方、下端部にテーパ部２４が接続された円筒状の部材であり、テーパ部２４とＲＦ塔１１との間を連結している。
テーパ部２４は、下方に向けて外径が漸次先細るテーパ形状に形成されている。テーパ部２４の下端部には、下方に向けて延出する足部２５が形成されており、この足部２５を介してＲＦベース部２１が地面に設置されている。テーパ部２４内には、ＲＦベース部２１を閉塞するように底面２６が形成される。底面２６は、ＲＦ塔１１からＰＲＯＸ塔１２に供給される改質ガスのガス流れ方向における、上流側から下流側（図１中左側から右側）にかけて下方に向けて傾斜している。この場合、水平面に対する底面２６の傾斜角は、θに設定されている。
【００２２】
一方、ＰＲＯＸベース部３１は、上述したＲＦ塔１１のテーパ部２４と同様に、テーパ部３２を備えている。テーパ部３２は、上端部に上述したＰＲＯＸ塔１２の下端部（流入口）が固定される一方、下方に向かうにつれ外径が漸次先細るように形成されている。そして、テーパ部３２の下端部には、下方に向けて延出する足部３３が形成されており、この足部３３を介してＰＲＯＸベース部３１が地面に設置される。テーパ部３２内には、テーパ部３１を閉塞するように底面３５が形成されている。底面３５は、上述した底面２６と同様に、ガス流れ方向の上流側から下流側（図１中左側から右側）にかけて傾斜角θで下方に向けて傾斜している。
【００２３】
連通管４１は、上流端がＲＦベース部２１におけるテーパ部２４の周面に接続される一方、下流端がＰＲＯＸベース部３１におけるテーパ部３２の周面に接続され、各ベース部２１，３１間を連通させている。すなわち、テーパ部２４における連通管４１との接続位置には、ＲＦベース部２１内における最下部（底面２６上におけるガス流れ方向の下流端）で開口し、連通管４１内に改質ガスを流入させるための導入口４１ａが形成されている。一方、テーパ部３２における連通管４１との接続位置には、ＰＲＯＸベース部３１内における最上部（底面３５上におけるガス流れ方向の上流端）で開口し、連通管４１内を流通した改質ガスをＰＲＯＸベース部３１内に排出する排出口４１ｂが形成されている。
【００２４】
また、連通管４１は、改質装置１のガス流れ方向における下流側に向かうにつれ（ＲＦベース部２１からＰＲＯＸベース部３１に向かうにつれ）、下方に向かって傾斜するように形成されている。この場合、水平面に対する連通管４１の傾斜角はθに設定されている。すなわち、連通管４１は、ＲＦベース部２１及びＰＲＯＸベース部３１の底面２６，３５と同等に傾斜しており、これら連通管４１の最下部と底面２６，３５とは、側面視においてガス流れ方向における上流端から下流端に向かって、傾斜角θで連続的に傾斜した勾配部５０を構成している。
【００２５】
ドレイン部４２は、勾配部５０（連通管４１及び底面２６，３５）上を流通する凝縮水を排出するためのドレイン管４５と、ドレイン管４５から排出される凝縮水が貯留可能な凝縮水貯留部４６とを備えている。
ドレイン管４５は、上流端がテーパ部３２下部の周面に接続される一方、下流端が凝縮水貯留部４６に接続されている。具体的に、ドレイン管４５は、勾配部５０の最下部かつ下流端、すなわちＰＲＯＸベース部３１における底面３５の下流端（図１中右端）からテーパ部３２内に連通するように接続されている。なお、ドレイン管４５の上流側は、下流側にかけて下方に向けて傾斜した傾斜部４７が形成されている。
【００２６】
凝縮水貯留部４６は、その内部に図示しないフロート付バルブ（排出弁）が設けられている。なお、フロート付バルブとは、凝縮水貯留部４６内の下面に形成された排出口（不図示）を開閉可能とされたフロート（不図示）を備えている。そして、ドレイン管４５から凝縮水貯留部４６に排出された凝結水が、凝縮水貯留部４６内に所定量貯留された時点で、フロートを浮き上がらせて排出口が開放されることで、排出口から水分のみが排出されるものである。また、フロート付バルブは、フロートの浮き上がり動作によらず排出口を開閉できるよう電磁力で排出口を開放できるようになっている。
【００２７】
また、改質装置１は、凝縮水貯留部４６の排出口の開閉制御（フロートの動作）を行うための制御部５１を備えている。
制御部５１は、改質装置１内での凝縮水の生成量が多い場合、すなわち反応器１１，１２（ＲＦ塔１１及びＰＲＯＸ塔１２）の温度が所定値よりも低下したとき、反応器１１，１２が停止したとき、及び反応器１１，１２が始動したときのうち、少なくとも１つの場合に排出口の開動作を行うようになっている。制御部５１による排出口の開閉制御については、後述する。また、制御部５１による制御で全ての弁開閉動作を行うようにするため、上述のフロート付バルブを廃し、フロートの無い開閉式の電磁弁を用いてもよい。
【００２８】
テーパ部３２上部の周面には、ＰＲＯＸ塔１２を間に挟んでＲＦ塔１１の反対側から空気供給部４８が接続されている。空気供給部４８は、上流側がＰＲＯＸ塔１２の側方でＰＲＯＸ用空気の供給源に接続されている一方、下流側の開口部がテーパ部３１内を水平方向に沿って延出し、テーパ部３１の径方向中心に至る位置に配置されている。したがって、空気供給部４８の開口位置は、ＰＲＯＸ塔１２の直下であって、ＰＲＯＸベース部３１の底面３５から鉛直方向上方に所定距離Ｓだけ離間配置されている。この所定距離Ｓは、ＲＦ塔１１やＰＲＯＸ塔１２から剥離した触媒粉Ｋが底面３５に滞留している場合に、この触媒粉Ｋと空気供給部４８から供給されるＰＲＯＸ用空気とが接触しない高さに設定されていることが好ましい。
【００２９】
（改質装置の動作方法）
次に、上述した改質装置１の動作方法について説明する。
まず、供給源からＲＦ塔１１に向けて供給される原料は、蒸発器内で気化された後、混合ガスとなってＲＦ塔１１内に供給される。
【００３０】
ＲＦ塔１１内に供給された混合ガスは、ＲＦ塔１１の上端側から下方に向けて鉛直方向に沿って流通する（図１中Ｌ１参照）。この際、ＲＦ塔１１では、始めに燃料と空気との間で部分酸化が積極的に行われ、その後部分酸化により発生した熱を吸熱して、燃料と水蒸気とが改質反応が行われる。これにより、ＲＦ塔１１を流通した混合ガスは、水素リッチな改質ガスに改質されることになる。
【００３１】
ＲＦ塔１１の下流端まで流通した改質ガスは、ＲＦベース部２１内を下方に沿って流通し、底面２６まで到達した後、改質ガスのガス流れ方向が略９０度屈曲され、底面２６上を下流側に向かって流通する。すなわち、改質ガスが底面２６上に沿って流通することで、改質ガスのガス流れ方向を連通管４１内に向けて案内することができる。そして、連通管４１に向けて流通する改質ガスは、連通管４１の導入口４１ａから連通管４１内に流入し、連通管４１内の排出口４１ｂからＰＲＯＸベース部３１内に流出する。
【００３２】
ＰＲＯＸベース部３１内に流出した改質ガスは、ＰＲＯＸベース部３１内を上方に沿って流通する。そして、改質ガスは、底面３５から所定距離Ｓ離れた所で、空気供給部４８から吐出されるＰＲＯＸ用空気と混合された後、ＰＲＯＸ塔１２内に供給される（図１中Ｌ２）。このように、改質装置１内を流通する改質ガスは、連結部１３内でガス流れ方向が折り返されており、ＲＦ塔１１とＰＲＯＸ塔１２とを流通する改質ガスのガス流れ方向は互いに逆方向になっている。
【００３３】
ＰＲＯＸ塔１２内に供給された改質ガス及びＰＲＯＸ用空気は、ＰＲＯＸ塔１２内を鉛直方向上方に沿って流通する。この際、改質ガス中に含まれる一酸化炭素とＰＲＯＸ用空気中に含まれる酸素とが一酸化炭素選択酸化式の触媒部によって酸化除去される。これにより、ＰＲＯＸ塔１２を流通した改質ガスは、一酸化炭素が除去された水素リッチな改質ガスとなる。その後、改質ガスは、アノードガスとして燃料電池（不図示）に供給され、燃料電池にて発電に供されることになる。
【００３４】
ところで、改質装置１では、特に始動時や、停止時、温度低下（出力低下）時等において、各反応器１１，１２内で化学反応により発生した水蒸気が凝縮され凝縮水として生成される。そして、各反応器１１，１２内で生成された凝縮水は、各反応器１１，１２から連結部１３の底面２６，３５上に向けて落下する。底面２６，３５上に落下した凝縮水が連通管４１内等の流路内に滞留すると、連結部１３内の流路が凝縮水によって遮られて流路断面積が減少し、改質装置１の効率が低下する等の問題がある。
【００３５】
これに対して、本実施形態では、勾配部５０（底面２６，３５及び連通管４１）がガス流れ方向における上流側から下流側にかけて、ドレイン管４５に向かって傾斜角θで傾斜しているため、ＲＦ塔１１で生成された凝縮水は、底面２６上に落下した後、凝縮水の自重によって底面２６上を下流側に向かって流れる（図１中Ｌ３参照）。この際、凝縮水のガス流れ方向（傾斜方向）と改質ガスのガス流れ方向とが一致しているため、凝縮水は改質ガスによって押し流されるようにして下流側に向かって流通する。そして、凝縮水は、底面２６から連通管４１内に流入した後、ＰＲＯＸベース部３１の底面３５上を流れ、底面３５の下流端に接続されたドレイン管４５内に流入する。その後、ドレイン管４５内に流入した凝縮水は、凝縮水貯留部４６内に向けて排出され、凝縮水貯留部４６内に貯留される。これにより、連結部１３内での凝縮水の滞留を防ぐことができる。また、ＰＲＯＸ塔１２から底面３５上に落下した凝縮水も、凝縮水の自重及び改質ガスに押し流されることによって底面３５上をドレイン管４５に向かって流れ、ドレイン管４５を通って凝縮水貯留部４６に排出される。
【００３６】
ところで、改質装置１では、経時劣化等によって反応器１１，１２の触媒部から触媒粉Ｋが剥離し、剥離した触媒粉Ｋが連結部１３の底面２６，３５上に滞留している場合がある。触媒粉Ｋが底面２６，３５上に滞留した状態で反応器１１，１２を作動し続けると、触媒粉Ｋのところで改質ガスとＰＲＯＸ用空気（酸素）とが結びついて逆火が発生し、改質装置１の反応性能が低下する虞がある。
【００３７】
これに対して、本実施形態では、底面２６，３５上に滞留する触媒粉Ｋは、勾配部５０上を流通する凝縮水とともに下流側に向かって流通し、ドレイン管４５内を通って凝縮水貯留部４６内に向けて排出されることになる。そのため、連結部１３内での触媒粉Ｋの滞留を防止することができ、逆火の発生を防止することができる。
しかも、本実施形態では、空気供給部４８が底面３５から鉛直方向に沿って所定距離Ｓ離間した位置に配置されているため、底面３５上に触媒粉Ｋが滞留していたとしても、ＰＲＯＸ用空気と触媒粉Ｋとの接触を防止して、逆火の発生を確実に防止することができる。
【００３８】
また、凝縮水貯留部４６に貯留された凝縮水は、凝縮水貯留部４６の排出口を閉塞しているフロートが開放された時点で、排出口を通って外部に排出される。この場合、排出口から改質ガスを放出させずに、凝縮水のみを排出させるためには、排出口の開放タイミングを、凝縮水が大量に生成されるタイミングに設定することが好ましい。
【００３９】
ここで、改質装置１が定常状態にある場合は系内温度が十分に高いため、凝縮水の生成量は非常に少ない。一方、改質装置１の始動時や、停止時、系内温度低下時においては、改質ガス中の水蒸気が凝縮して大量の凝縮水が生成される。
そこで、本実施形態では、制御部５１によって凝縮水貯留部４６の排出口の開閉制御を行う。具体的には、制御部５１は、まず改質装置１が始動時や、停止時、温度低下時であるか否かを判定する。これらの判定は、各反応器１１，１２に接続された温度センサ（不図示）で検出される各反応器１１，１２の温度状況や、各反応器１１，１２への原料の供給の有無等に基づいて判定することができる。
【００４０】
そして、制御部５１は、改質装置１が始動時や、停止時、温度低下時の何れかであると判定された場合には、系内温度が低下して凝縮水が大量に生成されている可能性があると判定してフロートを浮上させる。これにより、凝縮水貯留部４６の排出口が開放され、凝縮水貯留部４６内に貯留された凝縮水のみが排出口から排出されることになる。したがって、凝縮水が大量に生成されるタイミングで凝縮水貯留部４６の排出口を開放することで、改質ガスを放出させずに凝縮水及び凝縮水貯留部４６内に排出された触媒粉Ｋのみを効率的に排出することができる。
【００４１】
このように、本実施形態では、連結部１３の最下部にドレイン管４５を設け、底面２６，３５及び連通管４１を、ドレイン管４５に向けて傾斜させる構成とした。
この構成によれば、各反応器１１，１２で生成され、底面２６，３５上に落下した凝縮水は、連結部１３内の全方向からドレイン管４５に向かって勾配部５０上を流通することになる。そして、ドレイン管４５内に流入した凝縮水は、ドレイン管４５を通って凝縮水貯留部４６内に排出されることになる。
したがって、反応器１１，１２で生成された凝縮水を速やかに排出することができるため、改質装置１の鉛直方向の高さを抑制した上で、連結部１３における凝縮水の滞留を防ぐことができる。しかも、各反応器１１，１２内のガス流れ方向が鉛直方向になるように配置するとともに、各反応器１１，１２間を折り返し構造とすることで、各反応器１１，１２のガス流れ方向を水平方向にして配置する場合に比べて、水平方向の外形も縮小することができる。
その結果、鉛直方向及び水平方向の双方への装置の大型化を抑制した上で、改質装置１を安定して稼動させることができるとともに、改質装置１において効率的な反応を行うことができる。
【００４２】
しかも、本実施形態では、勾配部５０におけるガス流れ方向の下流端にドレイン管４５が接続されているので、勾配部５０を流通するガス流れ方向と凝縮水の流通方向とが一致することになる。これにより、勾配部５０に沿って流通する凝縮水は、改質ガスによって押し流されるようにしてドレイン管４５に案内されることになる。したがって、ドレイン管４５内に凝縮水をスムーズに流入させることができるため、連結部１３内での凝縮水の滞留を確実に防ぐことができる。
【００４３】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、制御部５１によって、凝縮水貯留部４６の排出口の開閉制御を行う構成について説明したが、凝縮水貯留部４６内に凝縮水が所定量溜まった時点で、浮力によって自動的にフロートが浮き上がるように構成してもよい。
また、上述した実施形態では、連結部１３の下流端にドレイン管４５を接続する場合について説明したが、連結部１３におけるガス流れ方向の途中にドレイン管４５を設ける構成にしてもよい。この場合は、ＲＦ塔１１の流出口及びＰＲＯＸ塔１２の流入口それぞれからドレイン管４５に向かってＶ字状に傾斜する勾配部が形成されることになる。
【００４４】
上述した実施形態では制御部５１で、温度センサによる温度状況や原料供給の有無等で始動時や停止時等の状況を判定してフロート付バルブを制御しているが、改質装置の規模等によっては、温度センサの温度のみを用いてバルブを制御し、排出口の開放を行うように構成してもよい。  また、ＲＦ塔１１での改質方法は、オートサーマル式に限らず、水蒸気改質等でのよいことは言うまでもない。
【００４５】
また、上述した実施形態では、原料の改質を行うためにＲＦ塔１１とＰＲＯＸ塔１２とを利用する構成について説明したが、これに加えて例えば、改質ガス中に含まれる一酸化炭素を、二酸化炭素（ＣＯ２）に変成するための水性ガスシフト式のＣＯ変成部を設けても構わない。この場合、ＣＯ変成部は、ＲＦ塔１１またはＰＲＯＸ塔１２の上部または下部に積層してもよく、あるいはＲＦ塔１１の上流側またはＰＲＯＸ塔１２の下流側の流路を折り返してＣＯ変成部に改質ガスを供給するような構成にしても構わない。
さらに、ＲＦ塔１１とＰＲＯＸ塔１２との間に、熱交換器を設ける構成にしても構わない。
【符号の説明】
【００４６】
１…改質装置  １１…ＲＦ塔（前段反応器）  １２…ＰＲＯＸ塔（後段反応器）  １３…連結部（折り返し領域）  ４２…ドレイン部（ドレイン）  ４８…空気供給部  ５０…勾配部  ５１…制御部
【図１】
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【図２】
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