(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質水を蒸発させて原料ガスと水蒸気とを混合させる蒸発部と、水蒸気と混合された前記原料ガスを改質触媒に通して水素混合ガスを生成する改質部と、前記水素混合ガスを変成触媒に通して一酸化炭素を除去する変成部と、前記改質部に熱を供給する燃焼部と、を具備し、
前記蒸発部は、漏斗状の傾斜面部に沿って延伸する螺旋状の流路を有し、加熱された前記流路を流れる前記改質水と前記原料ガスとが混合され、
前記蒸発部は、前記漏斗状の傾斜面部の一面側を覆う第１部材と、前記傾斜面部の他面側を覆い、前記第１部材と同心状に重ねられる第２部材と、を具備し、
前記流路は、前記第１部材と前記第２部材との間隙により形成される、
燃料処理装置。
【請求項２】
前記第１部材は、漏斗状に傾斜した傾斜面部を有し、
前記第２部材は、螺旋状に延伸する凹状溝が形成された凹凸面を有し、
前記流路は、前記傾斜面部と前記凹状溝とに囲まれた空間により形成される、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項３】
前記第２部材は前記第１部材の重力方向の下側に重ねられる、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項４】
前記凹状溝は、前記凹状溝が延伸する方向に垂直な断面における前記凹状溝の両端が、前記凹状溝の中央部よりも、重力方向に高くなるように配置されている、
請求項２に記載の燃料処理装置。
【請求項５】
前記第１部材は、前記第２部材に対向する側に螺旋状に延伸する第１の凹状溝が形成された第１凹凸面を有し、
前記第２部材は、前記第１部材に対向する側に螺旋状に延伸する第２の凹状溝が形成された第２凹凸面を有し、
前記流路は、前記第１の凹状溝と前記第２の凹状溝とに囲まれた空間により形成される、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項６】
前記第１部材および前記第２部材のうちの少なくとも第２部材は、金属をプレス加工して形成されている、
請求項２に記載の燃料処理装置。
【請求項７】
前記第１部材および前記第２部材のうちの少なくとも第２部材は、金属をプレス加工して形成されている、
請求項５に記載の燃料処理装置。
【請求項８】
前記第１部材と前記第２部材とは、前記螺旋状の流路に沿ってロウ付けされている、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項９】
前記漏斗状の傾斜面部は、前記螺旋状の流路の螺旋中心軸に対して１５°〜７５°の傾き角度を有する、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１０】
前記改質部は、互いに同心状に配置される内筒および外筒と、前記内筒と前記外筒との間に形成される前記改質触媒の収容空間と、を有し、
前記内筒は前記第１部材と一体化され、前記外筒は前記第２部材と一体化されている、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１１】
前記改質部は、前記収容空間の一端側に設けられる前記改質触媒の投入口と、前記投入口に接合されて前記投入口を覆う蓋とを有し、
前記第１部材と前記第２部材とは前記漏斗状の傾斜面の外周部で接合され、
前記投入口および前記蓋は、前記改質部における前記蒸発部の反対側に配置されている、
請求項１０に記載の燃料処理装置。
【請求項１２】
前記蒸発部における前記漏斗状の傾斜面部で包囲された領域に設置された前記改質水の供給タンクをさらに有する、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１３】
前記傾斜面部に沿って設けられた熱伝導部と、前記熱伝導部に前記傾斜面部を挟んで対向して配置され、前記熱伝導部と熱交換を行う触媒反応部と、をさらに有し、
前記触媒反応部は、触媒が充填されており、かつ処理対象のガスが流されるように構成され、
前記触媒反応部は、上流側の流路断面積より下流側の流路断面積の方が大きく形成され、
前記触媒反応部および前記熱伝導部は、重力方向に進むに従って開口径が小さくなる漏斗状の前記傾斜面部に沿って環状に形成され、
前記傾斜面部に沿って、かつ前記開口径が大きくなる方向に、前記触媒反応部を流体が流れる、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項１４】
前記熱伝導部は、前記蒸発部を構成し、
前記触媒反応部には、前記原料ガスを改質した後の水素混合ガスから不要成分を除去する変成触媒または選択酸化触媒が充填されている、
請求項１３に記載の燃料処理装置。
【請求項１５】
前記触媒反応部の触媒充填空間は、前記傾斜面に垂直な方向の厚みが略一定に形成されている、
請求項１３に記載の燃料処理装置。
【請求項１６】
前記触媒反応部の触媒充填空間は、前記傾斜面に垂直な方向の厚みが、前記漏斗状の傾斜面部の開口径の大きい側が前記開口径の小さい側より厚く形成されている、
請求項１３に記載の燃料処理装置。
【請求項１７】
前記触媒反応部には、前記触媒が投入される投入口と、前記投入口に接合されて前記投入口を塞ぐ蓋と、が設けられ、
前記投入口および前記蓋は、前記触媒反応部における重力方向の下側に配置されている、
請求項１３に記載の燃料処理装置。
【請求項１８】
前記蓋は、水平方向に広がる面で触媒充填空間を仕切っている、
請求項１７に記載の燃料処理装置。
【請求項１９】
一端が外側に延出する傾斜部Ａと、前記傾斜部Ａの前記一端に連通する内筒フランジ形状部を備え、前記燃焼部を包囲する有底の内筒と、
一端が外側に延出する傾斜部Ｂと、前記傾斜部Ｂの前記一端に連通する中筒フランジ形状部を備え、前記内筒を包囲する中筒と、
前記内筒および前記中筒を包囲し、一端が外側に延出する傾斜部Ｃを有する有底の外筒と、を有し、
前記蒸発部は、前記傾斜部Ａと前記傾斜部Ｂとの間に形成され、
前記改質部は、前記内筒の下部と前記中筒の下部との間に形成され、
前記変成部は、前記傾斜部Ｂと前記傾斜部Ｃとの間に形成され、
前記内筒または前記中筒は、前記内筒フランジ形状部または前記中筒フランジ形状部までを、１枚の金属板をプレス絞り加工することによって一体的に作製され、全周溶接部を有さない、
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項２０】
前記内筒および前記中筒は、それぞれ内筒フランジ形状部と中筒フランジ形状部までを、１枚の金属板をプレス絞り加工することによって一体的に作製され、全周溶接部を有さない、
請求項１９に記載の燃料処理装置。
【請求項２１】
前記内筒に包囲され、前記燃焼部を構成する燃焼筒をさらに有し、
前記燃焼筒は、一端が外側に延出する傾斜部Ｄと、前記傾斜部Ｄの前記一端に連通する燃焼筒フランジ形状部を備え、
前記燃焼筒は、前記燃焼筒フランジ形状部までを、１枚の金属板をプレス絞り加工することによって一体的に作製され、全周溶接部を有さない、
請求項１９に記載の燃料処理装置。
【請求項２２】
前記傾斜部Ｂには、前記蒸発部の流路を構成する凹凸が成形されている、
請求項１９に記載の燃料処理装置。
【請求項２３】
前記傾斜部Ａには、前記蒸発部の流路を構成する凹凸が成形されている、
請求項１９に記載の燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスから水素ガスを生成する燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、炭化水素化合物を主成分とした原料ガスから水素ガスを生成して発電スタックへ供給する燃料処理装置が知られている。
【０００３】
一般に、燃料処理装置は、蒸発部、改質部、変成部および燃焼部を具備して構成される。蒸発部は、改質水を蒸発させて原料ガスと水蒸気とを混合させる。改質部は、水蒸気と混合した原料ガスを改質触媒に通して水素混合ガスへ改質する。変成部は、水素混合ガスを変成触媒に通して一酸化炭素を除去する。燃焼部は、改質部を反応に適した温度にするために改質部に熱を供給する。蒸発部では、燃焼部の排ガスの熱および変成部の反応熱が供給されて改質水を蒸発させるために利用される。
【０００４】
従来の燃料処理装置においては、特許文献１、２に示されるように、中央に燃焼部が配置され、燃焼部を改質部、蒸発部および変成部の各々が環状に囲う構成が採用されることがある（特許文献１および２参照）。改質部、蒸発部、変成部を環状の構成とすることで、これらを平らに構成した場合と比較して、各部の温度分布をより均一にすることができる。
【０００５】
また、従来の燃料処理装置においては、原料ガスと改質ガスとを流す流路として、環状の蒸発部に螺旋状の流路が形成されるのが一般的である（特許文献１および２参照）。螺旋状の流路は、寸胴の内筒と、これと同心状に重ねられる寸胴の外筒との間に間隙として形成される。流路を螺旋状とすることで、燃料処理装置の高さを長くしなくても、流路長を長くして原料ガスと水蒸気とを十分に混合することができる。
【０００６】
特許文献２には、本発明に関連する技術として、ＣＯ除去触媒層を環状に設けるとともに、ガスをＣＯ除去触媒層の中央側から外周側へ放射状に流す構成が開示されている（特許文献２参照）。このＣＯ除去触媒層においては、触媒の隔壁の一部を傾斜させることで、触媒の沈降によるガスの短絡経路の発生を防止し、また、ガスの入口側の流速を遅くしている（特許文献２参照）。
【０００７】
従来の燃料処理装置は、燃焼部を覆う内筒と、内筒を覆う中筒と、中筒を覆う外筒とを基本構造部材とする（特許文献３〜１１参照）。これらの筒は、金属板を成型したり、成型された金属板同士を溶接したりして得る。
【０００８】
また、原料ガスと改質ガスとを流す流路の流路断面積を変化させたり（特許文献１２参照）、蒸発部の流路に原料ガスと改質ガスを供給するための予熱蒸発部の流路を傾けることが提案されている（特許文献１３参照）。
【０００９】
さらに、燃料処理装置においては、変成部または選択酸化部などの発熱を伴う触媒反応部を冷却する構成が設けられることがある。例えば、外部から供給される酸素含有ガスの通路の一部をシフト部（変成部に相当）に近接させて、シフト部の冷却を行う構成が開示されている（特許文献１４参照）。また、ＣＯ変成層とＣＯ除去触媒層との周囲に冷却管を設けて、これらを冷却する構成が開示されている（特許文献１５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３２７４０７号公報
【特許文献２】特許第４８８００８６号公報
【特許文献３】特開２００７−３３１９８５号公報
【特許文献４】特開２００６−０９６５９７号公報
【特許文献５】特開２００９−２７４９３８号公報
【特許文献６】特開２００１−１９９７０３号公報
【特許文献７】米国特許公開第２００４／０１４４０２９号明細書
【特許文献８】米国特許公開第２００７／０１５１１５２号明細書
【特許文献９】米国特許公開第２００４／０１１５４９４号明細書
【特許文献１０】米国特許公開第２０１０／０２０２９３８号明細書
【特許文献１１】特許第４９１８６２９号公報
【特許文献１２】特開２００８−０６３１９３号公報
【特許文献１３】特開２００８−０１９１５９号公報
【特許文献１４】特開２００９−２０９０１１号公報
【特許文献１５】特開２００５−１９３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の蒸発部における螺旋状の流路は、加工が難しいという課題があった。蒸発部の製造工程において、螺旋状の流路は、内筒と外筒とを同心状に重ねあわせ、外筒を縮管加工または内筒を拡管加工して形成される。この加工により、内筒と外筒とが間に流路を挟んで密着される。しかしながら、このような加工は複雑であり、加工ばらつきが生じ易く、燃料処理装置の製造コストの高騰を招く。
【００１２】
また、蒸発部における螺旋状の流路は、バルジ成型により形成することもできる。しかしながら、この成型法を採用しても、上記従来の螺旋状の流路は加工が難しく、燃料処理装置の製造コストの高騰を招く。
【００１３】
本発明の目的は、少ない加工ばらつきで低コストに製造可能な螺旋状の蒸発部の流路を備えた燃料処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の燃料処理装置は、改質水を蒸発させて原料ガスと水蒸気とを混合させる蒸発部と、水蒸気と混合された前記原料ガスを改質触媒に通して水素混合ガスを生成する改質部と、前記水素混合ガスを変成触媒に通して一酸化炭素を除去する変成部と、前記改質部に熱を供給する燃焼部と、を具備する。好ましくは、前記蒸発部は、漏斗状の傾斜面部に沿って延伸する螺旋状の流路を有し、加熱された前記流路を流れる前記改質水と前記原料ガスとが混合される。また、前記蒸発部は、前記漏斗状の傾斜面部の一面側を覆う第１部材と、前記傾斜面部の他面側を覆い、前記第１部材と同心状に重ねられる第２部材と、を具備し、前記流路は、前記第１部材と前記第２部材との間隙により形成される構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料処理装置は、漏斗状の斜面に沿って延伸する螺旋状の流路を有するために、縮管加工または拡管加工を必要とすることなく製造されうる。よって、蒸発部の螺旋状の流路を小さな加工ばらつきで低コストに製造することができる。よって、高い性能の燃料処理装置を低コストに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１の燃料処理装置の全体を示す縦断面図
【図２】実施の形態の燃料処理装置におけるガスの流れを説明する図
【図３】燃料処理装置の燃焼ユニットを示す縦断面図
【図４】燃料処理装置の改質ユニットを示す縦断面図
【図５】燃料処理装置の変成ユニットを示す縦断面図
【図６】燃料処理装置の脱硫ユニットを示す縦断面図
【図７】改質ユニットの構成部材を示す縦断面図
【図８】改質ユニットの分解斜視図
【図９】外周部材の凹凸面を示す斜視図
【図１０】改質ユニットの流路の詳細を示す部分断面図
【図１１】改質ユニットにおける流路の変形例１を示す部分断面図
【図１２】改質ユニットにおける流路の変形例２を示す部分断面図
【図１３】改質ユニットにおける流路の変形例３を示す部分断面図
【図１４】改質ユニットにおける流路の変形例４を示す部分断面図
【図１５】実施の形態の燃料処理装置の変形例を示す縦断面図」
【図１６】蒸発部の構造を説明する模式図
【図１７】第１変成部の触媒充填部を示す分解斜視図
【図１８】第１変成部の触媒充填部を示す三面図
【図１９】第１変成部および蒸発部を接合した状態を示す断面図
【図２０】触媒充填部の形状と熱交換面積との関係を表す図表
【図２１】第１変成部の触媒充填部の変形例を示す分解斜視図
【図２２】実施の形態２における燃料処理装置の縦断面図
【図２３】実施の形態２における内筒の縦断面図
【図２４】実施の形態２における中筒の縦断面図
【図２５】実施の形態２における外筒の縦断面図
【図２６】実施の形態２における燃焼筒の縦断面図
【図２７】実施の形態２における内筒の作製工程図
【図２８】実施の形態２における燃料処理装置で燃料ガスを製造するフロー図
【図２９】実施の形態２における燃料処理装置の変形例１
【図３０】実施の形態２における燃料処理装置の変形例２
【図３１】従来の燃料処理装置の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
１．実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態の燃料処理装置の全体を示す縦断面図であり、図２は、実施の形態の燃料処理装置におけるガスの流れを説明する図である。
【００１９】
本実施の形態の燃料処理装置は、例えば燃料電池を用いたコージェネレーションシステムにおいて、原料ガスから水素ガスを生成して発電スタックへ供給する装置である。
【００２０】
本発明の燃料処理装置は、蒸発部と、改質部と、変成部と、燃焼部とを具備し、さらに他の機能部を具備していてもよい。実施の形態１の燃料処理装置は、図１に示すように、燃焼部１０、脱硫部２０、蒸発部３０（図４参照）、改質部４０、第１変成部５０、第２変成部６０、アンモニア分解部６５、選択酸化部７０等を備えている。
【００２１】
（１）各部の機能について
先ず、各部の機能について図１および図２を参照して説明する。
【００２２】
燃焼部１０は、装置の中央に配置され、バーナー１１により燃料ガスを燃焼させて改質部４０に熱を供給する。排ガスは、排出路１２を通って排出口ｅ２から排出される。
【００２３】
脱硫部２０は、都市ガスなどの原料ガスを脱硫触媒に通して、例えば水添脱硫方式によって原料ガスから硫黄成分を除去する。原料ガスは、導入口ｄ１から導入されて、脱硫部２０を通過した後、蒸発部３０へ圧送される。
【００２４】
蒸発部３０（図４参照）は、漏斗状の傾斜面に沿って回りながら中央に進む螺旋状の流路３１を有し、加熱された流路３１に原料ガスと改質水とを通して、原料ガスと水蒸気とを混合させる。蒸発部３０は、排ガスの排出路１２と近接しており、流路３１は排ガスの熱によって加熱される。原料ガスは、脱硫部２０から配管ｆ１を通して導入される。改質水は、導入口ｄ２から流入される。
【００２５】
改質部４０は、水蒸気と混合された原料ガスを改質触媒に通して水素混合ガスに改質させる。改質部４０は、例えば６００℃などの高温の状態で機能する。改質部４０の周囲および燃焼部１０の下方は、周囲への排熱を少なくするために、断熱材８０が設けられている。改質された水素混合ガスは、第１変成部５０へ送られる。
【００２６】
変成部は、水素混合ガスから、それに含まれる一酸化炭素を除去する。変成部は、第１変成部５０と第２変成部６０とを含む。
【００２７】
第１変成部５０は、水素混合ガスを第１の変成触媒に通して、水素混合ガスに含まれる一酸化炭素を除去する。第１変成部５０は、例えば３００℃など高温の状態で機能する。第１変成部５０における水素混合ガスの反応は発熱反応である。第１変成部５０は蒸発部３０に近接され、第１変成部５０で発生した熱は蒸発部３０に供給されて流路３１を加熱するのに利用される。第１変成部５０を通過した水素混合ガスは第２変成部６０へ送られる。
【００２８】
第２変成部６０は、水素混合ガスを第２の変成触媒に通して、水素混合ガスの一酸化炭素の濃度をさらに低下させる。第２変成部６０は、例えば２００℃など第１変成部５０より低い温度で機能する。第２変成部６０における水素混合ガスの反応は発熱反応である。第２変成部６０を通過した水素混合ガスはアンモニア分解部６５へ送られる。
【００２９】
アンモニア分解部６５は、水素混合ガスをＮＨ３分解触媒に通して、水素混合ガスに含まれるアンモニアを除去する。アンモニアが除去された水素混合ガスは、選択酸化部７０へ送られる。アンモニア分解部６５では、導入口ｄ３から空気が僅かに導入されて、触媒反応が行われる。
【００３０】
選択酸化部７０は、水素混合ガスを選択酸化触媒に通して水素混合ガスに含まれる一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ程度まで低下させる。このガスが発電スタックへ供給される水素ガスとなる。選択酸化部７０における水素混合ガスの反応は発熱反応である。選択酸化部７０は蒸発部３０に近接され、選択酸化部７０で発生した熱は蒸発部３０に供給されて流路３１を加熱するのに利用される。水素ガスは、送出口ｅ１から発電スタック側へ供給される。
【００３１】
（２）各部の構造について
次に、各部の構造の概要を説明する。
【００３２】
実施の形態１の燃料処理装置は、図３〜図６に示すように、製造過程において、複数のユニットに分けられ、各ユニットが溶接等により接合されて構成される。各ユニットには、燃料ユニット１０Ａ（図３）と、改質ユニット４０Ａ（図４）と、変成ユニット５０Ａ（図５）と、脱硫ユニット２０Ａ（図６）とが含まれる。
【００３３】
図３は燃料処理装置の燃焼ユニット１０Ａの縦断面図であり、図４は燃料処理装置の改質ユニット４０Ａの縦断面図であり、図５は燃料処理装置の変成ユニット５０Ａの縦断面図であり、図６は燃料処理装置の脱硫ユニット２０Ａの縦断面図である。
【００３４】
（２−１）燃焼ユニットについて
図３に示すように、燃焼ユニット１０Ａは、バーナー１１と、バーナー１１による燃焼が行われる燃焼部１０と、排ガスの排出路１２の片側を仕切る壁体１３と、排出口ｅ２と排出路１２とを結ぶ配管ｆ２とを有する。
【００３５】
壁体１３は、バーナー１１および燃焼部１０を中心に、これらの周りを囲うように環状に形成されている。壁体１３は、燃焼部１０の周囲が円筒状に形成され、蒸発部３０（図１参照）と近接する部位が円錐台の傾斜面状に形成されている。
【００３６】
燃焼ユニット１０Ａは、例えば、外周部ｙ１が改質ユニット４０Ａの対応する箇所に溶接等により接合される。または、実施の形態２の燃料処理装置における燃焼筒４５０のように、全周溶接部を有さず、金属板のプレス加工等によって製造されてもよい。
【００３７】
（２−２）改質ユニットについて
図４に示すように、改質ユニット４０Ａは、蒸発部３０および改質部４０を有するユニットである。改質ユニット４０Ａは、流路３１および改質部４０の空間を間隙により形成する内周部材（第１部材に相当）３１０および外周部材（第２部材に相当）３２０と、原料ガスおよび改質水を導入する配管ｆ３、ｆ４とが設けられている。
【００３８】
詳細は後述するが、内周部材３１０は、燃焼ユニット１０Ａを囲い、且つ、燃焼ユニット１０Ａの下側（炎が当る側）が覆われた容器状（有底の容器）に形成されている。外周部材３２０は、詳細は後述するが、内周部材３１０の囲い、上方と下方とが開口された環状に形成されている。
【００３９】
改質ユニット４０Ａの構造をさらに詳細に説明する。図７は、改質ユニット４０Ａの構成部材を示す縦断面図である。図８は、改質ユニット４０Ａの分解斜視図である。図７と図８は、改質ユニット４０Ａから改質触媒を除いた構成を示している。
【００４０】
改質ユニット４０Ａは、外周部材３２０と、内周部材３１０と、触媒の収容空間を仕切る上蓋３０１および下蓋３０２と、改質触媒（図７および図８では省略）とを備えている。
【００４１】
内周部材３１０は、配管ｆ３、ｆ４の部位を除いて、金属のプレス加工により一体成型されていることが好ましい。内周部材３１０は、一端側（図８における上側）が開口し、他端側（図８における下側）が塞がれた容器状の部材であり、開口側から傾斜部３１１、内筒部（内筒に相当）３１２、および、底部３１３（図８を参照）が連続して形成されている。
【００４２】
傾斜部３１１は、開口側から他端側へ進むに従って径が小さくなる円錐台の傾斜面状に形成されている。内筒部３１２は、開口側から底側にかけて径が略一定の円筒形状に形成されている。底部３１３は、内筒部３１２の底側を塞いでいる。内筒部３１２と底部３１３との境は、比較的に大きな曲率を有する曲面に構成されている。傾斜部３１１、内筒部３１２、および、底部３１３は、ほぼ軸対称（軸を中心とした回転対称）の形状であり、互いの中心軸（Ａ１）が一直線に重なるように形成されている。
【００４３】
傾斜部３１１の傾斜角θ（水平面に対する傾斜角θ、中心軸Ａ１に対する傾斜角は「９０°−θ」）は、略４０°である。この傾斜角θは、好ましくは１５°〜７５°、より好ましくは３０°〜５０°にするとよい。傾斜角θを７５°以下とすることで、蒸発部３０の流路３１を拡管加工又は縮管加工なしに形成することができ、傾斜角θを１５°以上とすることで、蒸発部３０の流路３１に、改質水を重力方向に流下させる適宜な流路傾斜を形成することができる。さらに、傾斜角θを３０°〜５０°とすることで、蒸発部３０の流路３１の仕切りとなる外周部材３２０の凹凸面の成型が容易となり、また、改質水を流下させる流路傾斜として適宜な角度を確保できる。
【００４４】
外周部材３２０は、金属のプレス加工により一体成型されていることが好ましい。外周部材３２０は、一端側（図８における上側）と他端側（図８における下側）とが開口された管状の部材であり、一方の開口側から他方の開口側にかけて傾斜部３２１および外筒部（外筒に相当）３２２（図８を参照）が連続して形成されている。
【００４５】
傾斜部３２１は、円錐台の傾斜面に対して凹凸面が形成された構成である。傾斜部３２１の傾斜角は、内周部材３１０の傾斜部３１１の傾斜角と同一である。
【００４６】
外筒部３２２は、一方の開口側から他方の開口側にかけて径が略一定の円筒状に形成されている。外筒部３２２の内径は、外周部材３２０の内筒部３１２の外径より大きく、外筒部３２２と内筒部３１２との間隙に改質触媒の収容空間が構成される。
【００４７】
傾斜部３２１と外筒部３２２とは、凹凸面を無視すれば、ほぼ軸対称の形状であり、互いの中心軸（Ａ１）が一直線に重なるように形成されている。
【００４８】
図９は、外周部材３２０の凹凸面を示す斜視図である。
【００４９】
図９に示すように、傾斜部３２１の凹凸面は、凹状溝Ｖ１が螺旋状に伸びるように形成されている。凹状溝Ｖ１は、傾斜部３２１の周縁側から中央へ回りながら進む螺旋状の溝であり、螺旋の中心軸と、傾斜部３２１および外筒部３２２の中心軸とがほぼ重なるように設けられている。凹状溝Ｖ１は、傾斜部３２１の開口側から外筒部３２２の手前まで連続して形成されている。
【００５０】
凹状溝Ｖ１は、螺旋状に連続した凸部に挟まれて形成される。螺旋状の凸部は、傾斜部３２１の中ほどで、螺旋状の凸部の端部Ｂ１を有している。端部Ｂ１を設けることで、傾斜部３２１の所定位置に、全周に亘って凹凸のない傾斜面部を形成することができるとともに、凹状溝Ｖ１が途中で途切れずに、連続して延びることができる。凹凸のない傾斜面部には、変成ユニット５０Ａの接合部ｙ３を密接させることが好ましい。
【００５１】
上蓋３０１および下蓋３０２（図８参照）は、それらの内周部が内筒部３１２に密着し、それらの外周部が外筒部３２２の内側に密着する大きさの環状の蓋である。上蓋３０１および下蓋３０２は、ガスを貫通させる網目が形成されているが、触媒を通過させない程度の網目となっている。
【００５２】
（２−３）変成ユニットについて
図５に示すように、変成ユニット５０Ａは、第１変成部５０、第２変成部６０、アンモニア分解部６５、および、選択酸化部７０を有するユニットである。
【００５３】
変成ユニット５０Ａは、改質部４０から第１変成部５０へのガス流路の片側を覆う仕切り５２と、第１変成部５０の触媒容器およびこの周辺のガス流路を形成する第１構成部材５１とを備えている。
【００５４】
また、変成ユニット５０Ａは、第２変成部６０およびアンモニア分解部６５の触媒容器およびこの周辺のガス流路を形成する第２構成部材６１と、選択酸化部７０の触媒容器を形成する第３構成部材７１とを備えている。
【００５５】
仕切り５２は、改質部４０を環状に囲うとともに、上方が開口され、下側が覆われた容器状に形成されている。仕切り５２には、仕切り５２の内側（中央側）を伝って流れるガスを、仕切り５２の外側に配置された第１変成部５０の上流側へ送る複数の溝５３および複数の開口５３ａが形成されている。
【００５６】
第１〜第３構成部材５１、６１、７１は、それぞれ環状構造を有しており、図５に示す断面がほぼ周方向に連なって形成されている。また、第１〜第３構成部材５１、６１、７１は、燃焼部１０を中心に同心状に配置されている。第２構成部材６１には、周方向の一部に空気を導入する配管ｆ６が接続され、第３構成部材７１には、周方向の一部に水素ガスを送出する配管ｆ５が接続されている。
【００５７】
変成ユニット５０Ａの上端の外周部ｙ２は、改質ユニット４０Ａに溶接等により接合される。
【００５８】
（２−４）脱硫ユニットについて
図６に示すように、脱硫ユニット２０Ａは、脱硫部２０と、原料ガスの導入流路２５とを有するユニットである。脱硫ユニット２０Ａにおいて、脱硫部２０の触媒容器２１およびこの周辺のガス流路２２〜２４は、図６の断面がほぼ周方向に連なった環状に形成されている。ガス流路２４の周方向の一部には、脱硫後のガスを送出する配管ｆ１が接続されている。
【００５９】
また、脱硫ユニット２０Ａにおいて、中央の底側には、二枚の底板２５ａ、２５ｂが設けられている。二枚の底板２５ａ、２５ｂとの間隙に導入流路２５が構成される。この底板２５ａ、２５ｂは、脱硫部２０のガス流路２２〜２４を構成する部材と一体成形されていることが好ましい。導入流路２５は、二重の底板２５ａ、２５ｂの間の平面状の隙間で構成される流路であり、中央に配管ｆ７が接続されている。
【００６０】
脱硫ユニット２０Ａは、断熱材８０（図１参照）を挟んで、変成ユニット５０Ａの間隙部に嵌入および固定される。
【００６１】
（３）改質ユニットの流路構造および組立手順
図１０は、改質ユニット４０Ａの螺旋状の流路３１の詳細を示す部分断面図である。
【００６２】
改質ユニット４０Ａの組立は、先ず、図８に示すように、内周部材３１０と外周部材３２０とを同心状に重ね合わせる。このとき、図１０に示すように、内周部材３１０の傾斜部３１１の外面と、外周部材３２０の傾斜部３２１の内側の凹凸面とが密着して、両者の間隙により螺旋状の流路３１が構成される。流路３１は、傾斜部３２１の凹状溝Ｖ１に沿って、傾斜部３２１の外周側から中央へ螺旋状に連なる。
【００６３】
また、このとき、内筒部３１２と外筒部３２２との間には上蓋３０１が固定される。
【００６４】
次に、内周部材３１０の傾斜部３１１を、外周部材３２０の傾斜部３２１の凸部に密着させた状態で、内周部材３１０および外周部材３２０の外周部ｙ４（図７参照）を接合する。接合は、例えばロウ付け又は溶接により行われる。外周部ｙ４は、燃料処理装置の動作時に高温にならない部位であるため、ロウ付けにより接合しても構わない。
【００６５】
外周部ｙ４の接合は、内周部材３１０の傾斜部３１１と外周部材３２０の傾斜部３２１とに、互いを密接する圧力が加えられた状態で行われる。そのため、蒸発部３０の隣接する流路３１同士を短絡させる経路（隙間など）を生じさせることなく、外周部ｙ４を接合することができる。
【００６６】
外周部ｙ４の接合をするときに、傾斜部３２１の凸部の全経路に亘って、傾斜部３２１の凸部と傾斜部３１１の外面とがロウ付けされてもよい。このようにロウ付けすることで、蒸発部３０の隣接する流路３１同士を短絡させる経路が、より確実に生じなくなる。
【００６７】
内周部材３１０と外周部材３２０とを接合した後に、内筒部３１２と外筒部３２２との間隙部（触媒の収容空間）は、底側において環状に開口し、この開口が触媒の投入口ｈ１となる。続く工程では、投入口ｈ１を通して、改質触媒が触媒の収容空間に充填される。その後、下蓋３０２が固定されて、改質ユニット４０Ａの組立が完了する。
【００６８】
以上のように、実施の形態１の燃料処理装置によれば、蒸発部３０の螺旋状の流路３１を、縮管加工又は拡管加工なしに容易に形成することができる。また、流路３１の構造が、外周部材３２０のプレス加工成型によって高精度に制御でき、流路３１の形状および位置を設計通りに調整しやすい。よって、加工ばらつきの少ない螺旋状の流路３１が構成される。そのため、原料ガスと水蒸気とを十分に混合させることができ、高い性能の燃料処理装置を低コストに提供することができる。
【００６９】
さらに、実施の形態１の燃料処理装置によれば、蒸発部３０の流路は、傾斜部３１１を一体成型した内周部材３１０と、傾斜部３２１を一体成型した外周部材３２０とが、重ね合わされて構成される。よって、蒸発部３０の耐久性の向上を図ることができる。
【００７０】
さらに、実施の形態１の燃料処理装置によれば、蒸発部３０が円錐台の傾斜面上に形成されている。よって、蒸発部３０の流路を長くしたときに、蒸発部が円筒の側面上に形成される場合と比較して、燃料処理装置が高さ方向（軸Ａ１に沿った方向（図７参照））に長くなりにくい。つまり、燃料処理装置の幅方向の寸法に対する、高さ方向の寸法の比が大きくなりにくい。言い換えれば、燃料処理装置を径方向に大きく設計することで、蒸発部３０の流路長を長くすることができる。よって、燃料処理装置の設置安定度が増し、設置時における取り回し自由度も向上する。
【００７１】
（４）流路の変形例について
図１１〜図１４はそれぞれ、改質ユニット４０Ａにおける流路の変形例１〜変形例４を示す部分断面図である。
【００７２】
蒸発部３０の流路３１は、改質ユニット４０Ａの内周部材３１０の傾斜部３１１、および外周部材３２０の傾斜部３２１の面形状を変形することで変形されうる。
【００７３】
図１１に示される変形例１は、内周部材３１０の傾斜部３１１Ａに凹凸面を形成し、外周部材３２０の傾斜部３２１Ａを凹凸のない傾斜面としたものである。凹凸面には、螺旋状の凹状溝Ｖ２が形成される。
【００７４】
このような構成とすることで、蒸発部３０の外周面に凹凸が形成されない。そのため、外周面に発熱体を密着させる場合に、この密着を容易に行うことができる。
【００７５】
変形例１の構成では、改質水が重力に従って流下するときに、改質水は傾斜部３１１Ａと傾斜部３２１Ａとの接触部に接触する。よって、変形例１の構成では、傾斜部３１１Ａの凸部の全経路と、傾斜部３２１Ａとをロウ付け等により接合することが好ましい。
【００７６】
図１２に示す変形例２は、外周部材３２０の傾斜部３２１Ｂに形成される凹状溝Ｖ３の溝深さを大きくした例である。また、凹状溝Ｖ３の縦断面において、凹状溝Ｖ３の両端は、凹状溝Ｖ３の中寄りよりも、重力方向に高くなるように配置される。
【００７７】
内周部材３１０の傾斜部３１１Ｂは、実施の形態の傾斜部３１１同様である。
【００７８】
変形例２の構成では、改質水が重力に従って流下するときに、凹状溝Ｖ３の縦断面の最下端部を伝って流路３１を流下するので、改質水は傾斜部３１１Ｂと傾斜部３２１Ｂとの接触部位に接触しにくい。よって、変形例２の構成では、傾斜部３２１Ｂの凸部と、傾斜部３１１Ｂの傾斜面とを、全経路に亘ってロウ付けしなくても、改質水が流路３１を短絡することなく流れ、流路３１に沿って流れることができる。
【００７９】
図１３に示す変形例３は、傾斜部３１１Ｃと傾斜部３２１Ｃのそれぞれに、螺旋状に進む凹状溝（第１および第２の凹状溝に相当）Ｖ４とＶ５を設けた例である。２つの凹状溝Ｖ４とＶ５は、同じ経路に沿って螺旋状に進むように構成されている。傾斜部３１１Ｃと傾斜部３２１Ｃとを同心状に重ねたときに、凹状溝Ｖ４とＶ５は、互いに対象になるように、対向して配置される。つまり、凹状溝Ｖ４とＶ５を構成する筋状の凸部は、流路３１の全経路において互いに接触するように配置される。
【００８０】
変形例３の構成によれば、凹凸面の起伏を大きくすることなく、流路３１の断面積を大きくすることができる。よって、変形例３の構成では、蒸発部３０の面積および流路３１の経路長を一定としたまま、流路３１を流れるガス又は液体の圧力損失を低減することができる。そのため、比較的に低い圧力で、流路３１に原料ガスおよび改質水を流すことができる。
【００８１】
図１４に示す変形例４は、傾斜部３１１Ｄと傾斜部３２１Ｄとの間に、螺旋状の仕切り棒３１５を挟みこんだ例である。仕切り棒３１５は、円錐台状の傾斜面に沿って螺旋状に構成された棒状部材である。仕切り棒３１５は、傾斜部３１１Ｄおよび傾斜部３２１Ｄとロウ付け等により接合されてもよいし、傾斜部３１１Ｄおよび傾斜部３２１Ｄとに一定以上の圧力で圧着されていてもよい。
【００８２】
変形例４の構成によれば、傾斜部３１１Ｄと傾斜部３２１Ｄとに挟まれ、且つ、仕切り棒３１５により仕切られた空間により、螺旋状の流路３１が構成される。
【００８３】
以上のように、変形例１〜変形例４の構成としても、蒸発部３０の螺旋状の流路３１を、縮管加工又は拡管加工なしで容易に且つ精密に形成することができる。
【００８４】
（５）燃料処理装置の変形例について
図１５は、実施の形態１の燃料処理装置の変形例を示す縦断面図である。
【００８５】
この変形例の燃料処理装置は、改質水タンク９０を具備する以外は、図１の実施の形態と同一の構成である。図１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８６】
この変形例の燃料処理装置は、蒸発部３０の漏斗状の傾斜面部で囲まれた領域に、蒸発部３０に供給される改質水を溜めておく改質水タンク（改質水の供給タンクに相当）９０を具備する。漏斗状の傾斜面部で囲まれた領域には、比較的大きな空間があり、且つ、燃焼部１０の排熱によって加熱されている。よって、この空間に改質水タンク９０を配置することで、改質水を予熱することができる。
【００８７】
この変形例によれば、蒸発部３０に流入される改質水が予熱されているので、蒸発部３０の流路３１で速やかに改質水が蒸発して、原料ガスと水蒸気とが十分に混合することができる。
【００８８】
（６）第１変成部と蒸発部との関係について
第１変成部５０と蒸発部３０とは、互いに熱交換可能に構成される。図１６Ａおよび図１６Ｂは、それぞれ蒸発部の構造を示す上面模式図および側面模式図である。
【００８９】
図１６Ａと図１６Ｂに示すように、蒸発部３０は、重力方向に進むに従って開口径が小さくなっていく漏斗状の傾斜面上に構成されている。そして、蒸発部３０には、漏斗状の傾斜面に沿って回りながら中央に進む螺旋状の流路３１が形成されている。
【００９０】
蒸発部３０の傾斜面は、図１６Ａと図１６Ｂのような円錐台の傾斜面に限られない。蒸発部３０の傾斜面は、重力方向に沿って開口径が小さくなる傾斜面であればよく；例えば、傾斜角度が途中で変化していたり、横断面が回転方向に非対称（楕円など）であったりしてもよい。
【００９１】
図１７は第１変成部５０の触媒充填部を示す分解斜視図であり；図１８は第１変成部５０の触媒充填部の三面図（図１８Ａ：上面図、図１８Ｂ：第一の側面図、図１８Ｃ：第二の正面図）である。
【００９２】
第１変成部５０は、図１７に示す触媒充填部５０Ａが、水素混合ガスの上流側の流路Ｊ１（図１参照）および下流側の流路Ｊ２（図１参照）に挟まれて構成される。
【００９３】
触媒充填部５０Ａは、蒸発部３０の傾斜面に沿って配置され、蒸発部３０を囲う環状領域で構成される。図１８Ｃに示すように、触媒充填部５０Ａの傾斜面に垂直な方向の厚みＬ１は、ほぼ一定に設定されている。但し、ガス流入面５０ｄおよびガス送出面５０ｅに差し掛かる部分の厚みは一定ではない。
【００９４】
図１７に示すように、触媒充填部５０Ａは、底側が開口されている金属製の収容ケース５１と、収容ケース５１の底側開口を塞ぐ蓋５２とを有する。収容ケース５１の底側の開口は、装置の製造工程において触媒を投入するための投入口５３となる。製造工程において、第１変成部５０には、投入口５３を通して触媒が投入されて、触媒で充填される。その後、投入口５３に蓋５２が接合される。蓋５２は、触媒を遮る一方、ガスを通す網目状に構成されている。
【００９５】
蓋５２は、収容ケース５１の全周に亘って接合される環状部材であり、ほぼ水平面（重力方向に垂直な面）に沿って収容ケース５１の投入口５３を塞ぐ。充填空間に触媒が充填されていても、水平面に沿って蓋５２で投入口５３を塞ぎやすい。
【００９６】
触媒充填部５０Ａにはガスが流れる。ガスの流れは、蒸発部３０の傾斜面に沿っており、かつ、漏斗状の傾斜面の開口径が小さい側から、開口径が大きい側へ向かう。すなわち、触媒充填部５０Ａの重力方向の下端面（蓋５２の面）がガス流入面５０ｄとなり、上方外周側の側面がガス送出面５０ｅとなる。
【００９７】
ガス流入面５０ｄは、ほぼ水平な面であり、ガス送出面５０ｅは、ほぼ鉛直な面である。ガス流入面５０ｄおよびガス送出面５０ｅは、触媒が漏れ出さないように遮る一方で、ガスを通す網目状である。ガス流入面５０ｄは、改質部４０に連結している上流側のガス流路Ｊ１（図１参照）に面している。一方、ガス送出面５０ｅは、第２変成部６０に連結している下流側のガス流路Ｊ２（図１参照）に面している。上流側のガス流路Ｊ１、ガス流入面５０ｄ、触媒充填部５０Ａ、ガス送出面５０ｅおよび下流側のガス流路Ｊ２は、それぞれ、蒸発部３０の周方向に環状に形成されている。
【００９８】
図１９は、第１変成部５０と蒸発部３０とが、互いに熱交換可能に構成された状態を示す断面図である。
【００９９】
蒸発部３０の外周側と触媒充填部５０Ａの内周側とが隣接して、蒸発部３０および触媒充填部５０Ａが構成されている。つまり、蒸発部３０と触媒充填部５０Ａとは、互いに熱伝導可能なように、接触して固定されている。蒸発部３０と触媒充填部５０Ａとの接触部は、例えばロウ付けなどによって接合してもよい。それにより、蒸発部３０と触媒充填部５０Ａとの熱交換効率が高まる。
【０１００】
蒸発部３０の外周面に、流路３１を構成する凹凸面がある場合には、その凹凸面の凸部分と触媒充填部５０Ａとを接触させてもよい。また、蒸発部３０の外周面（凹凸があってもなくてもよい）と触媒充填部５０Ａの内周面とを同様の形状にして、両者を面接触させてもよい。また、蒸発部３０の外周面と触媒充填部５０Ａの内周面とが、一体部材により形成されてもよい。
【０１０１】
（第１変成部の熱伝導作用）
続いて、第１変成部５０での熱伝導作用について説明する。
【０１０２】
図２０は、触媒充填部５０Ａの形状と熱交換面積との関係を表す図表である。
【０１０３】
第１変成部５０では、水素混合ガスの触媒反応によって熱が発生する。この熱はガスを介して変成触媒の中で拡散し、また、接合部を介して蒸発部３０へ放出される。
【０１０４】
第１変成部５０の触媒充填部５０Ａは、蒸発部３０と近接する面が、漏斗状の傾斜面になっている。そのため、傾斜面ではない場合と比較して、蒸発部３０と近接する面の面積（熱交換面積と呼ぶ）が大きくなる。
【０１０５】
図２０の図表に示すように、触媒充填部５０Ａの体積および厚み（内周面からの厚み）を一定にして比較すると、本実施の形態のように蒸発部３０と近接する面を傾斜面とすると、熱交換面積が大きくなることが分かる。
【０１０６】
例えば、触媒充填部５０Ａの体積を２００ｍｌとし、厚みを１０ｍｍとした場合に、触媒充填空間を小円筒状とすると、触媒充填空間５０Ａの内周側面である熱交換面積は約１７，７６９ｍｍ２となる。また、同条件で触媒充填空間を大円筒状とすると、熱交換面積は約１８，６８４ｍｍ２となる。一方で、同条件で触媒充填空間を円錐筒状（本実施の形態）とすると、熱交換面積は２２，７６６ｍｍ２と大きくなる。
【０１０７】
このように、本実施の形態の燃料処理装置では、第１変成部５０と蒸発部３０との接触面（熱交換面）の面積が大きく、第１変成部５０から蒸発部３０への放熱が高効率となる。
【０１０８】
さらに、第１変成部５０の触媒充填部５０Ａにおいて、漏斗状の傾斜面の開口径の小さい側から、開口径の大きい側に向かってガスが流れる。すなわち、触媒充填部５０Ａのガス流路断面積は、上流側よりも下流側が大きくなっている。
【０１０９】
一般に、触媒充填部に一定速度でガスが通過する場合、触媒充填部５０Ａの上流側では未反応ガスが多く通過することから触媒反応による発熱量が増える。一方、触媒充填部５０Ａの下流側では反応済みのガスの割合が高くなることから、触媒反応による発熱量が少なくなる。
【０１１０】
実施の形態１の燃料処理装置では、触媒充填部５０Ａの流路断面積が変化するため、触媒充填部５０Ａの上流側でガスの流速が高くなり、下流側でガスの流速が低くなる。よって、触媒充填部５０Ａの上流側で発生した熱は、高速で流れるガスによって速やかに下流側へ拡散する。また、触媒充填部５０Ａの下流側では、ガスの流速が低いため、発生した熱が拡散しにくい。これらの結果、触媒充填部５０Ａの上流側と下流側との温度分布をより均一にすることができる。
【０１１１】
以上のように、本実施の形態の燃料処理装置によれば、蒸発部３０と第１変成部５０とを傾斜面を挟んで対向して配置させることで、装置を大型化させずに、両者の間で効率的な熱交換を行わせることができる。
【０１１２】
さらに、本実施の形態の燃料処理装置によれば、触媒充填部５０Ａの上流側から下流側に沿って流路断面積が変化するため、触媒充填部５０Ａの温度分布の均一性が高まる。よって、装置を大型化させずに、第１変成部５０の触媒充填部５０Ａを均一な温度に且つ適した温度に制御しやすくなる。
【０１１３】
また、第１変成部５０の触媒充填部５０Ａが傾斜面に沿って設けられ、ガスを傾斜面に沿って流すように構成されている。触媒充填部５０Ａに充填された触媒が沈降して、触媒充填部の上部に隙間が生じさせる恐れがある。もし仮に、ガスが、触媒充填部を水平に流れるように構成されていると、触媒充填部の上部に生じた隙間をガスが流れて、触媒に全く接触しない（全く変成されない）ガスが第２変成部に供給される恐れがある。一方で、本実施の形態の燃料処理装置では、ガスが傾斜面に沿って流れるように構成されている。そのため、傾斜面の角度を適切に設定する（例えば、螺旋の中心軸に対して１５〜７５°とする）ことで、触媒充填部５０Ａの上部に隙間が生じたとしても、ガスは触媒に接触する。そのため、触媒で変成されたガスのみが、第２変成部に供給されうる。
【０１１４】
（触媒充填部の変形例）
図２１は、第１変成部の触媒充填部５０Ａの変形例を示す分解斜視図である。
【０１１５】
この変形例は、触媒充填部５０Ａの厚み（傾斜面に垂直な方向の厚み）を変化させた例である。具体的には、ガス流路の上流側の厚みＬ２よりも、下流側の厚みＬ３を大きくしている。
【０１１６】
このように、下流側の触媒充填部５０Ａの厚みＬ３を大きくすることで、下流側のガスの流速を低下させることができる。よって、触媒充填部５０Ａの上流側の温度よりも、下流側の温度が低くなる恐れがある場合に、この構成を採用することで、触媒充填部５０Ａの上流側と下流側の温度分布をより均一にすることができる。
【０１１７】
実施の形態１では、触媒反応部を第１変成部とし、熱伝導部を蒸発部とした構成を例にして説明した。しかしながら、触媒反応部を選択酸化部などとしてもよい。また、熱伝導部を冷却用媒体が流される部材とするなど、他の構成を採用してもよい。
【０１１８】
また、実施の形態１では、触媒反応部の熱が熱伝導部へ拡散する構成を例にして説明した。しかしながら、触媒反応部を吸熱反応する改質部とし、熱伝導部を燃焼部の隔壁とするなどして、熱伝導部の熱が触媒反応部に拡散する構成としてもよい。
【０１１９】
また、実施の形態１では、第１変成部５０が環状であるとした。しかしながら、例えば、第１変成部５０は、環の周方向に複数に分割（平面に見て環の中央から放射状に伸びる分割線で複数に分割）されていてもよく、また、環の周方向の一部の範囲にのみ設けられていてもよい。
【０１２０】
（７）その他
実施の形態１では、蒸発部３０の螺旋状の流路３１が、円錐台の傾斜面に沿って設けられている。しかしながら、流路３１が設けられる傾斜面は、径が徐々に小さくなる漏斗状の傾斜面であれば、途中で傾斜角度が変化していてもよい。また、螺旋状の流路３１が設けられる傾斜面は、軸対称の形状でなくてもよく、横断面が楕円など周方向に非対称となる形状であってもよい。また、改質部４０の触媒充填空間は、高さによって径が変化していてもよく、また、周方向に非対称な形状であってもよい。
【０１２１】
実施の形態１では、蒸発部３０と、燃焼部１０の排ガスの排出路１２および第１変成部５０および選択酸化部７０とが近接されて、熱交換する構成を例にして説明した。蒸発部３０と熱交換する部材は、他の部材であってもよい。
【０１２２】
また、実施の形態１では、変成部を第１変成部と第２変成部を含む二段構成とし、脱硫部２０およびアンモニア分解部６５を備えた構成を例にして説明したが、変成部は一段構成としてもよく、また、脱硫部２０およびアンモニア分解部６５は省略される場合もある。
【０１２３】
２．実施の形態２
実施の形態２の燃料処理装置は、（１）内筒と、（２）中筒と、（３）外筒と、（４）燃焼筒とを有する。
【０１２４】
図２２は、実施の形態２における燃料処理装置の縦断面図である。実施の形態２の燃料処理装置４００の機能部として、主に燃焼部５００と、蒸発部５１０と、改質部５２０と、変成部５３１を備える。さらに、選択酸化部５３３を任意的に備えている。また、実施の形態２の燃料処理装置４００の主な構成部材は、図２２に示すように、内筒４１０、中筒４２０、外筒４３０、および燃焼筒４５０を含む。
【０１２５】
（１）各部の機能について
実施の形態２の燃料処理装置の機能部を、図１を用いて説明する。本発明の燃料処理装置は、上述のように（１）蒸発部と、（２）改質部と、（３）変成部と、（４）加熱部とを有する。
【０１２６】
（１−１）蒸発部について
蒸発部５１０では、都市ガスやＬＰＧ等のメタンを含む原料ガスと、改質水とが供給される。蒸発部５１０は、改質水を加熱して水蒸気として、原料ガスと水蒸気とを混合する。蒸発部５１０は、傾斜部Ａ４１１と傾斜部Ｂ４２１との間に構成される。蒸発部は、傾斜面に沿って周回するように、らせん状の流路から構成されることが好ましい。
【０１２７】
傾斜部４１１と傾斜部４２１との間にらせん状の流路を形成するためには、傾斜部４１１と傾斜部４２１との間の空間にらせん状のガイドを設ければよい。らせん状のガイドとしては、例えばらせん形状の丸棒を傾斜部４１１と傾斜部４２１とで挟み込んで密着させればよい。もしくは、らせん状の流路を形成するためには、傾斜部４１１の傾斜面または傾斜部４２１の傾斜面を螺旋状の凹凸面として、らせん流路を構成してもよい（変形例１、２参照）。
【０１２８】
流路を構成するために、傾斜部４１１と傾斜部４２１とを圧着するときに、拡管加工または縮管加工を行う必要がない。つまり、傾斜部４１１と傾斜部４２１とを重ねて、漏斗状の傾斜面の軸方向に荷重をかけるだけで、傾斜部４１１と傾斜部４２１とを圧着させることができる。拡管または縮管は加工荷重が大きく、過大な設備が必要になる。実施の形態１の燃料処理装置の製造にはこのような設備が必要なく、容易に製作できる。そのため、量産に向いている。
【０１２９】
流路と、傾斜部４１１および傾斜部４２１との密着部は、ロウ付けすることが好ましい。ロウ付けすることで、傾斜部４１１および傾斜部４２１と流路とがより確実に密着する。
【０１３０】
蒸発部５１０の流路が螺旋状の流路で構成されると、流路長さが長くなる。そのため、原料ガスおよび改質水が蒸発部５１０の流路で処理される時間が長くなる。原料ガスおよび改質水が蒸発部５１０の流路で処理される時間が長いと、改質水が蒸発しやすい。また、蒸発した改質水（水蒸気）が、原料ガスと混合しやすい。
【０１３１】
（１−２）改質部について
改質部５２０は、蒸発部５１０で生成された原料ガスと水蒸気との混合ガスから、（水蒸気）改質反応によって水素を主成分とする水素含有ガスを生成する。改質部５２０は、内筒下部４１５と中筒下部４２５との隙間に構成される。また、改質反応は吸熱反応である。そのため、改質部５２０は、燃料処理装置の運転時に高温になる内筒下部４１５の周囲を包囲するように配置されることが好ましい。改質部５２０が、内筒下部４１５を包囲することで、改質部５２０が加熱されやすくなり、改質反応の効率が高まる。
【０１３２】
改質部５２０は、Ｎｉ系触媒やＲｕ系触媒、Ｐｔ系触媒、Ｒｈ系触媒などの金属系の改質触媒を含む。改質触媒は例えば６００℃程度で良好な反応をする。
【０１３３】
（１−３）変成部と選択酸化部について
変成部５３１と選択酸化部５３３は、傾斜部Ｂ４２１と傾斜部Ｃ４３１との間に構成され、改質部５２０で生成された改質ガス中の一酸化炭素を除去する。改質部５２０と変成部５３１とは、外筒下部４３５と、中筒下部４２５との間に形成された改質ガス流路５２５によって連通される。また、変成部５３１と選択酸化部５３３との間には、改質ガスに空気を供給するための空気供給口５５３が備えられている。
【０１３４】
変成部５３１は、ＣＯ変成触媒によるＣＯ変成反応で、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を０．５％程度まで低下させる。変成部５３１は、Ｃｕ系触媒などの金属系のＣＯ変成触媒を含む。ＣＯ変成触媒は例えば２５０℃で良好な反応をする。一方、選択酸化部５３３は、ＣＯ選択酸化触媒による選択酸化反応で、改質ガス中の一酸化炭素濃度をさらに１０ｐｐｍ程度にまで低下させる。選択酸化部５３３は、Ｒｕ系触媒などの金属系の選択酸化触媒を含む。選択酸化触媒は例えば１５０℃で良好な反応をする。
【０１３５】
変成部５３１と選択酸化部５３３は、蒸発部５１０に近接することが好ましい。具体的には、中筒４２０の傾斜部４２１を介して、変成部５３１および選択酸化部５３３と、蒸発部５１０とが対向していることが好ましい。変成反応および選択酸化反応は発熱反応である。そのため、燃料処理装置の使用中に、蒸発部５１０の周囲を包囲する変成部５３１と選択酸化部５３３が、蒸発部５１０に熱を供給することができるため好ましい。
【０１３６】
（１−４）燃焼部について
燃焼部５００は、例えばバーナーを有し、可燃性のガスを燃焼させることで周囲を加熱する熱エネルギーを発生させる。可燃性のガスは、都市ガスやＬＰＧといったメタン系のガスを用いる場合と、発電スタックで消費されなかった水素を含むガス（オフガス）を用いる場合が考えられる。オフガスを燃焼させることで、エネルギーを無駄なく使用することができ、燃料処理装置を含む燃料電池システム全体の効率が上がる。
【０１３７】
燃焼部５００が発生させた熱は、内筒４１０の内筒底部４１７で折り返し、燃焼筒４５０と内筒４１０の間に形成された燃焼ガス流路５４５を伝導する。このとき、改質部５２０に熱を与えて改質反応を促進する。さらに、蒸発部５１０に熱を与えることで、改質水を水蒸気にする。
【０１３８】
（２）各構成部材の説明
前述の通り、実施の形態２の燃料処理装置は、（１）内筒と、（２）中筒と、（３）外筒と、（４）燃焼筒とを有する。以下において、各構成部材について説明する。
【０１３９】
（２−１）内筒について
内筒４１０は、底を有する筒体である。図２３は、内筒４１０の単品の縦断面図である。内筒４１０は、内筒底部４１７、内筒下部４１５、傾斜部Ａ４１１、内筒フランジ形状部４１３を有する。内筒４１０の板厚は０．８〜１．５ｍｍである。
【０１４０】
内筒４１０内には、バーナーなどからなる加熱部５００と燃焼筒４５０とが配置される。また、内筒４１０の内側面は、加熱部５００によって加熱された燃焼ガスを流すための燃焼ガス流路５４５を、燃焼筒とともに４５０とともに構成する（図２２参照）。
【０１４１】
内筒下部４１５は、ほぼ一定の径を有する筒体であり、傾斜部Ａ４１１に連通する。さらに傾斜部Ａ４１１はもう一端（天側）で内筒フランジ形状部４１３に連通する。内筒フランジ形状部４１３は、例えば原料ガス供給口５５１や改質水供給口５５２、燃料電池システムへの取り付け部を含む。
【０１４２】
傾斜部Ａ４１１の傾斜面の、内筒４１０の中心軸に対する角度は、１５°〜７５°であることが好ましく、４０°〜６０°であることがより好ましい。成形しやすさと、蒸発部５１０（後述）が有効に機能させるためである。
【０１４３】
実施の形態２の燃料処理装置の内筒４１０は、実施の形態１の燃料処理装置の内周部材３１０に相当しうる。
【０１４４】
（２−２）中筒について
中筒４２０は、内筒４１０を包囲する筒体である。図２４は、中筒４２０の単品の縦断面図である。本実施の形態では中筒４２０は底を持たない構成を示すが、底があってもよい。中筒４２０の板厚は０．８〜１．５ｍｍである。
【０１４５】
中筒４２０は、中筒下部４２５、傾斜部Ｂ４２１、中筒フランジ形状部４２３からなる。中筒下部４２５と内筒下部４１５の間に形成される空間に、改質部５２０が構成される。傾斜部Ｂ４２１の傾きと傾斜部Ａ４１１の傾きとはほぼ等しく、両者の間の中空円錐台状の空間に蒸発部５１０が構成される。
【０１４６】
中筒下部４２５は、ほぼ一定の径を有する筒体であり、傾斜部Ｂ４２１に連通する。さらに傾斜部Ｂ４２１はもう一端（天側）で中筒フランジ形状部４２３に連通する。中筒フランジ形状部４２３は、例えば、燃料電池システムへの取り付け部を含む。
【０１４７】
実施の形態２の燃料処理装置の中筒４２０は、実施の形態１の燃料処理装置の外周部材３２０に相当しうる。
【０１４８】
（２−３）外筒について
外筒４３０は、内筒４１０および中筒４２０を包囲する、有底の筒体である。図２５は、外筒４３０の単品の縦断面図である。外筒４３０の板厚は０．８〜１．５ｍｍである。
【０１４９】
外筒４３０は、少なくとも外筒底部４３７、外筒下部４３５、傾斜部Ｃ４３１とで構成され、外筒フランジ形状部４３３を有していてもよい。外筒下部４３５と中筒下部４２５の間の中空円筒上の空間に、改質ガス流路５２５が構成される。傾斜部Ｃ４３１と傾斜部Ｂ４２１の間の空間に、変成部５３１と選択酸化部５３３とが構成される。
【０１５０】
また、外筒底部４３７は、内筒４１０および中筒４２０と接触しない。外筒底部４３７と、内筒４１０および中筒４２０との間に形成される間隙は、後述するガス折り返し部として機能する。
【０１５１】
外筒下部４３５はほぼ一定の径を有する筒体であり、傾斜部Ｃ４３１に連通する。さらに傾斜部Ｃ４３１はもう一端（天側）で外筒フランジ形状部４３３に連通する。外筒フランジ形状部４３３は、例えば、燃料ガス排出口５５４や、燃料電池システムへの取り付け部を含む。
【０１５２】
実施の形態２の燃料処理装置の外筒４３０は、実施の形態１の燃料処理装置の脱硫ユニット２０Ａの触媒容器２１Ａの一部と、底板２５ｂとに相当しうる。
【０１５３】
（２−４）燃焼筒について
燃焼筒４５０は、内筒４１０に包囲される筒体である。図２６は、燃焼筒４５０の単品の縦断面図である。本実施の形態では燃焼筒４５０は底を持たない構成を示すが、底があってもよい。燃焼筒４５０の板厚は０．８〜１．５ｍｍである。
【０１５４】
燃焼筒４５０は、燃焼筒下部４５５、傾斜部Ｄ４５１、燃焼筒フランジ形状部４５３で構成される。燃焼筒下部４５５と内筒下部４１５の間の中空円筒状の空間と、傾斜部Ｄ４５１と傾斜部Ａ４１１の間の中空円錐台状の空間とに、燃焼ガス流路５４５が構成される。
【０１５５】
燃焼筒下部４５５は、ほぼ一定の径を有する筒体であり、傾斜部Ｄ４５１に連通する。さらに傾斜部Ｄ４５１はもう一端（天側）で燃焼筒フランジ形状部４５３に連通する。燃焼筒フランジ形状部４５３は、例えば、燃焼ガス排出口５５５や、燃料電池システムへの取り付け部を含む。
【０１５６】
実施の形態２の燃料処理装置の燃焼筒４５０は、実施の形態１の燃料処理装置の燃焼ユニット１０Ａを構成する部材である。
【０１５７】
（３）燃料ガスを製造するフロー
実施の形態２の燃料処理装置によって燃料ガスを製造するフローを、図２８を参照して説明する。このフローは、実施の形態２の燃料処理装置においても同様であり得る。
【０１５８】
まず、蒸発部５１０に原料ガスおよび改質水を供給する（Ｓ１００１）。蒸発部５１０に供給された原料ガスおよび改質水は、蒸発部５１０を流れる間に加熱部５００からの熱によって加熱される（Ｓ１００２）。その結果、改質水は蒸発して水蒸気となり原料ガスと混合される（Ｓ１００３）。加熱された原料ガスおよび水蒸気は、改質部５２０に流入する。改質触媒の触媒作用で、原料ガスと水蒸気とが水蒸気改質反応し、水素含有ガスが生成される（Ｓ１００４）。
【０１５９】
改質部５２０で生成された水素含有ガスは、外筒底部４３７と内筒底部４１７および中筒下部４２５との間の間隙で折り返し（図１参照）、改質ガス流路５２５に流入する。そして水素含有ガスは、変成部５３１に流入する。変成部５３１では、ＣＯ変成反応によって水素含有ガス中の一酸化炭素が除去される（Ｓ１００５）。変成部５３１で一酸化炭素が除去された水素含有ガスは、空気供給口５５３から供給された酸素を含む空気と混合された後に、選択酸化部５３３に流入する。選択酸化部５３３では、水素含有ガス中の一酸化炭素と酸素とがＣＯ選択酸化触媒の作用で反応し、水素含有ガス中の一酸化炭素がさらに除去される（Ｓ１００６）。選択酸化部５３３で一酸化炭素が除去された水素含有ガス（燃料ガス）は、一酸化炭素除去部５３０から流出し、発電スタックに送られる燃料ガスが製造される。
【０１６０】
このように、燃料処理装置の運転時には、改質水が水の状態で供給され、処理中に水蒸気となる。フランジ（４１３，４２３，４３３，４５３）付近で、改質水は水の状態で存在する。また、加熱部で、水蒸気が含まれるオフガスを燃焼させる場合、燃焼ガス流路を通る燃焼ガスの温度が低下すると、燃焼ガス流路に凝縮水が発生する恐れがある。フランジ付近の燃焼ガス流路において、この凝縮水が発生しやすい。そのため、全周溶接部があるフランジ部には腐食が発生しやすい。
【０１６１】
フランジ部の腐食を抑制するために、フランジ部の板厚を厚くすることなどがあるが、金属使用量が増大する。その結果、燃料処理装置の熱容量が上がり、起動エネルギーなどのエネルギーロスが増大する。
【０１６２】
実施の形態２の燃料処理装置では、少なくとも内筒４１０または中筒４２０が、フランジ部の全周溶接を有さない。例えば、プレス絞り加工で一体的に作製される。このため、実施の形態２の燃料処理装置は腐食に対する耐久性が高い。フランジ部の全周溶接を有さないという構成は、実施の形態１の燃料処理装置にも適用されうる。
【０１６３】
（４）各構成部材の作製方法について
実施の形態２における燃料処理装置の構成部材のうち、少なくとも内筒４１０または中筒４２０は、全周溶接部を有さない。さらに、外筒４３０および燃焼筒４５０も、全周溶接部を有さないことが好ましい。すなわち、内筒４１０、中筒４２０、外筒４３０および燃焼筒４５０が、全周溶接部を有さないことが好ましい。
【０１６４】
ここで「全周溶接部」とは、２部材を接続する部分を全長に亘って一周するように溶接した部分を意味する。したがって「全周溶接部」とは、内筒４１０であれば、内筒底部４１７と内筒下部４１５とのつなぎ目であったり、内筒下部４１５と傾斜部Ａ４１１とのつなぎ目であったり、傾斜部Ａ４１１と内筒フランジ形状部４１３とのつなぎ目であったりする（図２３参照）。
【０１６５】
以下において、内筒４１０を例にして作製方法を説明するが、中筒４２０、外筒４３０、燃焼筒４５０においても同様の作製方法が適用されうる。
【０１６６】
各部位が全周溶接部を有さない内筒４１０は、切削加工またはプレス絞り加工によって作製され得るが、コストの観点からプレス絞り加工によって作製されることが好ましい。具体的には、内筒４１０は、１枚の金属板をプレス絞り加工することによって一体的に作製（以下単に「プレス絞り加工で一体的に作製」とも称する）されることが好ましい。ここで「プレス絞り加工」とは、金属塑性加工の１種で、１枚の板状の素材を変形させて一度に器状にする加工方法を意味する。このように、本発明では、内筒４１０の各部位を、溶接によって接合することはない。
【０１６７】
プレス絞り加工で作製される内筒４１０の材料となる金属板の厚さは、例えば０．８〜１．５ｍｍである。材料となる金属板の厚さよりも、プレス絞り加工による加工品の厚さが薄くなる。金属板の厚さが０．８ｍｍ未満であると、内筒４１０の厚さが薄くなりすぎる恐れがある。内筒４１０の厚さが薄すぎると、燃料処理装置の運転時に高温状態での強度が確保できず、破壊する恐れがある。
【０１６８】
また、金属板の材料は、高温耐久性と耐酸化性、耐腐食性の観点から、ステンレス鋼であることが好ましい。上述のように燃料処理装置は、運転時に高温になるので、筒体を構成する金属板の材料を、高温耐久性が高いステンレス鋼とすることで、燃料処理装置の耐久性が高まる。
【０１６９】
ステンレス鋼にはオーステナイト系ステンレス鋼とフェライト系ステンレス鋼があり、一般的には、成形性の良いオーステナイト系ステンレス鋼を用いることが多い。一方で、コストの観点からは、より低コストであるフェライト系ステンレス鋼を用いることが好ましい。実施の形態２の燃料処理装置の内筒は、絞り加工が容易になるように、筒体の軸方向の長さＬと径方向の長さＤの比Ｌ／Ｄを小さくなるように設計されている。そのため、フェライト系ステンレス鋼の金属板を材料として用いても問題なく成形加工できる。よって、より低コストのフェライト系ステンレス鋼を用いることができる。
【０１７０】
図２７に内筒４１０をプレス絞り加工で一体的に作製する手順を示す。まず、図２７Ａにおいて、一枚の金属板をプレス絞り加工することで、内筒底部４１７と内筒下部４１５を成形する。このときの絞り率は、本実施例においては０．５程度であり１〜２工程で成形可能である。
【０１７１】
「絞り率」とは、プレス絞り加工でよく用いられる数値であり；ここでは、加工前の板（ブランク）の径に対する、加工後の円筒の径の比である。絞り率の下限は被加工材質によって決まっており、ステンレス鋼の絞り率の下限は０．５〜０．５５となる。これより小さい値にまでプレス絞り加工を行うと被加工材が破れたりする。そのため、プレス絞り加工を複数工程に分けて行うことになる。２工程目以降の、加工前の円筒の径に対する、加工後の円筒の径の比を「再絞り率」と称する。ステンレス鋼の再絞り率の下限は０．８〜０．８５である。
【０１７２】
また、プレス絞り加工では、必然的に被加工部材の板厚が減少する。多工程の絞り加工を行う場合には、加工ごとに板厚が減少する。そのため、あらかじめ板厚減少を見越して、厚い材料を用いないと、加工後に必要とする強度を得られなくなる。したがって、軸方向の長さＬと径方向の長さＤの比Ｌ／Ｄが大きいほど、プレス絞り加工が難しく、高コストとなる。
【０１７３】
従来の燃料処理装置においては、燃料処理装置自体のＬ／Ｄが大きいため、それに応じて、構成する部品のＬ／Ｄも大きくなる。比較例として、図３１に示される燃料処理装置の中筒２０のＬ／Ｄは約２．５、内筒１０のＬ／Ｄは約Ｌ／Ｄ≒５である。中筒２０をプレス絞り加工する場合の工程数はおよそ５工程以上、内筒１０をプレス絞り加工する場合の工程数はおよそ８工程以上となる。そのため、多くの金型面数が必要となり、結果的に複数部品を全周溶接する場合に比べて大幅にコストが高くなる。また、板厚減少のため、厚い板を用いる必要があり、熱容量が大きくなるため、燃料処理装置のエネルギーロスが大きくなる。
【０１７４】
実施の形態２の燃料処理装置の内筒４１０および中筒４２０には、それぞれ傾斜部Ａ４１１および傾斜部Ｂ４２１がある。そのため、内筒４１０および中筒４２０のＬ／Ｄが小さくなっている。その結果、プレス絞り加工の絞り率が小さくなり、加工が容易である。
【０１７５】
次に、図２７Ｂに示されるように、傾斜部Ａ４１１を成形する。傾斜面の角度は、内筒４１０の中心軸に対して片側：１５°〜７５°であることが好ましく、さらに好ましくは４０°〜６０°である。それにより、プレス絞り加工時に精度良く加工を行うことができる。
【０１７６】
続いて、図２７Ｃに示されるように、内筒フランジ形状部４１３を成形する。最後に、外周のトリムや穴加工を行い、図２３に示される内筒４１０を得る。内筒フランジ形状部４１３は、溶接により生じるアンダーカットを有さない。後述するように、燃料処理装置の組み立てにおいて、外筒４３０を、内筒４１０と中筒４２０との接合物にはめ込むことができるため、内筒フランジ形状部４１３を傾斜部４１１と一体的に製作することが可能である。
【０１７７】
このように、実施の形態２の燃料処理装置の内筒４１０は、傾斜部Ａ４１１を有し、内筒フランジ形状部４１３にアンダーカットや組み立て時の干渉がないことから、プレス絞り加工により一体的に作製することが可能になる。また、内筒４１０のＬ／Ｄが小さいことから、少ない工程数で、精度良く、容易に内筒４１０を作製することができる。
【０１７８】
実施の形態２の燃料処理装置４００は、構成部材である筒体が、全周溶接部を有しないので、腐食に対する耐久性が高く、製品寿命が長い。また、温度変化に対する耐久性も高く、この点でも製品寿命が長い。また、容易な加工で作製可能であり、部品点数を少なくできるため、低コストかつ少ない労力で製作することができる。
【０１７９】
（５）燃料処理装置の組み立てについて
次に、本発明の燃料処理装置の組み立て手順を説明する。まず、内筒４１０と中筒４２０とを組み合わせる（重ね合わせる）。蒸発部５１０に螺旋流路を構成するために、例えば、内筒４１０と中筒４２０との間にらせん形状の丸棒を設置する。
【０１８０】
内筒４１０と中筒４２０とは、それぞれのフランジ形状部同士を接合すればよい。接合方法は真空ロウ付けが望ましい。また、内筒４１０と中筒４２０との間に形成される螺旋状流路と、内筒４１０および中筒４２０とを真空ロウ付けしてもよい。螺旋状流路に短絡が発生することを防止できる。
【０１８１】
内筒４１０と中筒４２０とを真空ロウ付けするときに、同時に原料ガス供給口５５１のパイプ部材、改質水供給口５５２のパイプ部材をロウ付けしてもよい。さらに、燃焼筒４５０と内筒４１０とを同時に真空ロウ付けしてもよい。
【０１８２】
また、燃焼ガス排出口５５５のパイプも同時に真空ロウ付けすることができる。こうして多くの接合箇所を同時に真空ロウ付けすることで、全周溶接箇所や手溶接の箇所を減らすことができる。そのため、製作時の労力を下げることができ。さらに、溶接時の熱ひずみによる形状ばらつきや、溶接ミスによる部品ロスを無くすことができる。その結果、より低コストで燃料処理装置を作製できる。
【０１８３】
次に、内筒下部４１５と中筒下部４２５とによって形成された空間に改質触媒を充填し、改質部５２０を構成する。このとき、改質触媒は図２の矢印Ｂ方向（底部側）から充填が可能である。
【０１８４】
改質部５２０を構成した内筒４１０と中筒４２０との接合物の中筒４２０に、変成部５３１と選択酸化部５３３とが構成された外筒４３０を、全周溶接などにより接合する。改質部５２０の最大径よりも、変成部５３１の最小径が大きい。そのため、図２２の矢印Ｂ方向（底部側）から、外筒４３０を、内筒４１０と中筒４２０との接合物にはめ込むことができる。その結果、発熱反応を伴う触媒を含む変成部５３１や選択酸化部５３３が、蒸発部５１０の近傍に配置される。
【０１８５】
従来の燃料処理装置１（図３１参照）のように、改質部１５の最大径が、変成部２３の最内径より大きいと、底部側から、外筒３０を、内筒１０と中筒２０との接合物にはめ込むことができない。そのため、天面側から、外筒３０を、内筒１０と中筒２０との接合物を覆うようにはめ込み；その後、フランジ形状部（例えば、原料注入口や廃棄ガス排気口など）を組み立てる必要があった（図３１参照）。
【０１８６】
実施の形態２の燃料処理装置の内筒４１０や中筒４２０などが、フランジ形状部の全周溶接を有さず、フランジ形状部まで、プレス絞り加工により一体的に作製される。そのため、腐食に対する耐久性が高く、信頼性が高い。
【０１８７】
実施の形態２の燃料処理装置は、高温部に全周溶接部を有さないため、起動と停止の繰り返しに対する耐久性が高く、信頼性が高い。また、実施の形態２の燃料処理装置は、溶接箇所が少ないので、熱ひずみによるばらつきや、溶接ミスによる部品ロスが少ない。そのため、燃料処理装置をより低コストで安定して製作することができ、量産に向いている。
【０１８８】
さらに、内筒４１０、中筒４２０、外筒４３０、燃焼筒４５０のＬ／Ｄ比が小さいため、これらをプレス絞り加工により一体的に製作することができる。そのため、原料の金属板の板厚を厚くする必要がない。よって、燃料処理装置の材料費が低減され、燃料処理装置の熱容量が低く、エネルギーロスが少ない。
【０１８９】
（実施の形態２の変形例１）
図２９は、実施の形態２の燃料処理装置の第１の変形例（変形例１）の縦断面図である。図２９において、図２２〜２７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１９０】
実施の形態２の変形例１における燃料処理装置では、中筒４２０の傾斜部４２１ａに、蒸発部５１０の流路を構成するための、らせん状に延びる凸部が成形されている。燃料処理装置の組み立て時に、傾斜部４２１ａの凸部の先端と、内筒４１０における傾斜部４１１とが密着する。それにより、傾斜面に沿って螺旋状に進む螺旋状の流路が構成される。
【０１９１】
このとき、傾斜部４２１ａの凸部の先端と、内筒４１０における傾斜部４１１とを密着させるために、拡管または縮管を行う必要がない。
【０１９２】
傾斜部４２１ａの凸部の先端と、内筒４１０における傾斜部４１１との密着部はロウ付けすることが好ましい。ロウ付けすることで、より確実な密着が実現できる。
【０１９３】
中筒４２０のプレス絞り加工による傾斜面４２１ａを成形すれば、溶接によるアンダーカットが発生せず、加工深さも小さくなる。そのため、成形が容易であり、成形ばらつきを小さくすることができる。
【０１９４】
傾斜面Ａ４１１の傾き角度と、（凸部を除く）傾斜面４２１ａの傾き角度とは、同一であることが好ましい。傾き角度は、中心軸に対して：１５°〜７５°であることが望ましい。傾き角度が１５°より小さいと、傾斜面Ａ４１１と傾斜面４２１ａを密着させることが困難になる場合がある。傾き角度が７５°より大きいと、蒸発部５１０の流路を、重力によって改質水を流すことが難しくなる。さらに望ましくは、中心軸に対しての傾き角度を４０°〜６０°とすることで、より成形しやすく、蒸発部５１０において改質水が効率的に流れるようになる。
【０１９５】
このような形態を取ることで、実施の形態１のように、らせん形状の丸棒などを用いる必要がなくなり、部品点数を削減することができる。また、らせん流路の位置が、組み立て時に、設計からずれにくくなり、ばらつきが少なくなる。さらに、変成部５３１や選択酸化部５３３と蒸発部５１０との接触面積を増やすことができる。そのため、変成反応や選択酸化反応により発熱した熱を、効率的に蒸発部５１０に伝えることができる。また、触媒を適温に保ちやすくなる。
【０１９６】
（実施の形態２の変形例２）
図３０は、実施の形態２の燃料処理装置の第２の変形例（変形例２）の縦断面図である。図３０において、図２２〜２７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。さらに、実施の形態２の変形例１と共通する構成は説明を省略する。
【０１９７】
実施の形態２の変形例２における燃料処理装置では、内筒４１０の傾斜部４１１ａに、蒸発部５１０の流路を構成するために、らせん状に延びる凸部が成形されている。燃料処理装置の組み立て時に、傾斜部Ａ４１１ａの凸部の先端と、中筒４２０における傾斜部４２１とが密着する。それにより、傾斜面に沿って螺旋状に進む螺旋状の流路が構成される。
【０１９８】
このような形態を取ることで、実施の形態２のようにらせん形状の丸棒などを用いる必要がなくなり、部品点数を削減することができる。また、らせん流路の位置が、組み立て時に、設計からずれにくくなり、ばらつきが少なくなる。さらに、燃焼ガス流路５４５と蒸発部５１０との接触面積を増やすことができる。そのため、燃焼ガスの熱を十分に蒸発部５１０に伝えることができる。その結果、系外への放熱を抑制することができ、燃料電池システムとしての効率が上がる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明は、燃料電池システムに用いられ、発電スタックに水素ガスを供給する燃料処理装置に適用できる。
【符号の説明】
【０２００】
１０  燃焼部
３０  蒸発部
３１  流路
４０  改質部
５０  第１変成部
６０  第２変成部
７０  選択酸化部
９０  改質水タンク
３０２  下蓋（投入口を塞ぐ蓋に相当）
３１０  内周部材（第１部材に相当）
３１１、３１１Ａ〜３１１Ｄ、３２１、３２１Ａ〜３２１Ｄ  傾斜部
３１２  内筒部
３２０  外周部材（第２部材に相当）
３２２  外筒部
Ｖ１〜Ｖ５  凹状溝
１，４００  燃料処理装置
１０，１１０，４１０  内筒
４１１  傾斜部Ａ
４１１ａ  傾斜部Ａ’（らせん流路有り）
４１３  内筒フランジ形状部
４１５  内筒下部
４１７  内筒底部
２０，１２０，４２０  中筒
４２１  傾斜部Ｂ
４２１ａ  傾斜部Ｂ’（らせん流路有り）
４２３  中筒フランジ形状部
４２５  中筒下部
３０，１３０，４３０  外筒
４３１  傾斜部Ｃ
４３３  外筒フランジ形状部
４３５  外筒下部
４３７  外筒底部
１５０，４５０  燃焼筒
４５１  傾斜部Ｄ
４５３  燃焼筒フランジ形状部
４５５  燃焼筒下部
１１５，５００  加熱部
２１０，５１０  蒸発部
１５，５２０  改質部
５２５  改質ガス流路
５３０  一酸化炭素除去部
２３，５３１  変成部
５３３  選択酸化部
１１７，５４５  燃焼ガス流路
５５１  原料ガス供給口
５５２  改質水供給口
５５３  空気供給口
５５４  燃料ガス排出口
５５５  燃焼ガス排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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