(57)【要約】 【課題】固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の燃料処理装置として好適な多重円筒型水蒸気改質器を提供する。【解決手段】区画部材１１に設けられた連通孔１３は単孔であるため、シフト出ガスは、空気混合室１６内において供給空気と十分に混合した後に、流路区画１５ａに導入される。混合ガスは、流路区画１５ａの垂直流路部１５ｄに沿って上昇し、予熱層９と熱交換してＰＲＯＸ触媒層８の許容導入温度に冷却される。さらに、区画部材１２に複数設けられた連通孔１４を通過して、流路区画１５ｂに流入し、触媒層最下部８ｄ全面から均等に触媒層内に導入される。【選択図】図２
2011178613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する水蒸気改質器において、断面同心円状に配置される多重円筒体隔壁により区画される間隙に、必要構成要素を配置するものであって、
円筒体内側中心部に、燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを生成する燃焼室と、
第一隔壁の内側に沿って形成される燃焼排ガスの排気流路と、
第一隔壁と第二隔壁上段部の間隙に形成され、供給される水、又は、水及び原料ガスと、燃焼排ガスとを、第一隔壁を介して熱交換する予熱層と、
第一隔壁と第二隔壁下段部の間隙に形成され、予熱層を通過した混合ガスを、改質反応により水素含有ガスに改質する改質触媒層と、
第二隔壁上段部と第三隔壁中段部の間隙に形成され、改質触媒層を出た水素含有ガス中の一酸化炭素を、シフト反応により低下させるシフト触媒層と、
第二隔壁上段部と第三隔壁上段部の間隙に形成され、シフト触媒層を出た変成ガス（以下、シフト出ガス）中の一酸化炭素を除去する選択酸化触媒層（以下、ＰＲＯＸ触媒層）と、を備えて成り、
シフト触媒層とＰＲＯＸ触媒層との境界部は、
シフト出ガスに供給空気を混合してシフト出混合ガスとする空気混合室と、
空気混合室の下流側に、シフト出混合ガスをＰＲＯＸ触媒層に導く連絡流路と、を備え、
該連絡流路は、一又は複数の区画部材により複数の流路区画に分割され、
該流路区画には、第二隔壁と当該区画部材の間隙に形成され、少なくともＰＲＯＸ触媒層に形成される前記間隙より幅狭に構成した熱交換促進流路区画を含み、
いずれか一の区画部材は、隣接する流路区画又は空気混合室を連通させる単孔の連通孔を備え、
て成ることを特徴とする多重円筒型水蒸気改質器。
【請求項２】
前記第一隔壁の内側周囲に燃焼隔壁を、さらに備えて成り、
該燃焼隔壁と前記第一隔壁の間隙に、燃焼排ガスの排気流路を構成したことを特徴とする請求項１に記載の多重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、炭化水素系燃料から水素を主成分とするガスを生成する多重円筒型水蒸気改質器に関し、特に、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の燃料処理装置として好適な多重円筒型水蒸気改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ガス等の炭化水素系燃料から燃料電池の発電に必要な水素を作り出す燃料処理装置として、図７に示す多重円筒型水蒸気改質器１００がある。改質器１００は、多重円筒体の各隔壁間に形成される空間に、燃焼室１０５、予熱層１０６、改質触媒層１０７、ＣＯ変成触媒層（以下、シフト触媒層という）１０８、選択酸化触媒層（以下、ＰＲＯＸ触媒層という）１０９、及び、これらを結ぶガス流路を主要構成としている。装置内において、原料ガス供給管１１０，水供給管１１１を介して供給される原料ガス及び水は、各触媒層における触媒化学反応を経て、最終的にＨ２約７５％、ＣＯ＜１０ｐｐｍの改質ガスとなり、燃料電池セルスタック（図示せず）に送られ発電に供される。
【０００３】
改質器設計に際しては、各触媒層につき触媒の耐熱性、作動温度を考慮して、改質触媒層：３８０−６７０℃、シフト触媒層：３００−２００℃、ＰＲＯＸ触媒層：２００−１２０℃の温度範囲内となる配置が求められる。また、発熱反応であるシフト触媒層やＰＲＯＸ触媒層で生じる反応熱を、水の蒸発、原料ガス及び水蒸気加熱用、また反応である改質触媒層における吸熱反応用として回収し、装置全体の熱バランスを保つことが必要である。さらに、上記各条件を満たして上で、機器の小型化、コストダウンを図ることが要求されている。
このうち、シフト触媒層を出るガスは２００℃程度であり、一方、発熱反応であるＰＲＯＸ触媒層については、導入ガスの温度を１７０℃前後にする必要がある。このため、導入ガスの温度をこの温度まで冷却するために、両触媒層間の距離Ｄ長の構造とならざるを得ず、装置全体の小型化の障害となっていた。
本願発明者らは、シフト触媒層とＰＲＯＸ触媒層の境界部の構造について、特許文献１において以下の提案を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００２／０９８７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８を参照して、同文献において、シフト触媒層２０１とＣＯ除去触媒層（ＰＲＯＸ触媒層）２０２との境界部構造２００は、以下の通り構成されている。仕切板２０４の上方に円環状の通路２０６が設けてあり、仕切板２０３と仕切板２０４との間の空間（後述の空気混合室に相当）２０５と通路２０６とは、所定の径の１つの連通孔２０７で連通している。通路２０６は、ＣＯ除去触媒層２０２と円周方向に均等に設けられた複数の孔２０９を介して連通している。
かかる構造により、シフト出ガスは、空間２０５で空気供給管２０８を介して供給される空気と混合して、連通孔２０７から通路２０６に導かれる。シフト出混合ガスはさらに、複数の孔２０９を介してＰＲＯＸ触媒層下部空間２１０に導入される。この場合、連通孔２０７を、所定の径で、かつ単一とすることにより、改質ガスとＣＯ除去用空気が通過する際に所定の通過速度が得られ、通過時の乱流により改質ガスとＣＯ除去用空気とを良好に混合することができる。
しかしながら、改質器のさらなる小型化、コストダウンを図るためには、ＰＲＯＸ触媒層に導入されるガスの冷却に関して、一層の性能向上が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、シフト触媒層とＰＲＯＸ触媒層間の境界部構造について鋭意研究を進め、混合性能及び熱交換性能に優れ、かつ、小型化可能な技術を考案し、試験により確認して完成した。
【０００７】
本発明は以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る多重円筒型水蒸気改質器は、
（１）炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを生成する水蒸気改質器において、断面同心円状に配置される多重円筒体隔壁により区画される間隙に、必要構成要素を配置するものであって、燃焼隔壁の内側中心部に、燃料ガスを燃焼させて燃焼排ガスを生成する燃焼室と、燃焼隔壁と第一隔壁の間隙に燃焼排ガスの排気流路と、第一隔壁と第二隔壁上段部の間隙に形成され、供給される原料ガスと水とを、第一隔壁を介して燃焼排ガスと熱交換して水蒸気混合ガスとする予熱層と、第一隔壁と第二隔壁下段部の間隙に形成され、予熱層を通過した水蒸気混合ガスを、改質反応により水素含有ガスに改質する改質触媒層と、第二隔壁上段部と第三隔壁中段部の間隙に形成され、改質触媒層を出た水素含有ガス中の一酸化炭素を、シフト反応により低下させるシフト触媒層と、第二隔壁上段部と第三隔壁上段部の間隙に形成され、シフト触媒層を出た変成ガス（以下、シフト出ガス）中の一酸化炭素を除去する選択酸化触媒層（以下、ＰＲＯＸ触媒層）と、を備えて成り、シフト触媒層とＰＲＯＸ触媒層との境界部は、シフト出ガスに供給空気を混合してシフト出混合ガスとする空気混合室と、空気混合室の下流側に、シフト出混合ガスをＰＲＯＸ触媒層に導く連絡流路と、を備え、該連絡流路は、一又は複数の区画部材により複数の流路区画に分割され、該流路区画には、第二隔壁と当該区画部材の間隙に形成され、少なくともＰＲＯＸ触媒層に形成される前記間隙より幅狭に構成した熱交換促進流路区画を含み、いずれか一の区画部材は、隣接する流路区画又は空気混合室を連通させる単孔の連通孔を備え、て成ることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、「第二隔壁上段部」、「同下段部」とは、後述する図１の天地方向を想定した場合の相対位置関係を意味する概念である。改質器設置時の天地方向は、必ずしも図１の向きに限定されるものではなく、天地逆（１８０度回転）、横向き（９０度回転）等、任意に選択することができる。従って、例えば図１と天地逆に設置した場合には、「上段部」が「下段部」の下側に位置する相対関係となる。第三隔壁についても同様である。
（２）上記発明において、前記第一隔壁の内側周囲に燃焼隔壁を、さらに備えて成り、該燃焼隔壁と前記第一隔壁の間隙に、燃焼排ガスの排気流路を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シフト出混合ガスは、連絡流路内に設けられた幅狭リング状の熱交換促進流路区画において、予熱層を通過する水又は（原料ガス＋水）との熱交換が促進され、シフト出混合ガスの温度をＰＲＯＸ触媒層導入適正温度である１７０℃前後に下げることができる。
さらに、連絡流路内のいずれかの流路区画には、区画部材に設けられた単孔の連通孔を通過したガスが流入するため、当該流路区画内で空気との混合が促進され、ＰＲＯＸ触媒層における反応が促進される。
また第二の発明によれば、燃焼隔壁と前記第一隔壁の間隙に、専用の排気流路を備えたため、より燃焼効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一の実施形態に係る多重円筒型水蒸気改質器１の断面構成を示す図である。
【図２】改質器１のシフト触媒層７とＰＲＯＸ触媒層８との境界部１０の詳細構成を示す図である。
【図３】第二の実施形態に係る多重円筒型水蒸気改質器２０の断面構成を示す図である。
【図４（ａ）】第三の実施形態における境界部３０の詳細構成を示す図である。
【図４（ｂ）】第四の実施形態における境界部４０の詳細構成を示す図である。
【図４（ｃ）】第五の実施形態における境界部５０の詳細構成を示す図である。
【図４（ｄ）】第六の実施形態における境界部６０の詳細構成を示す図である。
【図４（ｅ）】第七の実施形態における境界部７０の詳細構成を示す図である。
【図５】本発明の境界部一実施例構造（ａ）及び従来構造（ｂ）の温度測定箇所を示す図である。
【図６】実施例構造の各部寸法を示す図である。
【図７】従来の多重円筒型水蒸気改質器１００の断面構成を示す図である。
【図８】従来の多重円筒型水蒸気改質器における境界部２００の詳細構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る水蒸気改質器の実施形態について、さらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の各実施形態に限定されないことはいうまでもない。
＜第一の実施形態＞
図１を参照して、本発明の第一の実施形態に係る水蒸気改質器１は、断面同心円の多重円筒体を構成する複数の金属隔壁２乃至５により区画される隔壁間隙に、原料ガスを目的ガス組成に改質するために必要な各要素（燃焼室、触媒層、ガス流路等）を配置することにより、構成されている。
燃焼隔壁２の内側空間には燃焼室２ａが形成され、上蓋２ｅにバーナ２ｂが下向きに固定されている。燃料ガスは燃料ガス供給管２ｃを介して供給され、バーナ２ｂにおいて燃焼して燃焼排ガスとなる。
【００１２】
燃焼隔壁２と第一隔壁３の間隙には、燃焼排ガスの排気流路３ａが形成されている。燃焼室出口２ｄから排出される燃焼排ガスは、排気流路３ａを上昇して、排気出口管３ｂを介して外部に排出されるように構成されている。
第二隔壁４は、下段部４ｂが上段部４ａより口径大に構成されている。第一隔壁３と第二隔壁上段部４ａ間には、予熱層９が形成されている。予熱層９内には隔壁間に螺旋状に巻かれた伝熱促進体９ａが配設されている。予熱層９内において、原料ガス供給管９ｂ、水供給管９ｃからそれぞれ供給される原料ガス及び水は、伝熱促進体９ａに沿って螺旋状に流下し、混合促進が図られる。その際、第二隔壁４を介して燃焼排ガスから受熱して、水の蒸発促進及び混合ガスの昇温が図られる。
【００１３】
第一隔壁３と第二隔壁下段部４ｂの間隙には、改質触媒層６が形成されている。改質触媒層６には、原料ガスを水蒸気改質する触媒、例えばＲｕ系金属触媒が充填されており、原料ガス＋水蒸気混合ガスを改質反応（１）により、水素を主成分とするガスに改質する。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ  →ＣＯ＋３Ｈ２・・・・（１）
【００１４】
第三隔壁５は、外径の異なる３つの環状体を重ねた形状に構成されている。第二隔壁下段部４ｂと第三隔壁下段部５ａの隙間には、改質触媒層６を出た改質ガスの流路５ｄが形成されている。
第二隔壁上段部４ａと第三隔壁中段部５ｂの間隙には、シフト触媒層７が形成されている。シフト触媒層７には白金触媒が充填されており、改質ガス中に含まれるＣＯガスをシフト反応（２）によりＣＯ２に変成する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２・・・・（２）
【００１５】
両隔壁の上段部の隙間は、ＰＲＯＸ触媒層として機能するように構成されている。ＰＲＯＸ触媒層８にはＲｕ系などのＣＯ選択除去触媒が充填されており、改質ガス中のＣＯ濃度を選択酸化反応（３）により１０ｐｐｍ以下に下げる。
２ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２・・・・（３）
ＰＲＯＸ触媒層８を出たガスは、改質ガス出口管８ｃから水蒸気改質器１を出て燃料電池セルスタック（図示せず）に供給されるように構成されている。
【００１６】
図２をも参照して、シフト触媒層７とＰＲＯＸ触媒層８との境界には、シフト出ガスと供給空気を混合する空気混合室１６と、シフト出混合ガスの拡散促進及び熱交換促進のための連絡流路１５により構成されるＰＲＯＸ境界部１０が設けられている。
空気混合室１６は、シフト触媒層７上端と区画部材１１の間に形成されるリング形状空間である。空気混合室１６には、空気供給管１６ｂを介して空気（Ｏ２）が供給され、混合室内でシフト出ガスと空気が混合される。
連絡流路１５は、区画部材１１及び１２により２つの流路区画１５ａ、１５ｂに分割されている。流路区画１５ａは、区画部材１１と、断面が略Ｌ字状回転体である区画部材１２と、第二隔壁上段部４ａと、により囲まれる空間である。
区画部材１１には、第三隔壁上段部５ｃとの接合部近傍に単孔である連通孔１３が設けられている。連通孔１３の直下には、シフト出ガスが直接、連通孔１３を通過することを防止するための邪魔板１６ａが設けられている。
区画部材１２の垂直部１２ａは円筒形状に形成され、円周方向均等間隔に複数の連通孔１４が設けられている。
【００１７】
流路区画１５ａ（請求項の「熱交換促進流路区画」に該当）は、水平流路部１５ｃ及び垂直流路部１５ｄにより構成されている。水平流路部１５ｃは、連通孔１３から流入するシフト出混合ガスを、内周側の第二隔壁上段部４ａ方向に誘導する機能を有する。垂直流路部１５ｄは、水平流路部１５ｃを通過したシフト出混合ガスを、第二隔壁上段部４ａに沿って上方に誘導する機能を有する。
連絡流路１５ｂは、区画部材１２、第三隔壁上段部５ｃ及びＰＲＯＸ触媒層下端部８ｄにより囲まれた空間であり、複数の連通孔１４から放射状に噴出するシフト出混合ガスを、ＰＲＯＸ触媒層８の下端部全面から触媒層内に流すことができるように構成されている。
ＰＲＯＸ触媒層８の上面には改質ガス出口管８ｃが設けられており、これを介して目的組成の改質ガスを燃料電池セルスタック（図示せず）に供給する。
なお、図示を省略するが、第三隔壁５、上蓋２ｅ、下蓋５ｅの外側周囲は、断熱材により覆われており、装置全体として円筒形状に構成されている。
【００１８】
水蒸気改質器１は以上のように構成されており、次に、定常運転時における水蒸気改質器１の改質ガス生成工程について説明する。
燃焼室２ａ内で燃料ガスの燃焼により生成した燃焼排ガスは、下端部の燃焼室出口２ｄから排気流路３ａに導かれ、流路内を上昇して排気出口管３ｂを介して外部に排出される。
一方、原料ガス供給管９ｂ及び水供給管９ｃから予熱層９内に供給される原料ガス（メタンを主成分とする都市ガス）及び水は、予熱層９上部で混合しつつ伝熱促進体９ａに沿って降下していく。その際、第一隔壁３を介して燃焼排ガスからの受熱により、予熱層９出口で約４００℃の水蒸気混合ガスとなって改質触媒層６に流入する。
【００１９】
水蒸気混合ガスは、改質触媒層６内において触媒反応によりＨ２とＣＯを主成分とする改質ガスに改質される。改質ガス反応（１）は吸熱反応であり、第一隔壁３を介して燃焼排ガスから熱供給を受けて、許容温度範囲内で反応が進む。改質触媒層６下端部では約６７０℃に上昇して、触媒層出口４ｃを経由して改質ガス流路５ｄに導かれる。
改質ガス流路５ｄ内の改質ガスは、流路内を上昇する間に第二隔壁４を介して改質触媒層６側の水蒸気混合ガスに放熱し、流路末端では約４００℃に温度降下してシフト触媒層７に流入する。
【００２０】
シフト触媒層７において、改質ガスはＣＯ成分がシフト反応（２）によりＣＯ２に変成され、ＣＯ濃度０．５％程度に低下する。シフト反応は発熱反応であるため、第二隔壁４を介して予熱層９側に放熱して反応適正温度を維持し、２００℃程度のシフト出ガスとなって混合室１６に導かれる。
シフト出ガスは、空気混合室１６内において空気供給管１６ｂを介して供給される空気と混合し、シフト出混合ガスとして連通孔１３から流路区画１５ａに流入する。この場合、連通孔１３が単孔であり、かつ、邪魔板１６ａの存在により、シフト出ガスと供給空気とが混合室１６内で十分に混合した後、流路区画１５ａに導入される。
流路区画１５ａの外周近傍から流入したシフト出混合ガスは、水平流路部１５ｃを内周（第二隔壁上段部４ａ）方向に向かって流れる。その際、混合ガスはリング状の水平流路部１５ｃ全面に拡散され、混合ガスの濃度均一化が図られる。
【００２１】
第二隔壁上段部４ａに誘導された混合ガスは、流路区画１５ａの垂直流路部１５ｄに沿って上昇する。その際、第二隔壁上段部４ａを介して予熱層９を通過する水又は（原料ガス＋水）と熱交換して放熱し、混合ガス温度はＰＲＯＸ触媒層８の許容温度である約１７０℃に冷却される。
垂直流路部１５ｄ内のシフト出混合ガスは、区画部材１２の垂直区画部１２ａに複数設けられた連通孔１４を通過して、流路区画１５ｂに流入する。その際、連通孔１４は垂直区画部１２ａの全周にわたり複数設けられているため、シフト出混合ガスを触媒層最下部８ｄ全面から均等に触媒層内に導入させることができる。
触媒層内において、シフト出混合ガスのＣＯ濃度は、上記（３）の反応により１０ｐｐｍ以下にまで除去される。選択酸化触媒反応は発熱反応であり、触媒耐熱性を考慮して１７０−１２０℃の温度となるように、第二隔壁４を介して予熱層９側に放熱し、出口では１２０℃程度となるように設計されている。
ＰＲＯＸ触媒層８においてＣＯを除去された改質ガスは、改質ガス出口管８ｃを経由して燃料電池セルスタック（図示せず）側に供給される。
【００２２】
＜第二の実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図３を参照して、本実施形態に係る水蒸気改質器２０が上述の実施形態に係る水蒸気改質器１と異なる点は、第一に燃焼室の構成及び排気流路である。すなわち、水蒸気改質器１では、燃焼排ガスは燃焼室２ａ内を下降し、燃焼隔壁２と第一隔壁３の間隙に構成される排気流路３ａに流入して上昇し、排気出口管３ｂから外部に排出される。これに対して、水蒸気改質器２０は燃焼隔壁を備えておらず、燃焼排ガスは燃焼室２１内を下降し、反転して第一隔壁３に沿って上昇して、排気出口管２２から外部に排出される。第一隔壁３を介しての燃焼排ガスと予熱層９を通過する水等との熱交換については、水蒸気改質器１と同様である。
第二に、原料ガスの導入経路が異なることである。すなわち、水蒸気改質器１では、原料ガス及び水ともに、予熱層９上部に導入される。これに対して水蒸気改質器２０では、水は予熱層９上部から導入されて、ＰＲＯＸ触媒層８、シフト触媒層７と熱交換するが、原料ガスは供給管２３を介して予熱層９の下部に導入され、熱交換することなく水と混合して改質触媒層６に流入する。
その他の構成及び改質ガスの生成工程については水蒸気改質器１と同一であるので、重複説明を省略する。
【００２３】
＜第三の実施形態＞
さらに、他の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、燃焼隔壁を備えない改質器２０を例にしている。
図４（ａ）を参照して、本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、区画部材の構成及びシフト触媒層とＰＲＯＸ触媒層の境界部連絡流路の構成である。すなわち、第一の実施形態の区画部材１２が断面Ｌ字形状に構成されているのに対して、本実施形態の境界部３０の区画部材３２は断面逆Ｌ字形状に構成されている。また、本実施形態の連絡流路３５は、区画部材３１，３２により２つの流路区画３５ａ、３５ｂに分割されている。区画部材３１は単孔である連通孔３３を備え、一方、区画部材３２は垂直区画部３２ａに放射状に設けられた複数の連通孔３４を備えている。
さらに、流路区画３５ｂ（請求項の「熱交換促進流路区画」に該当）は、垂直流路部３５ｃと水平流路部３５ｄにより構成されている。垂直流路部３５ｂは、第二隔壁４と通過するガスとの接触面積を十分確保して、予熱層９側との熱交換を促進するため、流路幅が十分狭いリング状に構成されている。
以上の構成により、空気混合室３６内のシフト出混合ガスは、連通孔３３を介して流路区画３５ａに流入する。この場合、連通孔３３は単孔であるため、空気混合室３６内で十分混合が行われた後に流路区画３５ａに流入し、流路区画３５ａにおいて拡散が進行する。さらに、放射状に設けられた複数の連通孔３４を介して流路区画３５ｂの垂直流路部３５ｃに導かれ、第二隔壁４を介して予熱層９との熱交換により１７０℃程度に冷却され、ＰＲＯＸ触媒層８に導入される。
その他の構成及び改質ガスの生成工程については水蒸気改質器１と同一であるので、重複説明を省略する。
【００２４】
＜第四の実施形態＞
さらに、境界部に関する他の実施形態について説明する。図４（ｂ）を参照して、本実施形態の連絡流路４５は、区画部材４１，４２により２つの流路区画４５ａ、４５ｂに分割されている。区画部材４２は下端部に単孔である連通孔４３を備え、上端部に放射状に設けられた複数の連通孔４４を備えている。さらに、流路区画４５ａ（「熱交換促進流路区画」に該当）は、上述の第三の実施形態の垂直流路部３５ｂと同様に、流路幅が十分狭いリング状に構成されている。
以上の構成により、空気混合室４６内のシフト出混合ガスは、連通孔４３から流路区画４５ａに流入する。空気混合室４６における混合ガスの混合促進、及び、流路区画４５ａにおける拡散促進については、上述の実施形態と同様である。さらに、第二隔壁４を介して予熱層９との熱交換により１７０℃程度に冷却され、放射状に設けられた複数の連通孔４４を通過した後、流路区画４５ｂを経て、ＰＲＯＸ触媒層８に導入される。
その他の構成及び改質ガスの生成工程については水蒸気改質器１と同一であるので、重複説明を省略する。  
【００２５】
＜第五の実施形態＞
さらに、境界部に関する他の実施形態について説明する。図４（ｃ）を参照して、本実施形態の連絡流路５５は、区画部材５１，５２により２つの流路区画５５ａ、５５ｂに分割されている。本実施形態では、空気混合室５６と流路区画５５ａを結ぶ連通孔５３は、区画部材５２の下端部と第二隔壁４の隙間に、リング状に形成されている。また、区画部材５２は上端部に単孔である連通孔５４を備えている。さらに、流路区画５５ａ（「熱交換促進流路区画」に該当）は、上述の第三の実施形態の垂直流路部３５ｂ等と同様に、流路幅が十分狭いリング状に構成されている。
以上の構成により、空気混合室５６内のシフト出混合ガスは、リング状連通孔５３を介して流路区画５５ａに導かれる。ここで、第二隔壁４を介して予熱層９との熱交換により１７０℃程度に冷却され、単孔連通孔５４を通過した後、流路区画５５ｂを経て、ＰＲＯＸ触媒層８に導入される。流路区画５５ａにおける混合ガスの混合促進、及び、流路区画５５ｂにおける拡散促進については、上述の各実施形態と同様である。
その他の構成及び改質ガスの生成工程については水蒸気改質器１と同一であるので、重複説明を省略する。  
【００２６】
＜第六の実施形態＞
さらに、境界部に関する他の実施形態について説明する。図４（ｄ）を参照して、本実施形態の連絡流路６５は、区画部材６１，６２により２つの流路区画６５ａ、６５ｂに分割されている。区画部材６２は、下端部に単孔である連通孔６３を備えている。また、流路区画６５ａと流路区画６５ｂを結ぶ連通孔６４は、区画部材６２の上端部と第二隔壁４の隙間にリング状に形成されている。流路区画６５ａ（「熱交換促進流路区画」に該当）は、第二隔壁４を介して予熱層９と接し、熱交換を促進してＰＲＯＸ触媒層８に導入されるガスの温度を低下させるため、縦長、かつ、流路幅が十分狭くなるよう構成されている。
以上の構成により、空気混合室６６内のシフト出混合ガスは、単孔連通孔６３から流路区画６５ａに流入する。さらに、第二隔壁４を介して予熱層９との熱交換により１７０℃程度に冷却され、リング状連通孔６４を介して流路区画６５ｂに流入し、さらにＰＲＯＸ触媒層８に導入される。なお、流路区画６５ａにおける混合ガスの混合促進、及び、流路区画６５ｂにおける拡散促進については、上述の各実施形態と同様である。
その他の構成及び改質ガスの生成工程については水蒸気改質器１と同一であるので、重複説明を省略する。  
【００２７】
＜第七の実施形態＞
さらに、境界部に関する他の実施形態について説明する。図４（ｅ）を参照して、本実施形態の連絡流路７５は、区画部材７１により２つの流路区画７５ａ、７５ｂに分割されている。区画部材７１は下端部に単孔である連通孔７３を備え、上端部に放射状に設けられた複数の連通孔７４を備えている。また、流路区画７５ａ（「熱交換促進流路区画」に該当）は、第二隔壁４を介して予熱層９と接し、熱交換を促進してＰＲＯＸ触媒層８に導入されるガスの温度を低下させるため、流路幅を十分狭く構成されている。さらに、上記各実施形態では、シフト触媒層７とＰＲＯＸ触媒層８とを隣接して配置しているのに対して、本実施形態では両者を離隔して配置しているため、流路区画７５ａの垂直距離を長くとることができ、その分、より熱交換の促進を可能としている。
以上の構成により、空気混合室７６内のシフト出混合ガスは、単孔の連通孔７３から流路区画７５ａに流入する。さらに、第二隔壁４を介して予熱層９との熱交換により１７０℃程度に冷却され、放射状に設けられた複数の連通孔７４を通過した後、流路区画７５ｂを経て、ＰＲＯＸ触媒層８に導入される。なお、流路区画７５ａにおける混合ガスの混合促進、及び、流路区画７５ｂにおける拡散促進については、上述の各実施形態と同様である。
その他の構成及び改質ガスの生成工程については水蒸気改質器１と同一であるので、重複説明を省略する。  
【実施例１】
【００２８】
本発明の効果を確認するために、本発明の境界部構造を備えた改質器と、従来構造の改質器を用いて、両触媒層の境界部における温度条件比較を行った。
図３に、本発明の境界部一実施例構造（ａ）及び従来構造（ｂ）の温度測定箇所を示す。また、図４に実施例境界部の要部寸法、表１に試験条件を示す。
【００２９】
【表１】
2011178613.tif 000003
【００３０】
表２は、測定結果を比較したものである。同表より、本発明の実施例構造によれば、シフト触媒層上端とＰＲＯＸ触媒層下端の距離（Ｄ）が短く、かつ、シフト出ガス温度が高いにも関わらず、従来構造と同等のＰＲＯＸ触媒層導入温度に下げることができる。さらに、従来構造では局部的な高温箇所（Ｃ２）が生じているのに対して、本発明構造では温度均一化が達成されている。これらの結果から、本発明の優位性が実証された。
【００３１】
【表２】
2011178613.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ＰＥＦＣ燃料電池用の改質器としてのみならず、炭化水素系燃料から水素を生成する燃料処理装置として汎用的に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２０・・・・・水蒸気改質器
２・・・・・燃焼隔壁
２ａ、２１・・・・・燃焼室
２ｂ・・・・・バーナ
３・・・・・第一隔壁
３ａ・・・・排気流路
４・・・・・第二隔壁
５・・・・・第三隔壁
５ｄ・・・・改質ガス流路
６・・・・・改質触媒層
７・・・・・シフト触媒層
８・・・・・ＰＲＯＸ触媒層
９・・・・・予熱層
９ａ・・・・伝熱促進体
９ｂ・・・・原料ガス供給管
９ｃ・・・・水供給管
１０、３０、４０、５０、６０、７０・・・・境界部
１１、１２、３１、３２、４１、４２、５１、５２、６１、６２、７１、７２・・・区画部材
１３、１４、３３、３４、４３、４４、５３、５４、６３、６４、７３、７４・・・連通孔
１５、３５、４５、５５、６５、７５・・・連絡流路
１５ａ、１５ｂ、３５ａ、３５ｂ、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ、６５ａ、６５ｂ、７５ａ、７５ｂ・・・流路区画
１６、５６、６６、７６・・・空気混合室
【図１】
2011178613.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
2011178613.tif 000009
【図４（ｃ）】
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【図４（ｄ）】
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【図４（ｅ）】
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【図５】
2011178613.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
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