(57)【要約】【課題】  水平方向に設置される改質器において、改質触媒の上方に形成される吹き抜け流路を遮ることにより、未改質の改質用燃料の吹き抜けを防止する改質器及び燃料電池の提供を目的とする。【解決手段】  改質器４は、下向き仕切り板４１４と上向き仕切り板４１３が設けられており、改質用燃料が下方向に流れる下方向流路４３１と、下方向流路４３１を流れてきた改質用燃料が上方向に流れる上方向流路４３２と、下方向流路４３１と上方向流路４３２を下部で連通させる連通流路４３３が形成され、また、改質用燃料が上方向に流れる上方向流路４３２と、上方向流路４３２を流れてきた改質用燃料が下方向に流れる下方向流路４３１と、上方向流路４３２と下方向流路４３１を上部で連通させる連通流路４３４が形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用燃料から改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料電池に供給する、改質触媒が充填された改質器であって、
前記改質用燃料が下方から上方に流れる、前記改質触媒が密に充填された上方向流路と、
前記改質用燃料が上方から下方に流れる、前記改質触媒が密に充填された下方向流路と、
前記上方向流路と下方向流路を上部又は下部で連通させる連通流路と、
を具備することを特徴とした改質器。
【請求項２】
前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を、箱状の容器内の下面から上方に向かって突設され、上面との間に隙間を形成する上向き仕切り板，又は，前記容器内の上面から下方に向かって突設され、下面との間に隙間を形成する下向き仕切り板によって構成したことを特徴とした請求項１記載の改質器。
【請求項３】
前記上向き仕切り板と下向き仕切り板を交互に複数突設し、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を複数連続して設けたことを特徴とした請求項２記載の改質器。
【請求項４】
横向きのらせん状に成形された管によって、前記上方向流路，連通流路及び下方向流路を一以上形成したことを特徴とした請求項１記載の改質器。
【請求項５】
縦断面ほぼＵ字状の流路部材を形成し、該縦断面Ｕ字状の流路部材の一側縦流路を前記上方向流路とし、他側縦流路を前記下方向流路とし、かつ、前記両縦流路の接合部分を前記連通流路としたことを特徴とした請求項１記載の改質器。
【請求項６】
前記流路部材を、前記流路が上下方向において交互に連続するように接続して、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を複数設けたことを特徴とした請求項５記載の改質器。
【請求項７】
前記改質触媒が充填される容器と、前記容器内の上部又は下部に設けられる縦断面山形状の仕切り部材を備え、前記仕切り部材の両斜面によって、前記上方向流路及と下方向流路を形成し、かつ、前記仕切り部材の両斜面の交線部分に、前記連通流路を形成したことを特徴とした請求項１記載の改質器。
【請求項８】
改質用燃料から改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料電池に供給する改質器を備えた燃料電池システムであって、
上記請求項１〜７に記載した改質器を備えたことを特徴とした燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池システムが、固体酸化物形燃料電池システムであり、かつ、前記改質器が、前記燃料電池の上部及び／又は内部に配置されたことを特徴とした請求項８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、改質器及び燃料電池システムに関し、特に、水平方向に設置される改質器において、改質触媒の上方に形成される吹き抜け流路を遮ることにより、未改質の改質用燃料の吹き抜けを防止する改質器及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池システム（適宜、ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  ＦＵＥＬ  ＣＥＬＬ）システムと略称する。）は、固体電解質（安定化ジルコニア）の両側に燃料極と空気極を配設したセル（単電池）を集合させたスタック又はバンドルを備え、スタック又はバンドルに水素リッチな改質ガスと空気等の酸化剤ガスを供給し、電気化学的に反応させて酸素イオンを空気極から燃料極に移動させることにより発電する。このＳＯＦＣシステムは、燃料電池の作動温度が約７００〜１０００℃の高温となることから、発電効率が高く、高温スチームを回収できるなどといった長所を有している。
【０００３】
（従来例）
図７は、従来例に係る固体酸化物形燃料電池システムの、基本的な構成を説明するための概略ブロック図を示している。
同図において、ＳＯＦＣシステム１００は、灯油等の石油系燃料を原燃料とした固体酸化物形燃料電池システムであり、水を約２００℃の水蒸気とする加熱手段１１０と、灯油を約２００℃にて脱硫する脱硫器１１１と、水蒸気及び脱硫された灯油を混合するとともに気化させる気化器１１２と、気化された改質用燃料を約７００〜８００℃で改質反応させ、水素リッチな改質ガスを生成する改質器１４０と、改質ガス及び空気等の酸化剤ガスを電気化学反応させる燃料電池１３０と、改質器１４０と燃料電池１３０を収納する燃焼室１２０と、燃料電池１３０にて発生した直流（ＤＣ）電力を交流（ＡＣ）電力に変換するインバータ１１３を備えている。
【０００４】
改質器１４０は、図８に示すように、燃料電池１３０の上方に設けられた、箱状の反応容器であり、粒状の改質触媒１４２が、通気孔（図示せず）を有する支持板１４１によって挟まれた状態で充填されている。このようにすると、作動温度が約７００〜１０００℃の高温となる燃料電池１３０を、改質器１４０の熱源として有効利用することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
また、改質器１４０は、一般的に、水平方向に設置され、容器内部を改質用燃料ガスがほぼ水平方向に流れる構成としてあり、燃焼室１２０のスペースを有効利用することができる。
なお、燃料電池１３０は、複数のセル（図示せず）が内蔵されているが、セルの型（たとえば、平板型セルや円筒縦縞型セルなど）やセルを集合させたスタック，バンドルの構成等について、特に限定されるものではない。また、支持板１４１として、多数の通気孔が穿設された金属板や多孔質のセラミック板などが用いられる。
【０００５】
ところで、燃料電池１３０の作動温度が約７００〜１０００℃の高温となることは、構成部材の熱的劣化，材料選択の自由度などの観点からすると、逆に短所となることから、燃料電池１３０を冷却する技術が様々提案されてきた。
【０００６】
たとえば、炭化水素燃料ガスの水蒸気改質を行う、薄型箱形状をなす改質器と、改質ガスを燃料極に沿って流して発電を行うセルを積層してなり、改質器が、改質触媒を充填した触媒充填流路と、触媒充填流路に沿って配置されてセルの燃料極とともに燃料極側流路を形成する燃料極側流路形成溝を備え、改質器の水蒸気改質反応による吸熱量分布と、セルの発電反応による発熱量分布とをほぼ一致させた固体電解質型燃料電池の技術が開示されている（特許文献１参照）。
この技術によれば、セル全体を過不足なくほぼ均一に冷却して、セルの信頼性および耐久性の向上を実現するとともに、高出力化および高効率化をも実現し、加えて、自動車搭載時に要求される小型化にも対応することができる。
【特許文献１】特開２００３−３１７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例の改質器１４０や特許文献１に記載された改質器は、ほぼ水平方向に設置されるので、図９に示すように、改質触媒１４２の上部に隙間（吹き抜け流路）１４３が発生する。この隙間１４３は、通常、縦置きの状態で改質触媒１４２を密に充填した改質器１４０を横置きにすると発生する。また、これを防止するために、たとえば、支持板１４１を中央側に強く押し付けて、改質触媒１４２をさらに密に充填したとしても、長時間の運転によって、改質触媒１４２や改質器１４０が熱伸縮すると、改質触媒１４２の一部が粉化などするので、隙間１４３の発生を防止することは不可能である。この隙間１４３が発生すると、供給されたガス状の改質用燃料が、流路抵抗の小さい隙間１４３を優先的に流れ（隙間１４３を吹き抜けてしまい）、改質されずに燃料電池１３０へ供給され、発電効率が低下するといった問題があった。
【０００８】
また、原燃料が、石油系燃料や都市ガスなどの炭素数が２以上の炭化水素を含む場合には、上述したように、改質用燃料が、改質されずに隙間１４３を吹き抜けてしまうと、燃料電池１３０内のセルの燃料極がコーキングし劣化してしまい、発電効率が著しく低下するといった深刻な問題があった。
さらに、隙間１４３及びその近傍の改質触媒１４２におけるコーキングや、改質器１４０と燃料電池１３０の間に設けられた配管や熱交換器等の機器におけるコーキングによる閉塞トラブルなどが発生するといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するために提案されたものであり、水平方向に設置される改質器において、改質触媒の上方に形成される吹き抜け流路を遮ることにより、未改質の改質用燃料の吹き抜けを防止する改質器及び燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の改質器は、改質用燃料から改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料電池に供給する、改質触媒が充填された改質器であって、前記改質用燃料が下方から上方に流れる、前記改質触媒が密に充填された上方向流路と、前記改質用燃料が上方から下方に流れる、前記改質触媒が密に充填された下方向流路と、前記上方向流路と下方向流路を上部又は下部で連通させる連通流路と、を具備する構成としてある。
このようにすると、充填された改質触媒の上部に隙間が形成されても、改質器に供給された改質用燃料が上記隙間を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池に供給されるといった不具合を防止することができる。
【００１１】
また、本発明の改質器は、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を、箱状の容器内の下面から上方に向かって突設され、上面との間に隙間を形成する上向き仕切り板，又は，前記容器内の上面から下方に向かって突設され、下面との間に隙間を形成する下向き仕切り板によって構成してある。
このようにすると、構造を単純化でき、また、たとえば、各仕切り板を改質器本体に溶接することにより、容易に製造することができる。
【００１２】
また、本発明の改質器は、前記上向き仕切り板と下向き仕切り板を交互に複数突設し、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を複数連続して設けた構成としてある。
このようにすると、改質用燃料が改質触媒の上部に形成される隙間を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池に供給されるといった不具合をより確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明の改質器は、横向きのらせん状に成形された管によって、前記上方向流路，連通流路及び下方向流路を一以上形成した構成としてある。
このようにしても、構造を単純化でき、また、たとえば、管を曲げ加工することにより、容易に製造することができる。
【００１４】
また、本発明の改質器は、縦断面ほぼＵ字状の流路部材を形成し、該縦断面Ｕ字状の流路部材の一側縦流路を前記上方向流路とし、他側縦流路を前記下方向流路とし、かつ、前記両縦流路の接合部分を前記連通流路とした構成としてある。
このようにしても、構造を単純化でき、また、たとえば、プレス加工又は一体成形された上板と下板を接合することにより、容易に製造することができる。
【００１５】
また、本発明の改質器は、前記流路部材を、前記流路が上下方向において交互に連続するように接続して、前記上方向流路と下方向流路及び連通流路を複数設けた構成としてある。
このようにすると、縦断面ほぼＵ字状の上板及び下板が波型に成形されることにより、受熱面積が増加するので伝熱効率を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の改質器は、前記改質触媒が充填される容器と、前記容器内の上部又は下部に設けられる縦断面山形状の仕切り部材を備え、前記仕切り部材の両斜面によって、前記上方向流路及と下方向流路を形成し、かつ、前記仕切り部材の両斜面の交線部分に、前記連通流路を形成した構成としてある。
このようにしても、構造を単純化でき、また、たとえば、容器と仕切り部材を、別個に製造し組み立てることにより、容易に製造することができる。
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、改質用燃料から改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料電池に供給する改質器を備えた燃料電池システムであって、上記請求項１〜７に記載した改質器を備えた構成としてある。
このようにすると、改質器を小型化できるとともに、改質器の熱効率を向上させることができるので、燃料電池の発電効率を向上させることができ、また、製造原価のコストダウンを図ることができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池が、固体酸化物形燃料電池システムであり、かつ、前記改質器が、前記燃料電池の上部及び／又は内部に配置された構成としてある。
このようにすると、改質器が、燃料電池を熱源とするので、エネルギー効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の改質器によれば、改質器が横置きとされ、改質触媒の上部に隙間が形成されても、改質器に供給された改質用燃料が上記隙間を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池に供給されるといった不具合を防止することができる。さらに、改質器の設計の自由度を高め、改質器の小型化及び熱効率の向上を図ることができる。
また、本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電効率を向上させることができるとともに、製造原価のコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［改質器の第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る改質器の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＡ−Ａ断面図を示している。
同図において、改質器４は、ほぼ長方体状の容器４１と、容器４１の両側にそれぞれ設けられた供給配管４２１及び排出配管４２２と、容器４１内部に設けられた複数の上向き仕切り板４１３及び下向き仕切り板４１４と、容器４１に充填された改質触媒１４２と、改質触媒１４２を容器４１内に閉じ込める支持板１４１を備えた構成としてある。
なお、改質器４は、上記従来例の改質器１４０と比較して、複数の上向き仕切り板４１３及び下向き仕切り板４１４を設けた点が相違する。他の構成要素はほぼ改質器１４０と同様としてある。したがって、図１において、図８と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２１】
容器４１は、下板の無い矩形箱状の上部容器４１１と、上板の無い矩形箱状の下部容器４１２を接合した、気密性を有する触媒容器である。また、改質器４は、上部容器４１１の両側面４１１２の下方に、改質触媒１４２を容器４１内に閉じ込める支持板１４１が設けられている。
なお、本実施形態では、耐熱性を有する金属板を溶接して製作してあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、金属板をプレス加工したり、あるいは、セラミック等の耐熱材料を用いて一体成形により製作してもよい。
【００２２】
上部容器４１１は、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に内部を三等分に仕切る、二枚の下向き仕切り板４１４が、上部容器４１１の上板４１１１から突設されている。また、下部容器４１２は、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に、上記三等分に仕切られたスペースをさらに二等分に仕切る、三枚の上向き仕切り板４１３が、下部容器４１２の下板４１２１から突設されている。なお、下向き仕切り板４１４の下部先端は、下部容器４１２の下板４１２１まで到達せず、上向き仕切り板４１３の上部先端は、上板４１１１まで到達しない構造としてある。
これにより、改質器４は、改質用燃料が上方から下方向に流れる下方向流路４３１と、下方向流路４３１を流れてきた改質用燃料が上方向に流れる上方向流路４３２と、下方向流路４３１と上方向流路４３２を下部で連通させる連通流路４３３が形成される。また、改質用燃料が下方から上方向に流れる上方向流路４３２と、上方向流路４３２を流れてきた改質用燃料が下方向に流れる下方向流路４３１と、上方向流路４３２と下方向流路４３１を上部で連通させる連通流路４３４が形成される。
このようにすると、充填された改質触媒１４２の上部に隙間１４４が形成されても、改質器４に供給された改質用燃料が上記隙間１４４を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池１３０に供給されるといった不具合を防止することができる。
【００２３】
また、改質器４は、改質用燃料を全体としてほぼ水平方向に流す構成としてあるので、改質器４を横置きとした場合であっても、未改質の改質用燃料が燃料電池１３０に供給されるといった不具合を防止することができ、改質器４の設計の自由度を高め、改質器４の小型化及び熱効率の向上を図ることができる。
なお、改質器４は、改質用燃料を全体としてほぼ水平方向かつ直線的に（左側から右側に）流す構成としてあるが、全体的な流れ方向は直線的に流れる場合に限定されるものではなく、たとえば、改質用燃料を全体としてほぼ水平方向かつ曲線的に（たとえば、Ｕ字状、円弧状など）流す構成としてもよい。このようにすると、様々な構成の燃料電池１３０に容易に対応でき、かつ、熱効率を向上させることができる。
【００２４】
このように、本実施形態の改質器４によれば、上向き仕切り板４１３及び下向き仕切り板４１４を設けて、下方向流路４３１，連通流路４３３及び上方向流路４３２、並びに、上方向流路４３２，連通流路４３４及び下方向流路４３１を形成しているので、構造を単純化でき、また、たとえば、各仕切り板４１３，４１４を容器４１に溶接することにより、容易に製造することができる。
なお、本実施形態では、上部容器４１１の両側板４１１２と上向き仕切り板４１３によって形成される流路を含めると、三つの上方向流路４３２，連通流路４３４及び下方向流路４３１と、二つの下方向流路４３１，連通流路４３３及び上方向流路４３２を交互に連結した構成としてあるが、各流路の数は上記の数に限定されるものではない。たとえば、一つ以上の上方向流路４３２，連通流路４３４及び下方向流路４３１、又は、下方向流路４３１，連通流路４３３及び上方向流路４３２を有することにより、本発明の効果を発揮することができる。
【００２５】
［改質器の第二実施形態］
図２は、本発明の第二実施形態に係る改質器の要部の概略図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示している。
同図において、改質器４ａは、第一実施形態と比較して、容器４１の代わりに、水平方向にらせん状に成形した管４１ａを使用した点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様としてある。
したがって、図２において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
改質器４ａは、円管４１ａを側面から見ると円状にほぼ隙間無く巻いた構造としてあり、内部に改質触媒１４２が充填されている。このようにすると、同図（ｂ）に示すように、右側半分の管４１ａの内部に、改質用燃料が下方から上方向に流れる上方向流路４３２ａが形成され、左側半分の管４１ａの内部に、上方向流路４３２ａを流れてきた改質用燃料が下方向に流れる下方向流路４３１ａが形成され、上方向流路４３２ａと下方向流路４３１ａを上部で連通する連通流路４３４ａが形成される。なお、上方向流路４３２ａ及び下方向流路４３１ａは、改質触媒１４２が密に充填されている。
このようにすると、充填された改質触媒１４２の上部に隙間１４４が形成されても、改質器４ａに供給された改質用燃料が上記隙間１４４を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池１３０に供給されるといった不具合を防止することができる。
【００２７】
このように、本実施形態の改質器４ａによれば、管４１ａを曲げ加工することにより、容易に製造することができる。また、構造が単純化されているので、製造原価のコストダウンを図ることができる。さらに、改質器４ａを一時的に縦置きとすると、改質触媒１４２を重力落下によりスムースかつ密に（空きスペースが発生しない状態で）充填することができる。
なお、本実施形態では、金属製の円管４１ａを六回巻きした構造としてあるが、上記流路４３２ａ，４３４ａ及び４３１ａが形成されていればよく、この構造（たとえば、巻き数，材質，スパイラルの径，管４１ａの断面形状および太さ等）に限定されるものではない。たとえば、矩形管を側面方向から見ると三角形状に巻いた構造としてもよい。さらに、複数の容器４１ａを並列に並べて板状に集合させた構成としてもよい。
【００２８】
［改質器の第三実施形態］
図３は、本発明の第三実施形態に係る改質器の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図を示している。
同図において、改質器４ｂは、第一実施形態と比較して、上部容器４１１ｂ及び下部容器４１２ｂをほぼＵ字状にプレス成形し、斜め下方向に改質用燃料を流す下方向流路４３１ｂと、下方向流路４３１ｂを流れてきた改質用燃料を斜め上方向に流す上方向流路４３２ｂと、下方向流路４３１ｂと上方向流路４３２ｂを下部で連通させる連通流路４３３ｂが形成され、さらに、斜め上方に改質用燃料を流す上方向流路４３２ｂと、上方向流路４３２ｂを流れてきた改質用燃料を斜め下方向に流す下方向流路４３１ｂと、上方向流路４３２ｂと下方向流路４３１ｂを上部で連通させる連通流路４３４ｂを設けた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様としてある。
したがって、図３において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
容器４１ｂは、矩形平板に、下方に突出した仕切り部４１４ｂと上方に突出した流路外周部４１５ｂを交互に三つずつ並設した上部容器４１１ｂと、矩形平板に、下方に突出した流路外周部４１６ｂと上方に突出した仕切り部４１３ｂを交互に三つずつ並設した下部容器４１２ｂを接合した、気密性を有する触媒容器である。
また、流路外周部４１５ｂ及び仕切り部４１３ｂは、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に峰状に形成され、流路外周部４１６ｂ及び仕切り部４１４ｂは、改質用燃料の全体的な流れ方向に対して直角方向に溝状に形成されている。さらに、容器４１ｂは、流路外周部４１６ｂのほぼ中央部に仕切り部４１４ｂが装入され、流路外周部４１５ｂのほぼ中央部に仕切り部４１３ｂが装入される構造としてある。
【００３０】
改質器４ｂは、上述した下方向流路４３１ｂと、上方向流路４３２ｂと、連通流路４３３ｂが形成され、さらに、上方向流路４３２ｂと、下方向流路４３１ｂと、連通流路４３４ｂが形成される。このようにすると、充填された改質触媒１４２の上部に隙間１４４が形成されても、改質器４ｂに供給された改質用燃料が上記隙間１４４を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池１３０に供給されるといった不具合を防止することができる。
【００３１】
また、改質器４ｂは、下方向流路４３１ｂ，上方向流路４３２ｂ，連通流路４３３ｂ及び連通流路４３４ｂによって形成される流路が波型となるので、改質触媒１４２を充填する際、改質器４ｂを一時的に縦置きにすると、改質触媒１４２をスムースかつ隙間無く充填することができる。
さらに、下部容器４１２ｂの表面積が増加するので伝熱効率が向上し、燃料電池１３０からの熱を効率よく吸収することができ、熱効率を向上させることができる。
【００３２】
このように、本実施形態の改質器４ｂは、縦断面Ｕ字状に成形された上部容器４１１ｂ及び下部容器４１２ｂを用いることにより、構造を単純化でき、容易に製造することができる。
なお、本実施形態では、耐熱性を有する金属板をプレス成形した後溶接して製作してあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、セラミック等の耐熱材料を用いて一体成形した上部容器と下部容器を接合して製作してもよい。また、流路外周部４１５ｂ，４１６ｂ及び仕切り部４１３ｂ，４１４ｂは、ほぼ縦断面Ｕ字状であればよく、たとえば、三角屋根状の形状としてもよい。
【００３３】
［改質器の第四実施形態］
図４は、本発明の第四実施形態に係る改質器の要部の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図を示している。
同図において、改質器４ｂは、第一実施形態と比較して、容器４１に上向き仕切り板４１３及び下向き仕切り板４１４を設ける代わりに、容器４１内の下部に仕切り部材４５２を設けた点が相違する。他の構成要素は第一実施形態と同様としてある。
したがって、図４において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
仕切り部材４５２は、縦断面山形状としてあり、両斜面４５２１，４５２２によって、斜め上方に改質用燃料を流す上方向流路４３２ｃと、上方向流路４３２ｃを流れてきた改質用燃料を斜め下方向に流す下方向流路４３１ｃを形成し、かつ、仕切り部材４５２の両斜面の交線部分に、上方向流路４３２ｃと下方向流路４３１ｃを上部で連通させる連通流路４３４ｃを形成してある。このようにすると、充填された改質触媒１４２の上部に隙間１４４が形成されても、改質器４ｃに供給された改質用燃料が上記隙間１４４を吹き抜けて、未改質の改質用燃料が燃料電池１３０に供給されるといった不具合を防止することができる。
【００３５】
また、仕切り部材４５２は、容器４１の両側上部に収納される、断面が直角三角形状の三角柱４５１，４５１と、この三角柱４５１，４５１を連結する三枚の整流板４５３を備えている。このように整流板４５３を設けることにより、改質用燃料の全体的な流れを安定させることができる。また、三角柱４５１，４５１を設けることにより、改質用燃料が通過しない角部に改質触媒１４２が充填されることを防止することができ、さらに、斜面４５１１，４５１２によって、改質用燃料の流れを安定させることができる。
【００３６】
このように、本実施形態の改質器４ｃは、セラミックなどの耐熱性材料を一体成形することにより、仕切り部材４５２を容易に製作することができる。さらに、気密性を要する仕切り部材４５２と単純な形状の容器４１を、別個に製造し組み立てることにより、容易に製造することができる。すなわち、高温に対する耐久性を向上させるとともに、製造原価のコストダウンを図ることができる。
【００３７】
［固体酸化物形燃料電池システム］
図５は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの、基本的な構成を説明するための概略ブロック図を示している。
同図において、ＳＯＦＣシステム１は、従来例のＳＯＦＣシステム１００と比較して、改質器１４０の代わりに、上記改質器４（又は，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を設けた点が相違する。他の構成要素は従来例と同様としてある。
したがって、図５において、図７と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００３８】
ＳＯＦＣシステム１は、固体酸化物形燃料電池システムであり、かつ、改質器４が、燃料電池１３０の上部に配置された構成としてある。このようにすると、改質器４が、燃料電池１３０を熱源とするので、エネルギー効率を向上させることができる。
なお、改質器４は、燃料電池１３０の上部に設けられる構成に限定されるものではなく、たとえば、燃料電池１３０が平板型セルの場合、積層されるセル又はスタックの間に設けられる構成としてもよい。
【００３９】
このように、本実施形態のＳＯＦＣシステム１は、改質器４を小型化できるとともに、改質器４の熱効率を向上させることができるので、燃料電池としての発電効率を向上させることができ、また、製造原価のコストダウンを図ることができる。
また、原燃料として、全国において流通システムが確立されており入手しやすく、比較的取扱いが容易である灯油を使用することができ、この場合には、使い勝手がよく、普及しやすい燃料電池を提供することができる。
【００４０】
以上、本発明の改質器及び燃料電池システムについて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る改質器及び燃料電池システムは、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、改質器４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのサイズや材質は、特に限定されるものではなく、また、使用される燃料電池のタイプも限定されるものではない。さらに、原燃料は、灯油などの液体炭化水素に限らず、都市ガスなど、微量の炭素数が２以上の炭化水素を含むガス体燃料にも適用することができる。
【００４１】
また、本発明の改質器は、上記各実施形態の改質器４，４ａ，４ｂ，４ｃの各要素を組み合わせた構成としてもよい。たとえば、図６に示すように、斜め下方に設けられた下向き仕切り板４１４ｄが突設された上部容器４１１ｄと、ほぼ縦断面Ｕ字状に形成された下部容器４１２ｄとからなる容器４１ｄを備え、上方向流路４３２ｄ，下方向流路４３１ｄ及び連通流路４３４ｄが形成される改質器４ｄとしてもよい。このようにすると、構造が大幅に単純化されるとともに、水平方向の流速成分を有効活用することにより、改質用燃料が通過しない改質触媒１４２の領域を低減することができ、改質触媒１４２を有効利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上説明したように、本発明の改質器及び燃料電池システムは、すでに開発された、あるいは、これから開発される様々な構成の燃料電池（セル，スタック又はバンドルを含む）に広く有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る改質器の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＡ−Ａ断面図を示している。
【図２】本発明の第二実施形態に係る改質器の要部の概略図であり、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を示している。
【図３】本発明の第三実施形態に係る改質器の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図を示している。
【図４】本発明の第四実施形態に係る改質器の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図を示している。
【図５】本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの、基本的な構成を説明するための概略ブロック図を示している。
【図６】本発明の応用例に係る改質器の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を、（ｃ）はＥ−Ｅ断面図を示している。
【図７】従来例に係る固体酸化物形燃料電池システムの、基本的な構成を説明するための概略ブロック図を示している。
【図８】従来例に係る固体酸化物形燃料電池システムの、燃焼室内部の構成を説明するための要部の概略断面図を示している。
【図９】従来例に係る固体酸化物形燃料電池システムの、改質器の不具合状態を説明するための要部の概略断面図を示している。
【符号の説明】
【００４４】
１，１００  ＳＯＦＣシステム
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  改質器
４１，４１ｂ，４１ｄ  容器
４１ａ  管
１１０  加熱手段
１１１  脱硫器
１１２  気化器
１１３  インバータ
１２０  燃焼室
１３０  燃料電池
１４０  改質器
１４１  支持板
１４２  改質触媒
１４３  隙間（吹き抜け流路）
１４４  隙間
４１１，４１１ｂ，４１１ｄ  上部容器
４１２，４１２ｂ，４１２ｄ  下部容器
４１３  上向き仕切り板
４１３ｂ  仕切り部
４１４，４１４ｄ  下向き仕切り板
４１４ｂ  仕切り部
４１５ｂ  流路外周部
４１６ｂ  流路外周部
４２１  供給配管
４２２  排出配管
４３１，４３１ａ，４３１ｂ，４３１ｃ，４３１ｄ  下方向流路
４３２，４３２ａ，４３２ｂ，４３２ｃ，４３２ｄ  上方向流路
４３３，４３３ｂ  連通流路
４３４，４３４ａ，４３４ｂ，４３４ｃ，４３４ｄ  連通流路
４５１  三角柱
４５２  仕切り部材
４５３  整流板
４１１１  上板
４１１２  側板
４１２１  下板
４５１１，４５１２，４５２１，４５２２  斜面
【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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