(57)【要約】【課題】従来の多重円筒型水蒸気改質器における諸問題点を解決し、低コスト化を図ってなる多重円筒型水蒸気改質器を得る。【解決手段】第１円筒体と第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、第２円筒体と第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、第３円筒体と第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、ＣＯ変成触媒層の下面を第２円筒体側から第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項２】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項３】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項４】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させ、且つ、
（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層が位置する前記第２円筒体の外周のうち中央部に邪魔板を配置してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項５】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項６】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項７】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を、前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて、その断面をヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項８】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を、前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成するとともに、その上面を、前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、前記ＣＯ変成触媒層が、当該ＣＯ変成触媒層のうち、その下部が高温ＣＯ変成触媒層であり、その上部が低温ＣＯ変成触媒層であることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項１０】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第４円筒体について、その上部の径を下部の径より大きくし、その間に下部から上部に向けて傾斜をもつように構成し、
（ｅ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記第２円筒体と前記第４円筒体との間に介在させた仕切多孔板により、高温ＣＯ変成触媒層と低温ＣＯ変成触媒層との二層に分け、
（ｇ）両ＣＯ変成触媒層のうち、高温ＣＯ変成触媒層について、その下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて断面＼状からこれに続く横線―状に構成し、高温ＣＯ変成触媒層と低温ＣＯ変成触媒層の境界面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面＼状に構成し、且つ、低温ＣＯ変成触媒層の上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面＼状に構成してなることを特徴とする燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、前記第１円筒体の内側に隙間を置いて輻射筒を配置し、前記第１円筒体と当該輻射筒との間の隙間をバーナからの燃焼ガスの流路としてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池用円筒型水蒸気改質器おいて、各燃料電池用円筒型水蒸気改質器が上下逆置きに設置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器であることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原燃料の円筒型水蒸気改質器にＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層を一体化した多重円筒型水蒸気改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の燃料水素の製造法の一つとして原燃料の水蒸気改質法が知られており、水蒸気改質法では水蒸気改質器が用いられる。
【０００３】
本明細書中、改質用に水蒸気改質器に供給する燃料を“原燃料”と称している。原燃料としてはメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、都市ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）、天然ガス、ガソリン、灯油、その他の炭化水素（２種以上の炭化水素の混合物を含む）が使用される。それらにアルコール類やエーテル類が混合されていてもよい。
【０００４】
図１６は、原燃料の処理からＰＥＦＣに至るまでの態様例を説明する図である。水蒸気改質器は、概略、バーナあるいは燃焼触媒を配置した燃焼部（加熱部）とＮｉ系、Ｒｕ系等の改質触媒を配置した改質部により構成される。改質部では原燃料を水蒸気と反応させて水素リッチな改質ガスが生成される。改質部で起こる反応は大きな吸熱を伴うので、反応の進行のためには外部からの熱が必要であり、４００〜６８０℃程度の温度が必要である。なお、定常運転は例えば６６０℃と言うように設定される。このため燃焼部での燃料ガスの空気による燃焼により発生した燃焼熱（ΔＨ）が改質部に供給される。
【０００５】
都市ガスやＬＰガスには漏洩保安を目的とする付臭剤として硫黄化合物が添加され、また、ガソリンや灯油などには、原油からの精製プロセスで脱硫しきれなかった微量の硫黄化合物が含まれている。改質触媒は、それらの硫黄化合物により被毒して性能劣化を来すので、原燃料はそれらの硫黄化合物を除去するために脱硫器へ導入される。次いで、別途設けられた水蒸気発生器からの水蒸気を混合して水蒸気改質器へ導入され、水蒸気改質器中での原燃料の水蒸気による改質反応により水素リッチな改質ガスが生成される。
【０００６】
原燃料が例えばメタンである場合の改質反応は「ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2」で示される。生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸気、二酸化炭素（ＣＯ2）のほか、一酸化炭素（ＣＯ）が副生して８〜１５％（容量％、以下％について同じ）程度含まれている。ＰＥＦＣに供給する燃料水素中のＣＯ含有量は１００ｐｐｍ（容量ｐｐｍ、以下ｐｐｍについて同じ）程度が限度であり、これを超えると電池性能が著しく劣化するので、ＣＯ成分はＰＥＦＣへ導入する前にできる限り除去する必要がある。
【０００７】
このため改質ガスは、副生ＣＯを二酸化炭素に変えて除去するためにＣＯ変成器に導入される。ＣＯ変成器では銅−亜鉛系や白金系等の触媒が用いられる。ＣＯ変成反応は発熱反応であるが、その触媒を機能させるには２２０〜３３０℃程度（適温２００〜２５０℃程度の触媒などもある）の温度が必要である。ＣＯ変成器中での反応は「ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2」で示され、この反応で必要な水蒸気としては水蒸気改質器において未反応の残留水蒸気が利用される。
なお、ＣＯ変成触媒を機能させる温度は、その有効作動温度のことであるが、本明細書では適宜「適温」との用語で説明している。
【０００８】
ＣＯ変成器から出る改質ガスは、未反応のメタンと余剰水蒸気を除けば、水素と二酸化炭素とからなっている。このうち水素が目的とする成分であるが、ＣＯ変成器を経て得られる改質ガスについても、ＣＯは完全には除去されず、微量のＣＯが含まれている。このため、改質ガスはＣＯ変成器によりＣＯ濃度を１％程度以下まで低下させた後、ＣＯ除去器に導入される。
【０００９】
ＣＯ除去器ではＣＯ変成器を経た改質ガスに空気等の酸化剤ガスが添加され、ＣＯの選択的酸化反応（ＣＯ＋１/２Ｏ2＝ＣＯ2）により、ＣＯを１００ｐｐｍ程度以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下というように低減させる。ＣＯ除去器の作動温度は１３０〜１７０℃程度（なお、ＣＯ除去触媒の適温１００〜１５０℃程度の触媒もある）である。こうして精製された水素がＰＥＦＣの燃料極に供給される。
【００１０】
ところで、水蒸気改質器にＣＯ変成器、ＣＯ除去器をＣＯ変成触媒層、ＣＯ除去触媒層として一体化した多重円筒型水蒸気改質器が開発されている（特許文献１〜３、等）。
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ ０２/０９８７９０ Ａ１
【特許文献２】特開２００２−１８７７０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２３２６１１号公報
【００１２】
図１７は、そのように一体化した多重円筒型水蒸気改質器の一例を説明する図で、その縦断面を示している。なお、縦断面を示している点は、後述図１〜１５、図１７〜１８についても同じである。図１７のとおり、同心状に間隔を置いて配置された順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２及び第３円筒体３からなる複数の円筒体と、第１円筒体１の周方向中心部に配置されたバーナ７と、第１円筒体１と第２円筒体２により周方向に区画された隙間に原燃料と水及び／又は水蒸気の混合流の予熱層１４と改質触媒層１６を備えている。バーナ７は上蓋兼バーナ取り付け台８に取付けられる。第２円筒体２と第３円筒体３により周方向に区画された隙間に、第２円筒体２の下端で反転させた改質ガスの流路２０が形成されている。
【００１３】
第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３より径を大きくした第４円筒体４を配置し、第２円筒体２と第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４を設ける。第３円筒体３の上端部と第４円筒体４の下端部との間には板体２１を配置する。板体２１の上に間隔を置いてガス流通用の複数の孔を有する支持板２２を配置し、支持板２２の上にＣＯ変成触媒層２４を配置し、ＣＯ変成触媒層２４の上にガス流通用の複数の孔を有する仕切板２５を配置する。第２円筒体２の外周と第４円筒体４との間に仕切板２５に対して間隔を置いて板体２７を配置する。
【００１４】
板体２１は、第３円筒体３の直径に相当する部分は第３円筒体３で占められるのでドーナツ状の板体であり、また支持板２１と仕切板２５と板体２７とは、第３円筒体３の直径に相当する部分は第３円筒体３で占められるのでドーナツ状の板体である。支持板２１、仕切板２５は金属製等の網目体で構成してもよく、この場合には網目体の網目がガス流通孔となる。改質ガス流路２０を流通した改質ガスは、支持板２１に設けられた多数の孔を経てＣＯ変成触媒層２４に供給される。
【００１５】
ＣＯ変成触媒層２４に続き、第４円筒体４に続く第５円筒体５と第２円筒体２との間にＣＯ除去触媒層３２を配置する。なお、ＣＯ除去触媒層３２は第２円筒体２と第４円筒体４との間に配置してもよい。この場合には第５円筒体５は不要であり、ＣＯ除去用空気供給管４４は第４円筒体４の側部に配置される。
【００１６】
予熱層１４は、その内部に棒材１５が螺旋状に配置され、これにより予熱層１４の内部に連続した螺旋状のガス通路が形成されている。原燃料と水及び／又は水蒸気の混合流は予熱層１４に供給され、その混合流を加熱する。水の場合には加熱されて気化し、さらに加熱される。予熱層１４で加熱された原燃料と水蒸気の混合流は改質触媒層１６に導入され、ここでの改質反応により改質ガスを生成する。改質ガスは、改質ガス流路２０に流入し、ＣＯ変成触媒層２４、ＣＯ除去触媒層３２を経て導管４５から取り出される。
【００１７】
この多重円筒型水蒸気改質器は上下逆に配置しても使用される。この点、以下で述べるいずれの多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。上下逆置きに設置する場合には、第２円筒体２の上端で反転させた改質ガス流路２０が形成される。
【００１８】
また、図１８に示すように、多重円筒型水蒸気改質器では、符号６で示すように、第１円筒体１の内側に隙間を置いて輻射筒を配置し、第１円筒体１と当該輻射筒６との間の隙間をバーナ７からの燃焼ガスの流路１０としてもよい。バーナ７での燃焼ガスは、輻射筒６の下端で折り返して、燃焼ガス流路１０中を上方へ流通し、燃焼排ガス排出管４１から排出される。多重円筒型水蒸気改質器が上下逆置きの場合には、バーナ７での燃焼ガスは、輻射筒６の上端で折り返して、輻射筒６と第１円筒体１との間を下方へ流れる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、そのような一体型多重円筒型水蒸気改質器においては、従来、改質触媒層１６よりもＣＯ変成触媒層２４の方が外側の周方向が太くなる（周方向の幅が大きくなる）ように構成されている。その理由は、（ａ）改質触媒に比べてＣＯ変成触媒が量的に多く必要であること、（ｂ）改質触媒層での改質反応は吸熱反応であることから加熱のために伝熱面積を多くする、つまりその伝熱面を広くする必要があるため、円筒管を軸方向に伸ばし、内管との接触面積を多くとる必要があることによるものと考えられる。
【００２０】
また、一体型多重円筒型水蒸気改質器を家庭用に実用化するにはできる限りコンパクトにする必要があるが、それをコンパクトに収めるには、その高さをできるだけ低くする必要がある。その高さを低くするためには、使用量が最も多いＣＯ変成触媒層を周方向に広げることが有利になるが、ＣＯ変成触媒を適温に維持するためにバーナを設置した内側から熱を与える必要があることから、周方向に広げれば広げるほど、ＣＯ変成触媒層外側の温度は放熱によって、同じ高さの位置の内側の温度に比べて低くなってしまう。また、ＣＯ変成触媒層の内側の側には原燃料と水及び／又は水蒸気の混合流の予熱層が設置されていることから、ＣＯ変成触媒層の内側の温度が低くなってしまう。
【００２１】
すなわち、ＣＯ変成触媒層の高さ（縦方向の長さ）が同じ高さでは、内側から外側に向けて、温度が低→高→低となってしまい、同じ高さの或る一箇所を基準に適温となるようにすると、２２０〜３３０℃の温度から外れてしまう箇所が生じてしまう。そのように適温から外れると、当該外れ領域では殆どＣＯ変成反応は起らず、その領域のＣＯ変成触媒が無駄になってしまうという問題があった。
【００２２】
また、予熱層１４に水及び／又は水蒸気のうち水を供給する場合、予熱層１４が位置する部位の第１円筒体１と第２円筒体２のうち第２円筒体２の側が、予熱層１４を流れる水によって局所的に冷やされる。そうすると、第２円筒体２の外周（ＣＯ変成触媒層のうち内側）に位置するＣＯ変成触媒がその適温より低くなって触媒機能が発揮できず、その分ＣＯ変成触媒が無駄になり、コスト高となってしまう。以上の問題点は、本発明者らが実機レベルの一体型多重円筒型水蒸気改質器を作製し、作動して観察したものである。
【００２３】
本発明は、従来の多重円筒型水蒸気改質器における以上の諸問題点を解決するとともに、低コスト化を図ってなる、原燃料の円筒型水蒸気改質器にＣＯ変成触媒層とＣＯ除去触媒層を一体化した多重円筒型水蒸気改質器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明（１）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００２５】
本発明（２）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第３円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００２６】
本発明（３）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００２７】
本発明（４）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させ、且つ、
（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層が位置する前記第２円筒体の外周のうち中央部に邪魔板を配置してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００２８】
本発明（５）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００２９】
本発明（６）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００３０】
本発明（７）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を、前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて、その断面をヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００３１】
本発明（８）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層の下面を、前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成するとともに、その上面を、前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００３２】
本発明（１）〜（８）の各燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、ＣＯ変成触媒層は、当該ＣＯ変成触媒層のうち、その下部を高温ＣＯ変成触媒層とし、その上部を低温ＣＯ変成触媒層とすることができる。
【００３３】
本発明（９）は、
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体、第２円筒体、第３円筒体、第３円筒体の上部に当該第３円筒体の径より大きい径の第４円筒体からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
（ｂ）前記第１円筒体と前記第２円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
（ｃ）前記第２円筒体と前記第３円筒体により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
（ｄ）前記第４円筒体について、その上部の径を下部の径より大きくし、その間に下部から上部に向けて傾斜をもつように構成し、
（ｅ）前記第２円筒体と前記第４円筒体との間にＣＯ変成触媒層及びＣＯ除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記第２円筒体と前記第４円筒体との間に介在させた仕切多孔板により、高温ＣＯ変成触媒層と低温ＣＯ変成触媒層との二層に分け、
（ｇ）両ＣＯ変成触媒層のうち、高温ＣＯ変成触媒層について、その下面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて断面＼状からこれに続く横線―状に構成し、高温ＣＯ変成触媒層と低温ＣＯ変成触媒層の境界面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面＼状に構成し、且つ、低温ＣＯ変成触媒層の上面を前記第２円筒体側から前記第４円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面＼状に構成してなることを特徴とする燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。
【００３４】
本発明（１）〜（９）の各燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器において、第１円筒体の内側に隙間を置いて輻射筒を配置し、第１円筒体と当該輻射筒との間の隙間をバーナからの燃焼ガスの流路とした構造を採ることができる。
【００３５】
本発明（１）〜（９）の各燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器は上下逆置きに設置してもよい。この点は、上記のように第１円筒体の内側に隙間を置いて輻射筒を配置し、第１円筒体と当該輻射筒との間の隙間をバーナからの燃焼ガスの流路とした構造を採る多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、燃料電池用円筒型水蒸気改質器のＣＯ変成触媒層の下部及び／又は上部に水平方向に傾斜を持たせること等により、当該ＣＯ変成触媒層内における温度分布を均一化してＣＯ変成触媒を適温の範囲に収めることができる。これにより、従来の円筒型水蒸気改質器のＣＯ変成触媒層では無駄になっていた分のＣＯ変成触媒を無くすか、より少なくして、従来と同じ性能を維持しながらその使用量を少なくし、コスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明（１）〜（９）の各実施形態、構造について説明する。以下において、本発明（１）〜（９）に共通する事項については主として本発明（１）の箇所で説明しているが、他の箇所においても適宜説明している。
【００３８】
〈本発明（１）の態様〉
本発明（１）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図１は本発明（１）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図１中の符号である。
【００３９】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体１により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体側４に向けて下方へ傾斜させてなること。
【００４０】
図１のとおり、ＣＯ変成触媒層２４は第２円筒体２と第４円筒体４との間に配置される。ＣＯ変成触媒層２４の下面は多孔板２２１により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は多孔板２５により支持されている。そして、本発明（１）においては、図１に示すように、ＣＯ変成触媒層２４の下面の多孔板２２１を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させて構成する。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させた構造とする。
【００４１】
その傾斜により、改質ガスは、ＣＯ変成触媒層２４へその傾斜面に流入し、ＣＯ変成触媒層２４中を第４円筒体４の内周面に向かう流れが加わることになり、また、第４円筒体４の内周面に衝突、反転して向きを変え、従来構造の縦方向の流れに対して斜め方向の流れ（つまり、そのベクトルとして横方向の流れ）が加わることになる。
【００４２】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。その際、ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて下方へ傾斜しているので、改質ガスはその傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
多孔板２２１の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００４３】
バーナ７からの燃焼ガスは、図１中矢印で示すように第１円筒体１の下部の板体９に向けて流れ、板体９の手前で折り返して第１円筒体１の内周に沿って上方へ流れながら順次、改質触媒層１６、原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４を加熱し、燃焼排ガス排出管４１から排出される。
【００４４】
〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉
図１に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器において、図２に示すように、ＣＯ変成触媒層２４は、当該ＣＯ変成触媒層２４のうち、その下部を高温ＣＯ変成触媒層２４（Ｘ）とし、その上部を低温ＣＯ変成触媒層２４（Ｙ）とすることができる。図２中、符号Ｗはその境界を示している。低温ＣＯ変成触媒の例としてはＣｕ／Ｚｎ系などがあり、高温ＣＯ変成触媒の例としてはＰｔ系やＦｅ／Ｃｒ系、Ｆｅ／Ａｌ系などがあるが、これらに限定されない。高温ＣＯ変成触媒は少なくとも３５０℃以上で連続して使用できる。
【００４５】
高温ＣＯ変成触媒層２４（Ｘ）と低温ＣＯ変成触媒層２４（Ｙ）との境界Ｗ（１点鎖線で示す）が水平になるように配置してもよく、両層の境界が傾斜を持つように配置してもよい。その傾斜は多孔板２２１の傾斜と同じにしてもよく異ならせてもよい。図２には、そのうち、高温ＣＯ変成触媒層２４（Ｘ）と低温ＣＯ変成触媒層２４（Ｙ）との境界Ｗが水平になるように配置した場合を示している。
【００４６】
その境界Ｗに多孔板や網目体を配置してもよいが、必須ではない。多孔板や網目体を配置しない場合には、例えば粒状高温ＣＯ変成触媒、粒状低温ＣＯ変成触媒を充填する際に、まず高温ＣＯ変成触媒を充填し、その上に低温ＣＯ変成触媒を充填することで行うことができる。ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様は、本発明（２）〜（９）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００４７】
〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉
また、図１に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器において、図３に示すように、第１円筒体１の内側に隙間を置いて輻射筒６を配置し、第１円筒体１と当該輻射筒６との間の隙間をバーナ７からの燃焼ガスの流路とすることができる。輻射筒６は上蓋兼バーナ取付台８に取付けられ、その下端は底板９との間に間隔を置いて配置する。輻射筒６を配置した態様では、バーナ７での燃焼ガスは、輻射筒６の下端で折り返して、輻射筒６と第１円筒体１との間を上方へ流通し、燃焼排ガス管４１から排出される。第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様は、本発明（２）〜（９）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００４８】
〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉
また、図１〜３に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器は、上下逆置きに配置することができる。図４は、その態様例として図１に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器を例に、これを逆にした場合を示す図である。図４のとおり、多重円筒型水蒸気改質器の各部材がすべて逆となり、図２のようにＣＯ変成触媒層２４を高温ＣＯ変成触媒層２４（Ｘ）と低温ＣＯ変成触媒層２４（Ｙ）とする場合には、高温ＣＯ変成触媒層２４（Ｘ）が上部に、低温ＣＯ変成触媒層２４（Ｙ）が下部になる。
【００４９】
多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置した場合には、図４のとおり、バーナ７での燃焼ガスは、第１円筒体１の底板９の手前で折り返して第１円筒体１の内側に沿って下方へ流通しながら順次、改質触媒層１６、原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４を加熱し、燃焼排ガス管４１から排出される。
【００５０】
なお、上下逆置きに配置した場合には、例えば、底板９、１９は上板となり、上蓋兼バーナ取付台８は下蓋兼バーナ取付台となるが、本明細書では底板９、１９、上蓋兼バーナ取付台８との用語を使用して説明している。この点、上下逆置きに配置した場合に関係する他の部材についても同様である。多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様は、本発明（２）〜（９）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００５１】
〈本発明（２）の態様〉
本発明（２）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図５は本発明（２）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図５中の符号である。
【００５２】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の上面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させてなること。
【００５３】
図５のとおり、ＣＯ変成触媒層２４は第２円筒体２と第４円筒体４との間に配置される。ＣＯ変成触媒層２４の下面は多孔板２２により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は多孔板２５１により支持されている。そして、ＣＯ変成触媒層２４の上面の多孔板２５１を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させる。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた構造とする。
【００５４】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。その際、ＣＯ変成触媒層２４の上面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて上方へ傾斜しているので、ＣＯ変成触媒層２４の下面から流入する改質ガスは、ＣＯ変成触媒層２４中をその傾斜した上面に向けて流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。多孔板２５１の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向をその傾斜した上面に向けて流通させ、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００５５】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（２）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００５６】
〈本発明（３）の態様〉
本発明（３）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図６は本発明（３）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図６中の符号である。
【００５７】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させてなること。
【００５８】
図６のとおり、ＣＯ変成触媒層２４は第２円筒体２と第４円筒体４との間に配置される。ＣＯ変成触媒層２４の下面は多孔板２２１により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は多孔板２５１により支持されている。そして、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させて構成とする。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させた構造とするとともに、ＣＯ変成触媒層２４の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた構造とする。
【００５９】
多孔板２２１の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができ、また、多孔板２５１の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向をその傾斜した上面に向けて流通させ、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００６０】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。その際、ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜し、ＣＯ変成触媒層２４の上面が第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜しているので、改質ガスはその傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入し、且つ、ＣＯ変成触媒層２４の傾斜した下面から流入した改質ガスは、ＣＯ変成触媒層２４中をその傾斜した上面に向けて流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
【００６１】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（３）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００６２】
〈本発明（４）の態様〉
本発明（４）は、下記（ａ）〜（ｆ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図７は本発明（４）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｆ）において各部材や構成に付している符号は図７中の符号である。
【００６３】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させ、且つ、
（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層２４が位置する前記第２円筒体２の外周のうち中央部に邪魔板５０を配置してなること。
【００６４】
本発明（４）は、本発明（３）の燃料電池用円筒型水蒸気改質器に対して、（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層２４が位置する前記第２円筒体２の外周のうち中央部に邪魔板５０を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
【００６５】
図７のとおり、ＣＯ変成触媒層２４は、その下面が第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜した多孔板２２１により支持され、その上面が第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた多孔板２５１により支持されている。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させた構造とするとともに、ＣＯ変成触媒層２４の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた構造とする。
【００６６】
そして、ＣＯ変成触媒層２４が位置する第２円筒体２の外周のうち中央部に邪魔板５０を配置する。ここで、ＣＯ変成触媒層２４が位置する第２円筒体２の外周のうち中央部とは、ＣＯ変成触媒層２４は第２円筒体２外周のうち上下方向に所定幅で区画されているが、その上下幅（ＣＯ変成触媒層２４のＣＯ変成触媒が第２円筒体２に接する上下方向の長さ）のうち中央部の意味であり、正に中央の位置である場合のほか、上下に幾分ずれてもよい。また、邪魔板５０は、第２円筒体２の外周から第４円筒体４へ向けて所定の幅を持つ形状であり、第２円筒体２の直径に相当する部分は第２円筒体２で占められるのでドーナツ状の板体である。
【００６７】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて下方へ傾斜し、ＣＯ変成触媒層２４の上面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて上方へ傾斜しているので、改質ガスはその傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入し、邪魔板５０と第４円筒体４との間を経て、ＣＯ変成触媒層２４中をその傾斜した上面に向けて流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
【００６８】
そして、本発明（４）においては、ＣＯ変成触媒層２４中での改質ガスの流れ方向は、邪魔板５０により、本発明（３）に比べて第４円筒体４側へ変位し、且つその流路は、邪魔板５０により幅狭となっているので、これによっても改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をさらに均一化することができる。第２円筒体２の外周から第４円筒体４へ向けての邪魔板５０の前記「所定の幅」は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をさらに均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。この点以外で、本発明（３）と共通する事項については本発明（３）の態様と同様である。
【００６９】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（４）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。そのうち、本発明（４）の多重円筒型水蒸気改質器において輻射筒を配置した態様を図８に示している。バーナ７での燃焼ガスは、輻射筒６の下端で折り返して、輻射筒６と第１円筒体１との間を上方へ流通し、燃焼排ガス管４１から排出される。
【００７０】
〈本発明（５）の態様〉
本発明（５）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図９は本発明（５）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図９中の符号である。
【００７１】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させてなること。
【００７２】
図９のとおり、ＣＯ変成触媒層２４の下面は第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜した多孔板２２１により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させた多孔板２５５により支持されている。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させた構造とするとともに、ＣＯ変成触媒層２４の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて下方へ傾斜させた構造とする。
【００７３】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて下方へ傾斜し、ＣＯ変成触媒層２４の上面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて下方へ傾斜しているので、改質ガスはその傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入し、第２円筒体２と第４円筒体４との間を経て、ＣＯ変成触媒層２４中をその傾斜した下面に向けて流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
【００７４】
多孔板２２１の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができ、また、多孔板２５５の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向をその傾斜した下面に向けて流通させ、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００７５】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（５）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００７６】
〈本発明（６）の態様〉
本発明（６）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図１０は本発明（６）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図１０中の符号である。
【００７７】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させてなること。
【００７８】
図１０のとおり、ＣＯ変成触媒層２４の下面は第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜した多孔板２２５により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた多孔板２５１により支持されている。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた構造とするとともに、ＣＯ変成触媒層２４の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて上方へ傾斜させた構造とする。
【００７９】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて上方へ傾斜し、ＣＯ変成触媒層２４の上面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて上方へ傾斜しているので、改質ガスはその傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入し、ＣＯ変成触媒層２４中をその傾斜した下面に向けて流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
【００８０】
多孔板２２５の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができ、また、多孔板２５１の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向をその傾斜した上面に向けて流通させ、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００８１】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（６）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００８２】
〈本発明（７）の態様〉
本発明（７）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図１１は本発明（７）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図１１中の符号である。
【００８３】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を、前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて、その断面をヘ字状に構成してなること。
【００８４】
図１１のとおり、ＣＯ変成触媒層２４の下面は多孔板２２９により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は多孔板２５により支持されている。そして、ＣＯ変成触媒層２４の下面の多孔板２２９を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状に構成する。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状の構造とする。
【００８５】
ここで、多孔板２２９についてその断面ヘ字状とは、図１１に示すように、多孔板２２９を縦方向に切断したとき、第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けての断面の形状がへ字状であることを意味し、第２円筒体２と第４円筒体４との間でその断面を持つ多孔板２２９が円環状に配置される。なお、当該断面ヘ字状は“断面∧状”とも言えるが、本明細書では断面ヘ字状と記載している。これらの点は、後述〈本発明（８）の態様〉における多孔板２２９、多孔板２５９の断面ヘ字状についても同様である。
【００８６】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状に傾斜しているので、改質ガスは、その傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入し、第２円筒体２の外面と第４円筒体４の内面に向けてＣＯ変成触媒層２４内を流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
【００８７】
多孔板２２９の断面ヘ字状の傾斜の程度、すなわちその頂部から左右両側への傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００８８】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（７）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００８９】
〈本発明（８）の態様〉
本発明（８）は、下記（ａ）〜（ｅ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図１２は本発明（８）の態様を説明する図で、下記構成（ａ）〜（ｅ）において各部材や構成に付している符号は図１２中の符号である。
【００９０】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｅ）前記ＣＯ変成触媒層２４の下面を、前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて、その断面ヘ字状に構成するとともに、その上面を、前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて、その断面ヘ字状に構成してなること。
【００９１】
図１２のとおり、ＣＯ変成触媒層２４の下面は多孔板２２９により支持され、ＣＯ変成触媒層２４の上面は多孔板２５９により支持されている。そして、ＣＯ変成触媒層２４の下面の多孔板２２９を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状に構成し、ＣＯ変成触媒層２４の上面の多孔板２５９を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状に構成する。これにより、ＣＯ変成触媒層２４の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状の構造とし、ＣＯ変成触媒層２４の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面ヘ字状の構造とする。
【００９２】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、ＣＯ変成触媒層２４に供給される。ＣＯ変成触媒層２４の下面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて断面ヘ字状に傾斜し、ＣＯ変成触媒層２４の上面が第２円筒体２側から第４円筒体側に向けて断面ヘ字状に傾斜しているので、改質ガスは、その傾斜した下面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４に流入し、第２円筒体２の外面と第４円筒体４の内面に向けてＣＯ変成触媒層２４内を流通し、さらにＣＯ変成触媒層２４中をその傾斜した上面に向けて流通するので、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化することができる。
【００９３】
多孔板２２９の断面ヘ字状の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができ、また、多孔板２５９の断面ヘ字状の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れをその傾斜した上面に向けて流通させ、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【００９４】
前述〈本発明（１）の態様〉の箇所で説明した〈ＣＯ変成触媒層に高温ＣＯ変成触媒及び低温ＣＯ変成触媒を配置する態様〉、〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉及び〈多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する態様〉については、本発明（８）の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
【００９５】
〈本発明（９）の態様〉
本発明（９）は、下記（ａ）〜（ｇ）の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図１３〜１５は本発明（９）の態様を説明する図で、そのうち図１４は、図１３中その一部を拡大して示した図である。下記構成（ａ）〜（ｇ）において各部材や構成に付している符号は図１３〜１５中の符号である。
【００９６】
（ａ）同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、第３円筒体３の上部に当該第３円筒体３の径より大きい径の第４円筒体４からなる複数の円筒体と、前記第１円筒体１の周方向中心部に上端から配置されたバーナ７とを備え、
（ｂ）前記第１円筒体１と前記第２円筒体２により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層１４とするとともに、下部の隙間に改質触媒層１６を備え、
（ｃ）前記第２円筒体２と前記第３円筒体３により周方向に区画された隙間に当該第２円筒体２の下端で反転させた改質ガス流路２０を構成し、且つ、
（ｄ）前記第４円筒体４について、その上部の径を下部の径より大きくし、その間に下部から上部に向けて傾斜Ｚをもつように構成し、
（ｅ）前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間にＣＯ変成触媒層２４及びＣＯ除去触媒層３２を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
（ｆ）前記ＣＯ変成触媒層を、前記第２円筒体２と前記第４円筒体４との間に介在させた仕切多孔板６０により、高温ＣＯ変成触媒層２４１と低温ＣＯ変成触媒層２４２との二層に分け、
（ｇ）両ＣＯ変成触媒層のうち、高温ＣＯ変成触媒層２４１について、その下面を前記第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて断面＼状からこれに続く横線―状に構成し、高温ＣＯ変成触媒層２４１と低温ＣＯ変成触媒層２４２の境界面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて横線―状からこれに続く断面＼状に構成し、且つ、低温ＣＯ変成触媒層２４２の上面を前記第２円筒体２側から前記第４円筒体４側に向けて横線―状からこれに続く断面＼状に構成してなること。
【００９７】
図１３〜１５のとおり、ＣＯ変成触媒層２４は第２円筒体２と第４円筒体４との間に配置されるが、本発明（９）においては、ＣＯ変成触媒層２４を、第２円筒体２と第４円筒体４との間に介在させた仕切多孔板６０により、高温ＣＯ変成触媒層２４１と低温ＣＯ変成触媒層２４２との二層に分ける。
【００９８】
そして、高温ＣＯ変成触媒層２４１の下面の多孔板２３０を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて「断面＼状１０１」からこれに続く「断面横線―状１０２」に構成し、高温ＣＯ変成触媒層２４１と低温ＣＯ変成触媒層２４２の境界面の仕切多孔板６０を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて「断面横線―状１０３」からこれに続く「断面＼状１０４」に構成し、且つ、低温ＣＯ変成触媒層２４２の上面の多孔板２６０を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて「断面横線―状１０５」からこれに続く「断面＼状１０６」に構成する。
【００９９】
これにより、（ア）高温ＣＯ変成触媒層２４１の下面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて「断面＼状」からこれに続く「断面横線―状」の構造とし、（イ）高温ＣＯ変成触媒層２４１の上面と低温ＣＯ変成触媒層２４２の下面との境界を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて「断面横線―状」からこれに続く「断面＼状」の構造とし、且つ、（ウ）低温ＣＯ変成触媒層２４２の上面を第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けて「断面横線―状」からこれに続く「断面＼状」の構造とする。
【０１００】
本多重円筒型水蒸気改質器において、改質触媒層１６で生成した改質ガスは、第２円筒体２の下端で反転して改質ガス流路２０を流通し、高温ＣＯ変成触媒層２４１に供給される。その際、改質ガスは、高温ＣＯ変成触媒層２４１の下面である第２円筒体２側から第４円筒体側に向けた「断面＼状」の傾斜面と、これに続く「断面横線―状」の面に向けて流れてＣＯ変成触媒層２４１に流入する。
【０１０１】
そして、高温ＣＯ変成触媒層２４１に流入した改質ガスは、高温ＣＯ変成触媒層２４１と低温ＣＯ変成触媒層２４２との境界面である、第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けた「断面横線―状」の面と、これに続く「断面＼状」の傾斜面に向けて流れる。さらに、改質ガスは、その境界面から、低温ＣＯ変成触媒層２４２に流入し、その上面である第２円筒体２側から第４円筒体４側に向けた「断面横線―状」の面と、これに続く「断面＼状」の傾斜面に向けて流れる。
【０１０２】
このように、本多重円筒型水蒸気改質器においては、改質触媒層１６で生成した改質ガスが、高温ＣＯ変成触媒層２４１中、これに続く低温ＣＯ変成触媒層２４２中を流れる際に、斜め方向へ、縦方向へと曲折して流れることになるので、高温ＣＯ変成触媒層２４１、これに続く低温ＣＯ変成触媒層２４２の周方向の温度分布をより均一化することができる。本多重円筒型水蒸気改質器の構造における各「断面＼状」の傾斜の程度、「断面横線―状」の面の周方向の幅は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、ＣＯ変成触媒層２４の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
【０１０３】
〈第１円筒体の内側に輻射筒を配置する態様〉
本発明（９）においても、本発明（１）〜（８）の多重円筒型水蒸気改質器と同様、図１５に示すように、第１円筒体１の内側に隙間を置いて輻射筒６を配置し、第１円筒体１と当該輻射筒６との間の隙間をバーナ７からの燃焼ガスの流路とすることができる。この場合には、バーナ７での燃焼ガスは、輻射筒６の下端で折り返して、輻射筒６と第１円筒体１との間を上方へ流通し、燃焼排ガス排出管４１から排出される。
【実施例】
【０１０４】
実験例を基に本発明をさらに説明するが、本発明が実験例に限定されないことはもちろんである。
【０１０５】
〈実験例１〜５〉
実験例１〜５は、図１８（従来構造）の多重円筒型水蒸気改質器、図８〔本発明（４）の構造〕の多重円筒型水蒸気改質器、図１５〔本発明（９）の構造〕の多重円筒型水蒸気改質器について、各部位における温度分布に係る実験を行った。
【０１０６】
実験用として、それら図１８の構造（従来構造）、図８の構造〔本発明（４）〕、図１５の構造〔本発明（９）〕を持つ多重円筒型水蒸気改質器をそれぞれ作製した。
【０１０７】
改質触媒層の改質触媒として作動温度４００〜６８０℃のＲｕ系触媒を使用し、ＣＯ変成触媒層の低温ＣＯ変成触媒として作動温度２２０〜３３０℃の銅−亜鉛系触媒を使用し、高温ＣＯ変成触媒として作動温度２９０〜４５０℃の鉄−クロム系触媒を使用し、ＣＯ除去触媒層のＣＯ除去触媒として作動温度１３０〜１７０℃のＲｕ系触媒を使用した。
【０１０８】
低温ＣＯ変成触媒は、図１８の構造（従来構造）の多重円筒型水蒸気改質器、図８の構造〔本発明（４）〕の多重円筒型水蒸気改質器のＣＯ変成触媒層用として使用し、図１５の構造〔本発明（９）〕の多重円筒型水蒸気改質器の低温ＣＯ変成触媒として使用した。高温ＣＯ変成触媒は、図１５の構造〔本発明（９）〕の多重円筒型水蒸気改質器における高温ＣＯ変成触媒層用として使用した。
【０１０９】
各構造の多重円筒型水蒸気改質器を作動し、定常運転となった時点におけるＣＯ変成触媒層中、ＣＯ除去触媒層中における各部位における温度分布を計測した。温度計測部位は、図１８、図８、図１５中“・実験例における熱電対配置箇所”として示している。
【０１１０】
原燃料には脱硫済み都市ガス（１３Ａ）を用い、バーナ用燃料ガスとして都市ガス（１３Ａ）を使用した。他の実験条件、実験結果は表１〜５のとおりである。
【０１１１】
表１〜２は、図１８の構造（従来構造）である本発明適用前の多重円筒型水蒸気改質器についての実験条件、実験結果であり、表１と表２は原燃料流量、純水流量を変えて実施したもので、それぞれ従来構造（その１）、従来構造（その２）としている。
表３は、本発明の多重円筒型水蒸気改質器である図８の構造〔本発明（４）〕の多重円筒型水蒸気改質器についての実験条件、実験結果である。
表４〜５は、図１５の構造〔本発明（９）〕の多重円筒型水蒸気改質器についての実験条件、実験結果であり、表４と表５は原燃料流量、純水流量を変えて実施したもので、それぞれ本発明（９）の構造（その１）、本発明（９）の構造（その２）としている。
【０１１２】
〈図１８〔従来構造（その１）〕〉
表１のとおり、従来構造（その１）では、ＣＯ変成触媒層入口部のうち、内側で３１５.７℃、中央部で３２３.８℃、外側で２８４．８℃であり、ＣＯ変成触媒の適温２２０〜３３０℃の範囲内である。しかし、ＣＯ変成触媒層中間部の内側で１７４.７℃、外側で２１２．９℃であり、また、ＣＯ変成触媒層出口部では内側、中央部、外側共にＣＯ変成触媒の適温の下限２２０℃を下回っている。ＣＯ変成触媒の適温２２０〜３３０℃の範囲内にあるのは、ＣＯ変成触媒層入口部とＣＯ変成触媒層中間部の中央部の４箇所だけである。
【０１１３】
【表１】
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【０１１４】
【表２】
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【０１１５】
【表３】
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【０１１６】
〈図１８〔従来構造（その２）〕〉
表２のとおり、従来構造（その２）では、ＣＯ変成触媒の適温２２０〜３３０℃の範囲内にあるのは、ＣＯ変成触媒層入口部の外側と、ＣＯ変成触媒層中間部の中央部及び外側との３箇所だけである。ＣＯ変成触媒層入口部では内側、中央部共にＣＯ変成触媒の適温の上限３３０℃を上回り、ＣＯ変成触媒層出口部では内側、中央部、外側共にＣＯ変成触媒の適温の下限２２０℃を下回っている。
【０１１７】
〈図８〔本発明（４）の構造〕〉
表３のとおり、本発明（４）の構造では、ＣＯ変成触媒層入口部のうち、内側で２９６．７℃、中央部で３２９.７℃、外側で３０５.９℃であり、ＣＯ変成触媒の適温２２０〜３３０℃の上限３３０℃を下回り、ＣＯ変成触媒の適温の範囲内にある。また、ＣＯ変成触媒層中間部１とＣＯ変成触媒層中間部２の６箇所のうち、ＣＯ変成触媒層中間部２の内側の１箇所を除きＣＯ変成触媒の適温の範囲内にある。ＣＯ変成触媒層出口部では内側、中央部、外側共にＣＯ変成触媒の適温の下限２２０℃を下回っている。
【０１１８】
〈従来構造と本発明（４）の構造との対比〉
本発明（４）の構造での結果を従来構造（その１）〜（その２）での結果と比べると、本発明（４）の構造では、従来構造に比べて適温域が広く、内側の側へも広がっている。前述のとおり、第２円筒体２の側は予熱層１４を流れる水によって局所的に冷やされるが、本発明（４）の構造では、第２円筒体２の外周（ＣＯ変成触媒層のうち内側）に位置するＣＯ変成触媒を含む広い範囲で適温になり、無駄になるＣＯ変成触媒域がより少なくなったことを示している。
【０１１９】
【表４】
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【０１２０】
【表５】
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【０１２１】
〈図１５〔本発明（９）の構造〕〉
表４のとおり、本発明（９）の構造においては、高温ＣＯ変成触媒層入口部では内側、中央部、外側共に、高温ＣＯ変成触媒の作動温度（適温）２９０〜４５０℃の範囲内にある。また、低温ＣＯ変成触媒層入口部、低温ＣＯ変成触媒層中間部の内側、中央部は共に低温ＣＯ変成触媒の適温２２０〜３３０℃の範囲内であり、低温ＣＯ変成触媒層入口部の外側、低温ＣＯ変成触媒中間部の外側については、それぞれ２１９.２℃、１９４.４℃とその適温に近い温度である。
【０１２２】
表５のとおり、高温ＣＯ変成触媒層入口部では内側、中央部、外側共に、高温ＣＯ変成触媒の作動温度（適温）２９０〜４５０℃の範囲内にある。また、低温ＣＯ変成触媒層入口部の内側、中央部、外側、低温ＣＯ変成触媒層中間部の内側、中央部は共に低温ＣＯ変成触媒の適温２２０〜３３０℃の範囲内であり、低温ＣＯ変成触媒層出口部の内側、中央部、外側については、それぞれ２００．３℃、１８１．３℃、１８５．３℃と、低温ＣＯ変成触媒の適温に近い温度である。
【０１２３】
このように、本発明（９）の構造では、適温域が広く、適温域が内側の側へも広がっている。前述のとおり、第２円筒体２の側は予熱層１４を流れる水によって局所的に冷やされるが、本発明（９）の構造では、第２円筒体２の外周（ＣＯ変成触媒層のうち内側）に位置するＣＯ変成触媒を含む広い範囲で適温になり、無駄になるＣＯ変成触媒域がより少なくなることを示している。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明（１）の態様を説明する図
【図２】本発明（１）の態様を例にし、ＣＯ変成触媒層を高温ＣＯ変成触媒層と低温ＣＯ変成触媒層とで構成する態様を説明する図
【図３】本発明（１）の態様を例にし、輻射筒６を有する本発明の態様を説明する図
【図４】本発明（１）の態様を例にし、多重円筒型水蒸気改質器を上下逆置きに配置する本発明の態様を説明する図
【図５】本発明（２）の態様を説明する図
【図６】本発明（３）の態様を説明する図
【図７】本発明（４）の態様を説明する図
【図８】本発明（４）の態様（輻射筒６を有する）を説明する図
【図９】本発明（５）の態様を説明する図
【図１０】本発明（６）の態様を説明する図
【図１１】本発明（７）の態様を説明する図
【図１２】本発明（８）の態様を説明する図
【図１３】本発明（９）の態様を説明する図
【図１４】本発明（９）の態様を説明する図
【図１５】本発明（９）の態様（輻射筒６を有する）を説明する図
【図１６】原燃料の処理からＰＥＦＣに至るまでの態様例を説明する図
【図１７】従来構造のＣＯ変成触媒層、ＣＯ除去触媒層を一体化した多重円筒型水蒸気改質器を説明する図
【図１８】輻射筒６を配置した従来構造のＣＯ変成触媒層、ＣＯ除去触媒層を一体化した多重円筒型水蒸気改質器を説明する図
【符号の説明】
【０１２５】
１〜５  第１円筒体〜第５円筒体
６  輻射筒
７  バーナ
８  上蓋兼バーナ取付台
９  第２円筒体２の底板
１０  燃焼ガスの流路
１４  原燃料と水及び／又は水蒸気との混合流の予熱層
１５  螺旋状棒材
１６  改質触媒層
１９  第３円筒体３の底板
２０  改質ガス流路
２４  ＣＯ変成触媒層
３２  ＣＯ除去触媒層
４１  燃焼排ガス排出管
４２  水及び／又は水蒸気導入管
４３  原燃料導入管
４４  空気供給管
４５  改質ガス導出管
５０  邪魔板
６０  仕切多孔板
２４（Ｘ）、２４１  高温ＣＯ変成触媒層
２４（Ｙ）、２４２  低温ＣＯ変成触媒層
Ｗ  高温ＣＯ変成触媒層２４（Ｘ）と低温ＣＯ変成触媒層２４（Ｙ）との境界
２２１、２２５  ＣＯ変成触媒層の下面の傾斜多孔板
２５１、２５５  ＣＯ変成触媒層の上面の傾斜多孔板
２２９  ＣＯ変成触媒層の下面の断面ヘ字状の多孔板
２５９  ＣＯ変成触媒層の上面の断面ヘ字状の多孔板
２３０  高温ＣＯ変成触媒層２４１の下面の多孔板
２６０  低温ＣＯ変成触媒層２４２の上面の多孔板
Ｚ  第４円筒体４の傾斜                                                                                
【図１】
2010138037.tif 000008
【図２】
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【図３】
2010138037.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010138037.tif 000013
【図７】
2010138037.tif 000014
【図８】
2010138037.tif 000015
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010138037.tif 000023
【図１７】
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【図１８】
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