(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナを用いて原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
筒状を呈しその筒内に前記改質器が位置するように前記改質器と一体に設けられ、前記改質器で生成した前記改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、
筒状を呈しその筒内に前記改質器が位置するように前記改質器に一体に設けられ、前記改質ガスの一酸化炭素を選択的に酸化させてＣＯを除去するＣＯ除去器と、を備えた燃料電池システムであって、
前記ＣＯ変成器及び前記ＣＯ除去器は、前記バーナの排気ガスによって昇温可能に構成され、
前記改質器と前記ＣＯ変成器との間において前記ＣＯ変成器の内周面に隣接されつつ延びると共に、前記改質器と前記ＣＯ除去器との間において前記ＣＯ除去器の内周面に隣接されつつ延びる流路が設けられており、
前記ＣＯ変成器及び前記ＣＯ除去器は、前記流路に前記バーナの排気ガスが流通されることにより昇温されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記ＣＯ変成器と前記ＣＯ除去器とは、互いに同軸で且つ軸方向に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ＣＯ変成器の外径と前記ＣＯ除去器の外径とは、互いに等しいことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記バーナの排気ガスと水との間で熱交換を行う熱交換部を有しており、
前記熱交換部における水流路の少なくとも一部は、前記ＣＯ変成器に導入される前記改質ガスと熱交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水流路に接続され、システム始動時において前記水を前記熱交換部に流入しないようバイパスさせるバイパス流路を有することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ＣＯ変成器及び前記ＣＯ除去器の少なくとも一方を冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段は、前記ＣＯ変成器及び前記ＣＯ除去器の少なくとも一方を囲繞するように設けられた冷却ジャケットであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記冷却手段内には、複数の区画が画設されるように仕切りが設けられており、
前記複数の区画は、前記ＣＯ変成器及び前記ＣＯ除去器の少なくとも一方における前記改質ガスの導入側部分及び導出側部分に対応する位置に、少なくとも配置されていることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却手段は、冷却媒体が上方側から導入されて下方側から導出されるものであって、
前記複数の区画は、上下方向に沿って並設されていると共に、液体がその表面張力で落下しないような所定の大きさの隙間を介して互いに通じていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムとしては、バーナを用いて灯油や液化石油ガス等の原燃料を改質することにより水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、改質器で生成した改質ガス中の一酸化炭素を変成することにより改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、ＣＯ変成器で低下させた改質ガスの一酸化炭素濃度をさらに低下させるＣＯ除去器と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料電池システムでは、ＣＯ変成器を囲繞するようにシーズヒータ等のヒータが設けられており、例えばシステム始動時において、ヒータによる加熱でＣＯ変成器を昇温することが図られている。また、このような燃料電池システムでは、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器の少なくとも一方の冷却を図るため、これらに冷却手段が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８７８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年、一般家庭への燃料電池システムの普及が益々進む中、上述したような燃料電池システムにおいては、さらなるコストダウンが強く望まれている。そこで、本発明は、コストダウンが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。【０００５】
また、上述したような燃料電池システムでは、さらなる小型化が強く望まれている。そこで、本発明は、小型化が可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。【０００６】
また、上述したような燃料電池システムでは、システム構成の高効率化を図り、ひいては、小型化及び低コスト化を可能とすることが強く望まれている。そこで、本発明は、システム構成の高効率化が可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。【０００７】
また、上述したような燃料電池システムでは、構造を簡易化し、コストダウン及び信頼性の向上を図ることが要求されている。そこで、本発明は、構造を簡易化することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、バーナを用いて原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、筒状を呈しその筒内に改質器が位置するように改質器に一体に設けられ、改質器で生成した改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、を備えた燃料電池システムであって、ＣＯ変成器は、バーナの排気ガスによって昇温可能に構成されていることを特徴とする。【０００９】
この燃料電池システムでは、例えばシステム始動時において、バーナの排気ガスでＣＯ変成器を加熱して昇温させることができる。よって、ＣＯ変成器を昇温させるためにシーズヒータ等のヒータを別途に備える必要がなく、燃料電池システムのコストダウンが可能となる。【００１０】
また、改質器とＣＯ変成器との間には、流路が設けられており、ＣＯ変成器は、流路にバーナの排気ガスが流通されることにより昇温されることが好ましい。このように構成することで、バーナの排気ガスでＣＯ変成器を好適に加熱することができ、よって、燃料電池システムのコストダウンを可能とするという上記作用効果を好適に発揮させることができる。【００１１】
また、本発明に係る燃料電池システムは、バーナを用いて原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、筒状を呈しその筒内に改質器が位置するように改質器と一体に設けられ、改質器で生成した改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、改質ガスの一酸化炭素を選択的に酸化させてＣＯを除去するＣＯ除去器と、を備えた燃料電池システムであって、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器は、バーナの排気ガスによって昇温可能に構成されていることを特徴とする。【００１２】
この燃料電池システムでは、例えばシステム始動時において、バーナの排気ガスでＣＯ変成器及びＣＯ除去器を加熱して昇温させることができ、よって、燃料電池システムのコストダウンが可能となる。【００１３】
また、改質器とＣＯ変成器との間、及び改質器とＣＯ除去器との間には、流路が設けられており、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器は、流路にバーナの排気ガスが流通されることにより昇温されることが好ましい。このように構成することで、バーナの排気ガスでＣＯ変成器及びＣＯ除去器を好適に加熱することができ、よって、燃料電池システムのコストダウンを可能とするという上記作用効果を好適に発揮させることができる。【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、筒状を呈しその筒内に改質器が位置するように改質器に一体に設けられ、改質器で生成した改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、筒状を呈しその筒内に改質器が位置するように改質器に一体に設けられ、ＣＯ変成器で低下させた改質ガスの一酸化炭素濃度をさらに低下させるＣＯ除去器と、を備えたことを特徴とする。【００１５】
この燃料電池システムでは、ＣＯ変成器を筒状に構成して該ＣＯ変成器を改質器と一体化させているだけでなく、ＣＯ除去器をも筒状に構成して該ＣＯ除去器を改質器と一体化させている。よって、燃料電池システムを省スペース化することができ、その結果、燃料電池システムの小型化が可能となる。【００１６】
また、ＣＯ変成器とＣＯ除去器とは、互いに同軸で且つ軸方向に並ぶように配置されている場合がある。このとき、ＣＯ変成器の外径とＣＯ除去器の外径とは、互いに等しい場合がある。これらの場合、燃料電池システムを一層省スペース化することができ、燃料電池システムの一層の小型化が可能となる。【００１７】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、バーナを用いて原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、筒状を呈しその筒内に改質器が位置するように改質器に一体に設けられ、改質器で生成した改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、を備えた燃料電池システムであって、バーナの排気ガスと水との間で熱交換を行う熱交換部を有しており、熱交換部における水流路の少なくとも一部は、ＣＯ変成器に導入される改質ガスと熱交換可能に構成されていることを特徴とする。【００１８】
この本発明の燃料電池システムでは、バーナ排気ガスとの間で熱交換させる熱交換部の水でもって、ＣＯ変成器に導入される改質ガスと熱交換することもできる。つまり、かかる熱交換部において流通する水が、排気ガスに対する熱交換用と改質ガスに対する熱交換用とで兼用されることとなる。その結果、本発明によれば、システム構成の高効率化を実現することが可能となる。【００１９】
このとき、水流路に接続され、システム始動時において水を熱交換部に流入しないようバイパスさせるバイパス流路を有する場合がある。システム始動時には、ＣＯ変成器を昇温させるため、ＣＯ変成器に導入される改質ガスの温度は比較的高いほうが望ましい。この点、上記のようにバイパス流路を有する場合、システム始動時にバイパス流路で水をバイパスさせることにより、熱交換部にて行われる水と改質ガスとの熱交換（つまり、改質ガスの冷却）を抑制することができ、改質ガスの温度を低下しないよう維持させることができる。【００２０】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、筒状を呈しその筒内に改質器が位置するように改質器に一体に設けられ、改質器で生成した改質ガスの一酸化炭素濃度を低下させるＣＯ変成器と、ＣＯ変成器で低下させた改質ガスの一酸化炭素濃度をさらに低下させるＣＯ除去器と、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器の少なくとも一方を冷却する冷却手段と、を備えた燃料電池システムであって、冷却手段は、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器の少なくとも一方を囲繞するように設けられた冷却ジャケットであることを特徴とする。【００２１】
この燃料電池システムでは、冷却手段として冷却ジャケットが用いられているため、冷却手段として冷却コイル（すなわち、コイル状に形作った管内に液体を流通させて冷却する冷却構造）を用いた場合に比べ、冷却構造を単純化することができ、その結果、燃料電池システムの構造を簡易化することが可能となる。【００２２】
また、ＣＯ除去器は、筒状を呈し、その筒内に改質器が位置するように改質器に一体に設けられていることが好ましい。この場合、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器及び冷却手段が一体に構成されることになり、燃料電池システムの小型化が可能となる。【００２３】
また、冷却手段内には、複数の区画が画設されるように仕切りが設けられており、複数の区画は、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器の少なくとも一方における改質ガスの導入側部分及び導出側部分に対応する位置に、少なくとも配置されていることが好ましい。この場合、複数の区画に冷却水等の冷却媒体を滞留させることができ、その結果、冷却が特に必要な導入側部分及び導出側部分を好適に冷却することが可能となる。【００２４】
このとき、冷却手段は、冷却媒体が上方側から導入されて下方側から導出されるものであって、複数の区画は、上下方向に沿って並設されていると共に、液体がその表面張力で落下しないような所定の大きさの隙間を介して互いに通じていることが好ましい。この場合、各区画において、液状の冷却媒体を滞留させてＣＯ変成器及びＣＯ除去器の少なくとも一方を冷却できると共に、熱交換されて気化した冷却媒体を、隙間を介して後段へと流通させることができる。従って、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器の少なくとも一方を一層好適に冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、燃料電池システムのコストダウンが可能となる。また、本発明によれば、燃料電池システムの小型化が可能となる。また、本発明によれば、システム構成の高効率化が可能となる。また、本発明によれば、燃料電池システムの構造を簡易化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池システムのＦＰＳを示す概略正面図である。
【図３】図２のＦＰＳの一部を断面化した概略正面図である。
【図４】図２のＦＰＳのプロセスフローを示す図である。
【図５】図２のＦＰＳの分散板を示す平面図である。
【図６】図２のＦＰＳの他の例における一部を断面化した概略正面図である。
【図７】図３のＦＰＳの改質ガス導入部周辺を拡大して示す概略正面図である。
【図８】図２のＦＰＳの冷却ジャケットを示す概略断面図である。
【図９】（ａ）は図２のＦＰＳの冷却ジャケットの他の例を示す概略断面図、（ｂ）は図２のＦＰＳの冷却ジャケットのさらに他の例を示す概略断面図である。
【図１０】図２のＦＰＳのさらに他の例のプロセスフローを示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムにおけるＦＰＳの一部を断面化した概略正面図である。
【図１２】図１１のＦＰＳのプロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、「上」「下」の語は、鉛直方向の上下方向に対応するものである。
【００２８】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム１は、脱硫器２、ＦＰＳ（燃料処理システム）３及び燃料電池４を備え、これらが筐体５に収容されている。この燃料電池システム１は、家庭用の電力供給源として利用されるものであり、原燃料として、液化石油ガス（ＬＰＧ）が用いられる。
【００２９】
脱硫器２は、外部から導入（流入）された原燃料に対し、脱硫触媒によって脱硫を施して硫黄分を除去し、この硫黄分を除去した原燃料をＦＰＳ３へ供給する。ＦＰＳ３は、原燃料及び改質水（水）から改質ガスを生成し、この生成した改質ガスを燃料電池４へ供給する。また、ＦＰＳ３は、燃料電池４で使用されなかったオフガス(燃料電池４では水素のみが消費されるために反応に使用されない残ガス)オフガスを利用し、改質ガスを生成する。
【００３０】
燃料電池４は、複数の電池セルが積層されたスタック構造として構成されている。各電池セルは、アノード、カソード、及びそれらの間に配置された高分子膜を有している。燃料電池４の各電池セルでは、アノードに供給された改質ガス中の水素とカソードに供給された空気中の酸素とが電気化学反応を起こして、直流の電力が発生する。燃料電池４で発生した電力は、コンバータ６及びインバータ７を介して、家庭に供給される。コンバータ６は、直流の電力を変圧し、インバータ７は、変圧された電力を直流から交流に変換する。
【００３１】
図２は、図１の燃料電池システムのＦＰＳを示す概略正面図であり、図３は、図２のＦＰＳの一部を断面化した概略正面図である。図２，３に示すように、ＦＰＳ３は、改質器１１、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を備え、これらが一体で構成されている。
【００３２】
改質器１１は、中心軸を軸Ｇとする円柱状の外形を呈しており、原燃料を水蒸気改質させる改質触媒１４と、改質触媒１４を加熱するための熱源としてのバーナ１５と、を有している。この改質器１１は、水素を含有する改質ガスを生成し、生成した改質ガスをＣＯ変成器１２へ供給する。
【００３３】
バーナ１５は、改質器１１の下端部に配設されている。このバーナ１５の上部には、該バーナ１５で生成される火炎を取り囲むように、軸Ｇを中心軸とする筒状の燃焼筒１６が設けられている。改質触媒１４は、軸Ｇを中心軸とする筒状を呈し、改質器１１の軸方向中央部において燃焼筒１６の径方向外側に配設されている。
【００３４】
バーナ１５、燃焼筒１６及び改質触媒１４の径方向外側には、これらを覆うように断熱材１７が設けられている。また、改質器１１の改質触媒１４の上方には、改質触媒１４から導入された改質ガスと改質水との間で熱交換を行う熱交換器１８が配設されている。断熱材１７の上方には、バーナ１５による排気ガス（以下、単に「排気ガス」という）と改質水との間で熱交換を行う熱交換器（熱交換部）１９が配設されている。
【００３５】
この改質器１１は、燃焼筒１６と改質触媒１４との間を通ると共に改質触媒１４及び熱交換器１８と断熱材１７及び熱交換器１９との間を通る流路Ｌ１を有している。この流路Ｌ１は、燃焼筒１６から導出された排気ガスを、熱交換器１９へ流通させる。さらにまた、改質器１１は、断熱材１７及び熱交換器１９の径方向外側にて上下に延びる流路Ｌ２を有している。この流路Ｌ２は、熱交換器１９から導出された排気ガスを、排気ガスと改質水との間で熱交換を行う熱交換器２１に配管２０を介して流通させる。
【００３６】
ＣＯ変成器１２は、中心軸を軸Ｇとする筒状を呈し、その筒内に改質器１１が位置するように該改質器１１に一体に設けられている。ＣＯ変成器１２は、改質器１１の外周の軸方向中央部から上端部近傍に亘る部分を囲繞するように配設されている。このＣＯ変成器１２は、改質器１１から供給された改質ガスの一酸化炭素濃度（ＣＯ濃度）を低下させるため、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水素シフト反応させて、水素及び二酸化炭素に転換する。そして、ＣＯ変成器１２は、一酸化炭素濃度を低下させた改質ガスをＣＯ除去器１３へ供給する。
【００３７】
なお、ＣＯ変成器１２における上方の改質ガス導入口には、分散板３０が設けられている。一方、下方の改質ガス導出口には、分散板３１が設けられている。これにより、ＣＯ変成器１２に対し導出入する改質ガスの流量が制御される。
【００３８】
このＣＯ変成器１２の上部空間には、ＣＯ変成器１２に改質ガスを導入するための空間として、配管２２を介して上記熱交換器１８と接続された改質ガス導入部２３が設けられている。この改質ガス導入部２３は、熱交換器１９の改質水の流路の一部と熱的に接しており、これにより、改質ガスと改質水との間で熱交換可能となっている。
【００３９】
ＣＯ除去器１３は、中心軸を軸Ｇとする筒状を呈し、その筒内に改質器１１が位置するように該改質器１１に一体に設けられている。ＣＯ除去器１３は、改質器１１の外周の軸方向中央部から下端部近傍に亘る部分を囲繞するように配設されている。このＣＯ除去器１３は、改質ガスの一酸化炭素濃度をさらに低下させるために、改質ガスに含まれる一酸化炭素と導入管Ｐから導入される空気とを反応させ選択的に酸化して二酸化炭素に転換する。そして、ＣＯ除去器１３は、一酸化炭素濃度をさらに低下させた改質ガスを後段の燃料電池４へ供給する。
【００４０】
また、ＦＰＳ３は、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を冷却する冷却手段として、ＣＯ変成器１２の外周及びＣＯ除去器１３の外周を囲繞するように設けられた円筒状の冷却ジャケット２４ａ，２４ｂを備えている。冷却ジャケット２４ａは、熱交換器２１から導入された改質水（冷却媒体）をその内部にて流通させた後、この改質水を冷却ジャケット２４ｂへと導出する。冷却ジャケット２４ｂは、冷却ジャケット２４ａから導入された改質水をその内部にて流通させた後、この改質水を熱交換器１８へと導出する。
【００４１】
図４は、図２のＦＰＳのプロセスフローを示す図である。図３，４に示すように、ＦＰＳ３においては、空気と原燃料又はオフガスとがバーナ１５に供給されて燃焼され、かかる燃焼によって改質触媒１４が加熱される。このバーナ１５の排気ガスＲ１は、流路Ｌ１を流通し、熱交換器１９へ導入されて冷却される。
【００４２】
熱交換器１９から導出された排気ガスＲ１は、流路Ｌ２を流通することでＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を加熱して昇温する。そして、排気ガスＲ１は、配管２０を介して熱交換器２１へ導入されて冷却された後、ＦＰＳ３の外部へと排出される。
【００４３】
これと共に、弁３２が「開」で弁３３が「閉」のとき、熱交換器１９で改質水Ｒ２が排気ガスＲ１により加熱され、この改質水Ｒ２が熱交換器２１に導入されて排気ガスＲ１によりさらに加熱される。なお、このとき、上述したように、熱交換器１９においては、改質水Ｒ２の流路の一部が改質ガス導入部２３に接していることから、改質水Ｒ２が改質ガスＲ３によっても加熱される（改質ガスＲ３が改質水Ｒ２で冷却される）。一方、弁３２が「閉」で弁３３が「開」のとき、改質水Ｒ２がそのまま熱交換器２１に導入され、排気ガスＲ１により加熱される。
【００４４】
熱交換器２１から導出された改質水Ｒ２は、冷却ジャケット２４ａ，２４ｂをこの順に流通し、ＣＯ除去器１３及びＣＯ変成器１２により加熱される（ＣＯ除去器１３及びＣＯ変成器１２を冷却する）。その後、改質水Ｒ２は、熱交換器１８に導入されて改質ガスＲ３により加熱される。そして、改質水Ｒ２は、最終的に気化され水蒸気となった状態で、配管２６に導入されて原燃料に混入される。
【００４５】
以上に併せ、配管２６によって原燃料が上方から改質器１１に導入されると共に、水蒸気となった改質水Ｒ２がこの原燃料に熱交換器１８から混入される。そして、水蒸気を含む原燃料は、バーナ１５で加熱された改質触媒１４により水蒸気改質され、改質ガスＲ３として熱交換器１８に導入される。
【００４６】
熱交換器１８に導入された改質ガスＲ３は、改質水Ｒ２により冷却され、その後、配管２２及び改質ガス導入部２３を介してＣＯ変成器１２に導入される。このとき、改質ガス導入部２３では、熱交換器１９にて流通する改質水Ｒ２によっても改質ガスＲ３が冷却される。そして、改質ガスＲ３は、ＣＯ変成器１２によってその一酸化炭素濃度が例えば数１０％程度まで低下され、ＣＯ除去器１３によって導入管Ｐから導入された空気と反応してその一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下まで低下される。その後、改質ガスＲ３は、配管２５を介して後段の燃料電池４に供給される。
【００４７】
図５は、図２のＦＰＳの分散板を示す平面図である。図５に示すように、分散板３０，３１は、環状を呈し、例えば複数の貫通孔３５が形成されたパンチングメタルとされている。この分散板３０，３１は、その貫通孔３５の数及び位置を適宜設定することで、ＣＯ変成器１２を流通する改質ガスＲ３のガス流量を所望に制御すると共に、改質ガスＲ３を周方向に所望に分散させる。
【００４８】
ここでは、導入口側の分散板３０の貫通孔３５が、導出口側の分散板３１の貫通孔３５よりも多く形成されており、また、分散板３０では、改質ガスＲ３の流入側（図示上側）の貫通孔３５の数が、その反対側（図示下側）よりも少なくなっている。このような分散板３０，３１によれば、ＣＯ変成器１２において改質ガスＲ３が偏るのを防止でき、シフト反応を確実に生じさせて改質ガスＲ３の一酸化炭素濃度を効率的に低減できる。
【００４９】
ところで、一般的に、燃料電池システム１の始動時には、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を昇温させる必要があり、例えば、ＣＯ変成器１２が２００℃〜３００℃に昇温されると共に、ＣＯ除去器１３が１５０℃〜１８０℃に昇温されることがある。よって、従来の燃料電池システムでは、通常、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３の周囲に、シーズヒータ等のヒータが別途設けられる。
【００５０】
この点、本実施形態では、上述したように、改質器１１とＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３との間に流路Ｌ２が設けられており、この流路Ｌ２にバーナ１５の排気ガスＲ１が流通されている。具体的には、流路Ｌ２は、図３に示すように、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３の内周面に隣接されつつ、改質器１１の上下方向一端部から他端部に亘って真っ直ぐ延びている。これにより、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３は、その内側から排気ガスでもって好適に加熱（熱交換）されることとなる。
【００５１】
従って、本実施形態によれば、バーナ１５の排気ガスでＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を加熱して昇温させることができ、これらを昇温させるためのヒータを不要にできる。その結果、燃料電池システム１のコストダウンが可能となる。
【００５２】
なお、従来、改質触媒１４からＣＯ変成器１２の導入される改質ガスＲ３は、その脈動を抑制するために、空間（ボリューム）等に一旦流通させる必要があり、よって、例えば流路Ｌ２に改質ガスＲ３が流通される場合がある。これに対し、本実施形態では、上述したように、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を昇温させるために、流路Ｌ２に排気ガスＲ１が流通されている。このように、本実施形態で流路Ｌ２に排気ガスＲ１を流通させ得るのは、例えば次の理由による。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、ＣＯ変成器１２に分散板３０，３１が設けられていることから、ＣＯ変成器１２に導出入される改質ガスＲ３のガス流量を制御し且つ好適に分散させることができる。そのため、改質触媒１４からの改質ガスＲ３の脈動を抑制する必要性が低く、直接的にＣＯ変成器１２へ改質ガスＲ３を導入することができるためである。
【００５４】
ここで、本実施形態では、上述したように、改質器１１の外周面に対し、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３が一体化するように設けられている。図２に示すように、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３は、同軸で軸方向に並ぶように配置され、その外径が互いに略等しくされている。
【００５５】
このように、本実施形態においては、ＣＯ変成器１２を筒状に構成して該ＣＯ変成器１２を改質器１１と一体化させているだけでなく、ＣＯ除去器１３をも筒状に構成して該ＣＯ除去器１３を改質器１１と一体化させている。よって、燃料電池システム１を省スペース化することができ、その結果、燃料電池システム１の小型化が可能となる。
【００５６】
また、上述したように、ＣＯ変成器１２とＣＯ除去器１３とが、互いに同軸で且つ軸方向に並ぶように配置されている。さらに、ＣＯ変成器１２の外径とＣＯ除去器１３の外径とが、互いに等しくされている。よって、燃料電池システム１を一層省スペース化することができ、燃料電池システム１の一層の小型化が可能となる。
【００５７】
また、本実施形態のＣＯ除去器１３にあっては、従来のものに比べて設定耐久期間が向上され、改質器１１の設定耐久期間と等しい又はそれ以上とされている。これは、ＣＯ変成器１２の性能が向上し、ＣＯ変成器１２により改質ガス中のＣＯ濃度を充分に低減できる（０．５％以下まで）ことから、ＣＯ除去器１３の触媒劣化が低減されているためである。また、ＣＯ除去器１３自体においても、触媒の耐久性が向上されているためである。
【００５８】
なお、改質器１１とＣＯ除去器１３とが一体化されると、例えばＣＯ除去器１３のＣＯ除去触媒の劣化等のためにＣＯ除去器１３を交換する場合、その交換作業が煩雑になることが懸念される。この点、本実施形態では、前述のようにＣＯ除去器１３の設定耐久期間が改質器１１の設定耐久期間と等しい又はそれ以上であることから、ＣＯ除去器１３の交換作業自体を少なくすることができ、かかる懸念を回避することができる。
【００５９】
図７は、図２のＦＰＳの改質ガス導入部周辺を拡大して示す概略正面図である。図７に示すように、ＦＰＳ３では、上述したように、ＣＯ変成器１２に改質ガスを導入するための空間として、改質ガス導入部２３が配設されている。
【００６０】
改質ガス導入部２３は、ＣＯ変成器１２の上側（改質ガス導入口側）に位置している。改質ガス導入部２３及びＣＯ変成器１２の一部は、ＦＰＳ３上部に設けられた上記熱交換器１９に隣接するように設けられている。熱交換器１９は、排気ガスＲ１が流通するものとして上下に折り返すように延びる排気ガス流路１９ａと、改質水Ｒ２が流通するものとして排気ガス流路１９ａ上に設けられたコイル管（水流路）１９ｂと、を備えている。
【００６１】
このような熱交換器１９では、コイル管１９ｂの少なくとも一部が、ＣＯ変成器１２への改質ガスＲ３の流入流路である改質ガス導入部２３及びＣＯ変成器１２に対し熱交換可能に構成されている。換言すると、改質ガス導入部２３とコイル管１９ｂとが熱的に接触するよう互いに近接して配置されていると共に、ＣＯ変成器１２とコイル管１９ｂとが熱的に接触するよう互いに近接して配置されている。
【００６２】
以上に説明した本実施形態では、例えば通常運転時において、弁３２が「開」とされると共に弁３３が「閉」とされる。これにより、改質水Ｒ２が熱交換器１９のコイル管１９ｂを流通し、排気ガスＲ１と改質水Ｒ２との間で熱交換が行われる。
【００６３】
加えて、コイル管１９ｂを流通する改質水Ｒ２にあっては、改質ガス導入部２３に導入された改質ガスＲ３との間で熱交換を行い、該改質ガスＲ３によって加熱される。さらに、コイル管１９ｂを流通する改質水Ｒ２は、ＣＯ変成器１２（特に、ＣＯ変成触媒）との間で熱交換を行い、該ＣＯ変成器１２によって加熱される。すなわち、改質ガス導入部２３に導入された改質ガスＲ３及びＣＯ変成器１２が、コイル管１９ｂを流通する改質水Ｒ２によって冷却されることとなる（図示矢印Ｈ）。
【００６４】
他方、システム始動時においては、弁３２が「閉」とされると共に弁３３が「開」とされる。これにより、改質水Ｒ２が熱交換器１９に流入されないよう該改質水Ｒ２がバイパス流路４１（図３参照）でバイパスされ、改質水Ｒ２がそのまま熱交換器２１に導入される。その結果、コイル管１９ｂの改質水Ｒ２と改質ガスＲ３との熱交換が抑止されて改質ガスＲ３の冷却が抑制され、改質ガスＲ３の温度が低下しないよう維持されることとなる。
【００６５】
よって、本実施形態では、熱交換器１９にて排気ガスＲ１との間で熱交換する改質水Ｒ２でもって、ＣＯ変成器１２に導入される改質ガスＲ３と熱交換して該改質ガスＲ３を冷却することができる（矢印Ｈ）。すなわち、かかる熱交換器１９に流通する改質水Ｒ２が、排気ガスＲ１に対する熱交換用と改質ガスＲ３に対する熱交換用とで兼用されることとなる。その結果、システム構成の高効率化を実現することが可能となる。つまり、燃料電池システム１では、熱交換に係る効率を高め、ロスを極小化したシステム構成とすることができる。ちなみに、本実施形態では、熱交換器１９の改質水Ｒ２によってＣＯ変成器１２自体も冷却できるため、システム構成の一層の高効率化を実現できる。
【００６６】
なお、通常、システム始動時には、ＣＯ変成器１２を昇温させるため、ＣＯ変成器１２へ流入する改質ガスＲ３の温度は比較的高いほうが望ましい。この点において、本実施形態では、上述したように、システム始動時に改質水Ｒ２をバイパス流路４１でバイパスしてそのまま熱交換器２１に導入している。よって、システム始動時にてＣＯ変成器１２に導入される改質ガスＲ３の温度低下を抑制でき、始動性を高めることが可能となる。
【００６７】
ここで、本実施形態は、上述したように、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を冷却するジャケット式の熱交換器である冷却ジャケット２４ａ，２４ｂを備えている。図２に示すように、冷却ジャケット２４ａ，２４ｂは、その内部空間に改質水を通してＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３をそれぞれ冷却する。ここでの冷却ジャケット２４ａ，２４ｂは、その外径が互いに等しくされている。
【００６８】
冷却ジャケット２４ａは、ＣＯ除去器１３の外周面において下端から中央部に亘る領域を覆うように当接されている。換言すると、この冷却ジャケット２４ａは、ＣＯ除去器１３の外壁の少なくとも一部を２重構造にしてなるよう構成されている。冷却ジャケット２４ａでは、その上部（上方側）に導入管４１ａが設けられ、該導入管４１ａから改質水が導入されると共に、導入管４１ａとは軸Ｇを挟んで略反対側の下部（下方側）に導出管４２ａが設けられ、該導出管４２ａから改質水が導出される。
【００６９】
冷却ジャケット２４ｂは、ＣＯ変成器１２の外周面において上端部及び下端部を除く領域を覆うように設けられている。換言すると、この冷却ジャケット２４ｂは、ＣＯ変成器１２の外壁の少なくとも一部を２重構造にしてなるよう構成されている。冷却ジャケット２４ｂでは、その上部に導入管４１ｂが設けられ、該導入管４１ｂから改質水が導入されると共に、導入管４１ｂとは軸Ｇを挟んで略反対側の下部に導出管４２ｂが設けられ、該導出管４２ｂから改質水が導出される。
【００７０】
図８は、図２のＦＰＳ３の冷却ジャケット２４ｂを示す概略断面図である。図８に示すように、本実施形態の冷却ジャケット２４ｂ内には、第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが画設されるよう仕切り５２が設けられている。つまり、仕切り５２によって、上下方向（鉛直方向）に沿って並設された部屋である第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが冷却ジャケット２４ｂ内に設けられている。
【００７１】
第１区画５１ａは、ＣＯ変成器１２における改質ガスの導入側部分に対応する位置に配置されている。換言すると、ＣＯ変成器１２の改質ガス入口部１２ａに近接するように配設されている。第２区画５１ｂは、ＣＯ変成器１２における改質ガスの導出側部分に対応する位置に配置されている。換言すると、ＣＯ変成器１２の改質ガス出口部１２ｂに近接するように配設されている。
【００７２】
仕切り５２は、円環板状を呈し、冷却ジャケット２４ｂの径方向内側の内側壁５３に設けられている。ジャケット２４ｂの径方向外側の外側壁５４と、仕切り５２の径方向外側の端部との間には、所定幅（所定の大きさ）の隙間Ｍ１が形成されている。つまり、第１及び第２区画５１ａ，５１ｂは、環状に開くような隙間Ｍ１を介して、互いに連通している（通じている）。所定幅は、液体がその表面張力で落下しないような幅とされ、好ましいとして、例えば０．５ｍｍ以下とされている。ここでは、より好ましいとして、所定幅が０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とされている。
【００７３】
このように構成された冷却ジャケット２４ｂでは、導入管４１ｂから導入された改質水Ｒ２が、上段の第１区画５１ａに滞留（停留）される。このとき、仕切り５２と外側壁５４との間に隙間Ｍ１が形成されているが、上記のように液体がその表面張力のみで落下しない所定幅であることから、液状の改質水Ｒ２は流れ落ちずに貯留される。そして、滞留した改質水Ｒ２によってＣＯ変成器１２の改質ガス入口部１２ａが冷却されると共に、熱交換した改質水Ｒ２が気化されて蒸気となる。加えて、かかる気化によって第１区画５１ａ内の内圧が上昇する。これにより、この蒸気は、改質水Ｒ２の一部を伴って隙間Ｍ１を通り、下方へ流通される。
【００７４】
続いて、隙間Ｍ１を通過した蒸気の一部が液化して改質水Ｒ２となり、下段の第２区画５１ｂに滞留される。これと共に、蒸気と伴って隙間Ｍ１を通過した改質水Ｒ２が第２区画５１ｂに滞留される。そして、滞留した改質水Ｒ２によってＣＯ変成器１２の改質ガス出口部１２ｂが冷却されると共に、熱交換した改質水Ｒ２が気化されて蒸気となる。加えて、気化によって第２区画５１ｂ内の内圧が上昇する。これにより、この蒸気は、第１区画５１ａから流通した蒸気と共に改質水Ｒ２の一部を伴って隙間Ｍ１を通り、導出管４２ｂ（図２参照）へ向けて流通され、冷却ジャケット２４ｂ外へと導出される。
【００７５】
ところで、通常、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３の冷却手段としては、例えば制御性等の観点から、冷却コイルが用いられている。しかし、この場合、改質水Ｒ２を流通させるコイル状の配管をＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を覆うように巻回させる必要等があり、冷却構造が煩雑かつ複雑となることが懸念される。
【００７６】
この点、本実施形態では、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３の冷却手段として冷却ジャケット２４ａ，２４ｂが用いられているため、冷却構造を単純化することができる。その結果、燃料電池システムの構造を簡易化することが可能となる。
【００７７】
また、本実施形態では、上述したように、その筒内に改質器１１が位置されるようＣＯ除去器１３が改質器１１に一体に設けられており、改質器１１、ＣＯ変成器１２、ＣＯ除去器１３及び冷却ジャケット２４ａ，２４ｂが一体に構成されている。よって、燃料電池システム１の小型化が可能となる。
【００７８】
ここで、ＣＯ変成器１２における水素シフト反応に関しては、改質ガス入口部１２ａでは、反応が急速に進行している一方、改質ガス入口部１２ａと改質ガス出口部１２ｂとの間の改質ガス中間部１２ｃでは、比較的緩やかな反応になっている。また、改質ガス出口部１２ｂにおいては、触媒層の温度に依存する平衡温度になるため、できる限り温度を下げたほうが好ましい。
【００７９】
この点、本実施形態では、上述したように、仕切り５２によって、冷却ジャケット２４ｂ内に第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが設けられており、これら第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが、改質ガス入口部１２ａと改質ガス出口部１２ｂに対応する位置に配置されている。よって、第１及び第２区画５１ａ，５１ｂに改質水Ｒ２を滞留させ、冷却が特に必要な改質ガス入口部１２ａ及び改質ガス出口部１２ｂを好適に冷却することが可能となる。
【００８０】
すなわち、冷却ジャケット２４ｂ内において、改質ガス入口部１２ａ及び改質ガス出口部１２ｂに対応する位置では、改質水Ｒ２を集中させて冷却量（熱交換量）を高めている。そして、改質ガス中間部１２ｃに対応する位置では、水素シフト反応が緩慢であるために冷却量を比較的少なくしている。これにより、ＣＯ変成器１２特有の特徴に応じて該ＣＯ変成器１２を冷却することができ、改質ガスのＣＯ濃度を一層低下させることができる。
【００８１】
また、本実施形態では、上述したように、第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが、所定幅（液体がその表面張力で落下しないような所定の大きさ）の隙間Ｍ１を介して互いに通じている。よって、液状の改質水Ｒ２を第１及び第２区画５１ａ，５１ｂに滞留させると共に、蒸気を隙間Ｍ１を介して後段へと積極的に流通させることができる。その結果、改質ガス入口部１２ａ及び改質ガス出口部１２ｂを一層好適に冷却することが可能となる。
【００８２】
なお、ＣＯ除去器１３を冷却する冷却ジャケット２４ａ内においても、上記冷却ジャケット２４ｂと同様に、複数の第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが画設されるよう仕切り５２を設けても勿論よい。
【００８３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記第１実施形態に限定されるものではない。
【００８４】
例えば、改質器１１は、水蒸気改質するものに限定されず、部分酸化改質やオートサーマル改質するものであってもよく、原燃料として、灯油、天然ガス、都市ガス、メタノール或いはブタン等を用いるものであってもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、弁３２，３３を備えたが、これに代えて、三方弁を備えてもよい。また、燃料電池４は、固体高分子形に限定されず、アルカリ電解質形、リン酸形、溶融炭酸塩形或いは固体酸化物形等であってもよい。ちなみに、上記の「筒状」とは、略円筒状だけでなく、略多角筒状を含むものである。また、略円筒状及び略多角筒状とは、円筒状及び多角筒状に概略等しいものや円筒状及び多角筒状の部分を含むもの等の広義の円筒状及び多角筒状を意味している。
【００８６】
また、ＦＰＳの配置構成については、上記ＦＰＳ３を上下反転したような配置構成としてもよい。つまり、ＦＰＳとして、例えば図６に示すように、バーナ１５が下部に設置されて構成されたＦＰＳ４３を採用してもよく、かかる配置構成は限定されるものではない。
【００８７】
また、上記実施形態では、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３の双方を冷却ジャケット２４ａ，２４ｂで冷却したが、ＣＯ変成器及びＣＯ除去器の何れか一方を冷却ジャケットで冷却する場合もある。なお、冷却ジャケット内の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、複数の区画が画設されるように仕切りが設けられていれば、様々な構成とすることができ、例えば以下に示すような構成とされる場合がある。
【００８８】
すなわち、例えば、図９（ａ）に示すように、冷却ジャケット６０では、上方に位置する円環板状の仕切り６１が内側壁５３に設けられていると共に、下方に位置する円環板状の仕切り６２が外側壁５４に設けられている。また、仕切り６１の上面６１ａにおいて径方向外側の端部に円筒状の仕切り６３が設けられており、仕切り６２の上面６２ａにおいて径方向内側の端部に円筒状の仕切り６４が設けられている。これにより、第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが画設され、そして、外側壁５４と仕切り６３との間、及び内側壁５３と仕切り６４との間には、上記隙間Ｍ１が形成される。なお、この場合、導入管４１ｂから落下する改質水Ｒ２を第１区画５１ａ内に確実に滞留させるべく、導入管４１ｂが冷却ジャケット６０内に所定長だけ突き出ている。
【００８９】
また、例えば、図９（ｂ）に示すように、冷却ジャケット７０では、上方に位置する円環板状の仕切り７１が外側壁５４に設けられていると共に、下方に位置する円環板状の仕切り７２が内側壁５３に設けられている。また、仕切り７１の上面７１ａにおいて径方向内側の端部に円筒状の仕切り７３が設けられており、仕切り７２の上面７２ａにおいて径方向外側の端部に円筒状の仕切り７４が設けられている。これにより、第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが画設され、そして、内側壁５３と仕切り７３との間、及び外側壁５４と仕切り７４との間には、上記隙間Ｍ１が形成される。
【００９０】
また、上記冷却ジャケットでは、その内部に第１及び第２区画５１ａ，５１ｂが画設されるように仕切り５２，６１〜６４，７１〜７４を設けたが、３つ以上の区画が画設されるように仕切りを設けてもよい。
【００９１】
さらに、ＦＰＳのプロセスフローについても、上述したプロセスフロー（図４参照）に限定されるものではない。すなわち、例えば図１０に示すように、上記ＦＰＳ３に代えて、上記ＦＰＳ３とは改質水Ｒ２の流通が異なるプロセスフローを有するＦＰＳ８３を備えていてもよい。
【００９２】
具体的には、ＦＰＳ８３は、上記ＦＰＳ３に対し、改質水Ｒ２と改質ガスＲ３との間で熱交換する熱交換器８１をさらに備えている一方で、弁３２，３３を備えていない。このようなＦＰＳ８３においては、まず、熱交換器８１で改質水Ｒ２が改質ガスＲ３により加熱される（改質水Ｒ２が改質ガスＲ３を冷却する）。そして、この改質水Ｒ２が熱交換器２１に導入されて排気ガスＲ１によりさらに加熱される。
【００９３】
熱交換器２１から導出された改質水Ｒ２は、冷却ジャケット２４ａ，２４ｂをこの順に流通し、ＣＯ除去器１３及びＣＯ変成器１２により加熱される（ＣＯ除去器１３及びＣＯ変成器１２を冷却する）。その後、熱交換器１９で改質水Ｒ２が排気ガスＲ１により加熱され、熱交換器１８に導入されて改質ガスＲ３により加熱される。そして、改質水Ｒ２は、最終的に気化され水蒸気となった状態で、配管２６に導入されて原燃料に混入される。
【００９４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。
【００９５】
図１１は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムにおけるＦＰＳの一部を断面化した概略正面図である。図１１に示すように、本実施形態のＦＰＳ９３では、ＣＯ変成器１２が改質器１１の外周の軸方向中央部から下端部近傍に亘る部分を囲繞するように配設され、ＣＯ除去器１３が改質器１１の外周の軸方向中央部から上端部近傍に亘る部分を囲繞するように配設されている。つまり、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３は、上記第１実施形態に対し上下逆に位置するよう配置されて構成されている。ＣＯ変成器１２は、一酸化炭素濃度を低下させた改質ガスを、配管９１を解してＣＯ除去器１３へ供給する。
【００９６】
ＣＯ除去器１３は、円筒状の選択酸化触媒１３ａと、選択酸化触媒１３ａの径方向外側に配設された円筒状の流路１３ｂと、を含んで構成されている。このＣＯ除去器１３においては、外部から導入された空気とＣＯ変成器１２からの改質ガスとが、流路１３ｂの下端部に供給されて該流路１３ｂを通って上方に流れ、空間部９２に至り、そして選択酸化触媒１３ａの上端部に導入される。このＣＯ除去器１３は、一酸化炭素濃度をさらに低下させた改質ガスを、改質水と改質ガスとの間で熱交換する熱交換器８１を介して後段の燃料電池４へと供給する。この熱交換器８１は，熱交換器２１と一体化するように構成されている。
【００９７】
また、ＦＰＳ９３は、ＣＯ除去器１３を冷却する冷却ジャケット２４ａと、ＣＯ変成器１２を冷却する冷却ジャケット２４ｂを備えている。冷却ジャケット２４ａは、熱交換器１９から導入された改質水をその内部にて流通させた後、この改質水を冷却ジャケット２４ｂへと導出する。冷却ジャケット２４ｂは、冷却ジャケット２４ａから導入された改質水をその内部にて流通させた後、この改質水を熱交換器１８へと導出する。
【００９８】
図１２は、図１１のＦＰＳのプロセスフローを示す図である。図１１，１２に示すように、ＦＰＳ９３においては、空気と原燃料又はオフガスとがバーナ１５に供給されて燃焼され、かかる燃焼によって改質触媒１４が加熱される。このバーナ１５の排気ガスＲ１は、流路Ｌ１を流通し、熱交換器１９へ導入されて冷却される。熱交換器１９から導出された排気ガスＲ１は、流路Ｌ２を流通することでＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３を加熱して昇温する。そして、排気ガスＲ１は、配管２０を介して熱交換器２１へ導入されて冷却された後、ＦＰＳ９３の外部へと排出される。
【００９９】
これと共に、改質水Ｒ２が熱交換器８１にて改質ガスＲ３により加熱され、熱交換器２１にて排気ガスＲ１によりさらに加熱される。そして、この改質水Ｒ２が熱交換器１９にて排気ガスＲ１により加熱される。なお、このとき、熱交換器１９では、改質水Ｒ２の流路の一部が空間部９２に接しており、よって、改質水Ｒ２がＣＯ除去器１３に導入される改質ガスＲ３によっても加熱される（改質ガスＲ３が改質水Ｒ２で冷却される）。
【０１００】
熱交換器１９からの改質水Ｒ２は、冷却ジャケット２４ａ，２４ｂをこの順に流通し、ＣＯ除去器１３及びＣＯ変成器１２により加熱される（ＣＯ除去器１３及びＣＯ変成器１２を冷却する）。その後、改質水Ｒ２は、熱交換器１８に導入されて改質ガスＲ３により加熱され、最終的に気化され水蒸気となった状態で、配管２６に導入されて原燃料に混入される。
【０１０１】
以上に併せ、配管２６によって原燃料が上方から改質器１１に導入されると共に、水蒸気となった改質水Ｒ２がこの原燃料に熱交換器１８から混入される。そして、水蒸気を含む原燃料は、バーナ１５で加熱された改質触媒１４により水蒸気改質され、改質ガスＲ３として熱交換器１８に導入される。
【０１０２】
熱交換器１８に導入された改質ガスＲ３は、改質水Ｒ２により冷却された後、ＣＯ変成器１２及びＣＯ除去器１３に順に導入される。これにより、改質ガスＲ３は、ＣＯ変成器１２にて一酸化炭素濃度が例えば数１０％程度まで低下され、ＣＯ除去器１３にて外部から導入された空気と反応して一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下まで低下される。ここで、上述したように、ＣＯ除去器１３に導入される改質ガスＲ３は、空間部９２において熱交換器１９の改質水Ｒ２によっても冷却される。
【０１０３】
その後、改質ガスＲ３は、熱交換器８１に導入されて改質水Ｒ２により冷却された後、配管２５を介して後段の燃料電池４に供給される。なお、燃料電池４に供給された改質ガスＲ３の一部は、バイパスされてオフガスとして利用される。
【０１０４】
以上、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果、すなわち、燃料電池システムのコストダウン、小型化、システム構成の高効率化、及びシステムの構造を簡易化が可能となるという効果が奏される。
【０１０５】
また、本実施形態では、上記第１実施形態に対し熱交換器８１をさらに備えているため、熱回収量を向上させて効率を高めることが可能となる。また、本実施形態は、上記第１実施形態に対し弁３２，３３を備えておらず、これら弁３２，３３による改質水Ｒ２のバイパスが不要とされているため、システムの構造を一層簡易化することが可能となる。
【０１０６】
また、本実施形態では、上述したように熱交換器２１，８１を一体化することができ、構成をコンパクトにすることが可能となる。これは、ＦＰＳ９３では、通常時に排気ガスＲ１で冷却／保温を行い、且つ、起動時に排気ガスＲ１で加温を行っていることから、排気ガスＲ１温度と改質ガスＲ３温度とが同レベルの温度となっていることによるものである。
【０１０７】
また、本実施形態では、上下方向においてＣＯ変成器１２がＣＯ除去器１３よりもバーナ１５側（図中下側）に配置されており、ＣＯ変成器１２における改質ガス入口側がバーナ１５に近接するようになっている。これは、このように構成することにより、ＣＯ変成器１２の耐久性を向上できることが見出されたためである。
【０１０８】
また、上述したように、本実施形態の熱交換器１９によれば、主として改質水Ｒ２と排気ガスＲ１との間で熱交換させることができるが、空間部９２において当該熱交換器１９に近接するように改質ガスＲ３が流通することから、改質水Ｒ２と改質ガスＲ３との間で熱交換させることもできる。これにより、効率を一層向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明によれば、燃料電池システムのコストダウンが可能となる。また、本発明によれば、燃料電池システムの小型化が可能となる。また、本発明によれば、システム構成の高効率化が可能となる。また、本発明によれば、燃料電池システムの構造を簡易化することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１０】
１…燃料電池システム、１１…改質器、１２…ＣＯ変成器、１２ａ…改質ガス入口部（改質ガスの導入側部分）、１２ｂ…改質ガス出口部（改質ガスの導出側部分）、１３…ＣＯ除去器、１５…バーナ、１９…熱交換器（熱交換部）、１９ｂ…コイル管（水流路）、２３…改質ガス導入部（改質ガスの流入流路）、２４ａ，２４ｂ，６０，７０…冷却ジャケット、４１…バイパス流路、５１ａ，５１ｂ…第１及び第２区画（区画）、５２，６１〜６４，７１〜７４…仕切り、Ｌ２…流路、Ｍ１…隙間、Ｒ１…排気ガス、Ｒ２…改質水（水）、Ｒ３…改質ガス。
【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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