(57)【要約】【課題】改質触媒の温度分布が小さい構成であり、改質触媒の搭載量を少なくすることができる燃料処理装置を提供すること。【解決手段】改質部が円筒形状の容器であり、原料ガスと水蒸気から水素含有ガスを生成する改質部の流路に沿って、燃焼部の燃焼ガス流路が包囲するように配置されていることで、改質触媒の温度分布が小さく、改質触媒の搭載量を少なくすることができる。このとき、燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出部が、改質部の外周に配置される構造とすると更によい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスと水蒸気から水素含有ガスを生成する改質部と、
燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、
を備える燃料処理装置において、
前記改質部の流路に沿って、前記燃焼部の燃焼ガス流路が包囲するように配置される、
燃料処理装置。
【請求項２】
前記改質部は、円筒形状である、請求項１記載の燃料処理装置。
【請求項３】
前記改質部は、径方向の長さよりも軸方向の長さが大きい、請求項２記載の燃料処理装置。
【請求項４】
前記改質部の流路方向と、前記燃焼部の燃焼ガス流路方向が対向している、請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【請求項５】
前記燃焼部は、燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出部を備え、
前記燃料ガス噴出部は、前記改質部より外周に配置されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【請求項６】
前記燃焼部は、燃焼空気を噴出する燃焼空気噴出部を備え、
前記燃焼空気噴出部は、前記燃料ガス噴出部の内周および外周に配置されている、請求項５記載の燃料処理装置。
【請求項７】
原料ガスから硫黄を除去し前記改質部に送出する脱硫部と、
前記改質部より送出される水素含有ガス中の一酸化炭素を低減する変成部と、を更に備え、
前記脱硫部は、前記変成部によって包囲するように配置されている、
請求項１〜６の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【請求項８】
前記燃焼ガス流路には、燃焼ガスに周方向の流れを与える流路規制部材を備える、
請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【請求項９】
原料ガスと水蒸気から水素含有ガスを生成する改質部と、
燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出部を有し、前記燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、
を備える燃料処理装置において、
前記燃料ガス噴出部は、前記改質部の外周に配置される、
燃料処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムなどに用いられ、原料ガスを用いて水素を含有する改質ガスを生成する燃料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、一般に水素を含有する改質ガスを生成する燃料処理装置と、燃料処理装置で生成された改質ガスを利用して発電する発電スタックとを有する。燃料処理装置としては、例えば、同一の軸心を有する複数の円筒体を備えた円筒式燃料処理装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、燃料処理装置は、蒸発部、改質部、変成部、選択酸化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、水蒸気改質反応により、水素含有ガスに改質させる。改質反応後の水素含有ガスには１０％程度の一酸化炭素が含まれ、そのままでは発電スタックを被毒するため、一酸化炭素除去を行う変成部と選択酸化部を具備している。
【０００４】
変成部は、水素含有ガスを変成触媒に通して、変成反応により一酸化炭素を０．５％程度まで低減させる。変成部の後、水素含有ガスは酸素を含んだ空気と混合され、選択酸化部に入る。選択酸化部は、酸素を混合した水素含有ガスを選択酸化触媒に通して、選択酸化反応により一酸化炭素を１０ｐｐｍ程度まで低減する。
【０００５】
燃焼部としては、一般に、原料ガスまたは発電スタックから戻ってくるオフガスを燃焼させるバーナが用いられる。この燃焼熱により、改質部に熱を与え、改質触媒が反応に適した温度（例えば６００℃）に保たれる。バーナの特性としては、複数種類の燃料ガスを燃焼させることができ、広い範囲の空燃比（空気と燃料ガスの比率）で安定した燃焼が可能であることが求められる。バーナの形状としては、火炎が一つに集中した形状となるバーナが多く用いられる。
【０００６】
特許文献１のように、多重円筒型の燃料処理装置においては、一般に、多重円筒の軸上に燃焼部が設置される。また、改質部は燃焼部を包囲するような二重円筒状の空間に設置され、内周側から燃焼熱を与えられる形式が取られる。そのため、改質触媒の温度は内径側から外径側に向けて温度が下がる温度分布がつく。
【０００７】
また、改質部に流入する原料ガスと水蒸気はらせん状の流路を通過するため、らせん終端の位置は周方向の一箇所となる。改質部の、らせん終端からの周方向での位置によって、反応する気体の流量や流速が異なる。改質反応は吸熱反応であり、周方向の位置により反応の量が異なることで、改質触媒には周方向にも温度分布がつく。
【０００８】
また、燃焼ガスが流れる、改質部の内側の流路は、比較的狭い流路幅に設定し、積極的に改質触媒と熱交換させる。そのため、僅かな加工の誤差により、燃焼ガス流路を構成する部材の同軸度が保たれない場合、燃焼ガス流路の幅が周方向でばらつく。その場合、燃焼ガスの流量も周方向でばらつき、改質触媒に与えられる熱も影響を受ける。結果として、改質触媒の周方向の温度分布の原因となる。
【０００９】
このように、二重円筒状の空間に設置した改質触媒は温度分布が大きくなる。改質反応は平衡反応であるため、必要な転化率（原料ガス中のメタンなどが水素に転化した割合）を得るために、改質触媒を積み増す必要があり、燃焼処理装置の大型化の原因となる。また、改質触媒は多くの場合貴金属を用いるため、燃料処理装置の高コスト化の原因となる。
【００１０】
そこで、改質部の空間を二重円筒状の空間にせず、単純円筒の内側に収める方式の燃料処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
【００１１】
特許文献２の燃料処理装置では、燃焼部としてのバーナの、火炎が発生する先に、単純円筒状の改質部が設置されており、その形状は軸方向よりも径方向に長い円筒構造となっている。火炎が発生した直後の燃焼ガスが、この改質部の円形の断面に当たることで、広い面で改質触媒を加熱することができる。その後、改質ガスは、改質部の外周を通り、下流に向かう。
【００１２】
この方式によれば、改質部が単純円筒で製作できるため、構造が簡素化されて、製造が容易になる。また、周方向の温度分布がつきにくい構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４９５３２３１号公報
【特許文献２】特許第５１５４２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２の構成では、以下のような問題が生じる場合がある。
【００１５】
特許文献２の構成では、改質部の形状は軸方向よりも径方向に長い構造となっており、原料ガスが中心軸付近から流入し、外径側に流出する流れになる。そのため、流路長は改質部の半径程度の長さとなり、流路長が短い。改質反応の反応速度により、流路が短くなると反応が完了せず、未反応の原料ガスの残る割合が高くなる。そのため、短い反応流路においては、改質触媒を多く積み増すことで必要な転化率を得ることになる。
【００１６】
また、燃焼部の火炎からの燃焼ガスが当たる面について、火炎の延長上とそれ以外の部分では昇温性に差が発生し、特に火炎が一つに集中した形状になるバーナにおいては、中心軸上に比べ、外径側にいくほど昇温されにくくなる。このため、改質触媒には径方向の温度分布が発生する。従って、引き続き改質触媒を多く積み増すことで必要な転化率を得ることになる。
【００１７】
ところで、改質反応は平衡反応であり、高温になるほど転化率は高くなりやすく、反応速度も高くなる。しかし、改質触媒は高温になるほどシンタリングという劣化を起こしやすい。シンタリングとは触媒中の担体（例えばアルミナなど）の表面にナノオーダーで分散されている触媒金属粒子が、高温状態で凝集して粒成長することで、触媒としての活性が低下することである。
【００１８】
このシンタリングによる劣化を防止するため、改質触媒としては最高温度を６００〜７００℃になるように制御することが多い。吸熱反応をすることで、触媒温度は下がり、その温度の平衡に近づく。平衡に近づくと反応量が減るため、より高い温度とすることができる。こうして、改質触媒の上流から順に温度が上がっていき、下流温度が最高となり、必要な転化率を得るように設計する。例えば、触媒の温度帯を４００〜６５０℃になるように設計する。
【００１９】
このとき触媒に温度分布があると必要な触媒量が多くなるため、できるだけ温度分布が小さくなるように設計する。また、反応速度の制約を受けにくいように、できる限り流路方向に長い構成を取るように設計する。このように、従来の燃料処理装置の構成では、改質触媒の温度分布が大きく、必要な触媒量が多くなるという課題があった。
【００２０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、改質触媒の温度分布が小さい構成であり、改質触媒の搭載量を少なくすることが可能な、燃料処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
すなわち、本発明は以下に示す燃料処理装置に関する。
【００２２】
［１］原料ガスと水蒸気から水素含有ガスを生成する改質部と、燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、を備える燃料処理装置において、前記改質部の流路に沿って、前記燃焼部の燃焼ガス流路が包囲するように配置されていることを特徴とする、燃料処理装置。
【００２３】
［２］前記改質部は、円筒形状をしている、上記［１］記載の燃料処理装置。
【００２４】
［３］前記改質部は、径方向長さよりも軸方向長さが大きい、上記［２］に記載の燃料処理装置。
【００２５】
［４］前記改質部の流路方向と、前記燃焼部の燃焼ガス流路方向が対向している、上記［１］〜［３］の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【００２６】
［５］前記燃焼部には、燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出部を備え、前記燃料ガス噴出部が前記改質部より外周側に配置されている、上記［１］〜［４］の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【００２７】
［６］前記燃焼部は、燃焼空気を噴出する燃焼空気噴出部を備え、前記燃焼空気噴出部が前記燃料ガス噴出部の内周側および外周側に配置されている、上記［５］記載の燃料処理装置。
【００２８】
［７］原料ガスから硫黄を除去し前記改質部に送出する脱硫部と、前記改質部より送出される水素含有ガス中の一酸化炭素を低減する変成部と、を更に備え、前記脱硫部は、前記変成部によって包囲するように配置されている、上記［１］〜［６］の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【００２９】
［８］前記燃焼ガス流路には、燃焼ガスに周方向の流れを与える流路規制部材を備える、上記［１］〜［３］の何れか一項に記載の燃料処理装置。
【００３０】
［９］原料ガスと水蒸気から水素含有ガスを生成する改質部と、燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出部を有し、前記燃料ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、を備え、前記燃料ガス噴出部は、前記改質部の外周に配置される、燃料処理装置。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、改質触媒の温度分布が小さく、改質触媒の搭載量を少なくすることができる燃料処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料処理装置の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１における触媒の温度分布を示す概略図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料処理装置の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の燃料処理装置は、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、都市ガスやＬＰＧなどの原料ガスから、水素リッチな改質ガスを生成して燃料電池の発電スタックへ供給する装置である。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料処理装置１の縦断面図である。
【００３６】
本実施の形態の燃料処理装置１は図１に示すように、主な機能部として脱硫部１０、改質部２０、変成部３０、選択酸化部４０、燃焼部５０、蒸発部６０により構成されている。これらの機能部は、それぞれ円筒状に加工された、例えばステンレス板金などで隔壁を設けられ、空間を隔てられて構成される。円筒同士は略同一の軸を持った多重円筒構造となっている。
【００３７】
［機能部の説明］
次に本発明の燃料処理装置１の機能部について図１を用いて説明する。
【００３８】
１）脱硫部について
脱硫部１０は、外部から供給される都市ガスやＬＰＧ等の、炭化水素系の原料ガスに含まれる硫黄成分を除去する。脱硫方式としては、例えば水添脱硫方式や吸着脱硫方式が用いられる。本実施の形態では、水添脱硫方式での脱硫を行っている。原料ガスに、燃料処理装置で生成した水素を僅かに混合した状態で、脱硫部１０に投入すると、水添脱硫反応により、原料ガス中の硫黄成分が除去される。
【００３９】
脱硫部１０は、例えばＣｕ系の水添脱硫触媒を含む。水添脱硫触媒は例えば２５０〜３００℃で良好な反応をする。
【００４０】
脱硫部１０は周囲を変成部３０に包囲されるように配置されている。
【００４１】
脱硫方式としては、常温で用いられる吸着脱硫触媒を、燃料処理装置１の外部に設置しても良い。
【００４２】
２）改質部について
改質部２０は、脱硫部１０で脱硫された原料ガスと、蒸発部６０で生成された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。
【００４３】
改質部２０は、例えば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。改質部２０は周囲を燃焼部５０に包囲されるように配置されている。
【００４４】
改質部２０は、円筒状の容器形状をしており、円筒内部に改質触媒が充填されている。二重円筒の間に充填する場合に比べ、容器形状が単純であり、製作が容易になる。また、粒状の触媒を充填する場合にも充填の効率が高くなり、製作が容易になる。
【００４５】
改質部２０の円筒状の容器は、径方向の長さよりも軸方向の長さが長い形状をしている。こういった形状をしていることで、改質触媒中を通るガスの流路が長くなり、より確実に改質反応を起こすことができる。
【００４６】
３）変成部について
変成部３０は、改質部２０から送出された水素含有ガスに含まれる一酸化炭素濃度（例えば１０％）を、変成反応により低減（例えば０．５％）させる。
【００４７】
変成部３０は、例えばＣｕ系触媒を含む。変成触媒は例えば２５０℃で良好な反応をする。
【００４８】
変成反応は発熱反応であり、発生した熱の一部は脱硫部１０に与えられ、脱硫部１０を適切な温度に維持することができる。
【００４９】
４）選択酸化部について
選択酸化部４０は、変成部３０から送出された水素含有ガスと、外部から供給される空気とを混合し、水素含有ガス中の一酸化炭素と、空気中の酸素を選択酸化反応させ、一酸化炭素濃度を低減（例えば１０ｐｐｍ以下）する。こうして一酸化炭素濃度を低減した改質ガスは、燃料処理装置１を出て、発電スタックへと向かい、発電に使われる。
【００５０】
５）燃焼部について
燃焼部５０は、発電スタックから戻ってくるオフガスもしくは原料ガスを、燃料ガスとして燃焼させる。燃料ガスと燃焼空気を混合させて火炎を発生させ、高温の燃焼ガスを生成する。燃料ガスと燃焼空気の混合が不十分の場合、不完全燃焼となり、燃焼ガスに一酸化炭素が多く含まれるようになり危険である。そのため、燃料ガスの噴出と同時に、積極的に燃焼空気を混合させる構成を取っている。
【００５１】
本実施の形態ではこのような拡散燃焼方式を用いているが、予混合燃焼方式を用いても良い。
【００５２】
６）蒸発部について
蒸発部６０は、らせん状に加工された蒸発部パイプ６１で構成されている。このパイプの内側には改質水が供給され、パイプの外側から燃焼ガスにより熱を与えられ、水蒸気を生成する。生成した水蒸気は改質部２０に向かう。
【００５３】
蒸発部がらせん状になっていることで、改質水の流れる時間が長くなり、確実に改質水を蒸発させることができる。
【００５４】
［ガスの流れの説明］
本発明の燃料処理装置１におけるガスの流れについて、図１を用いて説明する。
【００５５】
まず、原料ガスが改質ガスに変わる流れを説明する。
【００５６】
原料ガス入口２から流入した原料ガスは、脱硫部１０において、硫黄成分を除去される。
【００５７】
次に原料ガスは、蒸発部６０で生成された水蒸気と混合され、改質部２０に流入する。ここで、改質触媒による水蒸気改質反応により水素含有ガスへと改質される。
【００５８】
この水素含有ガスは、連結流路２１を通り、蒸発部６０の更に外周側となる改質後流路２２を通る。
【００５９】
続いて水素含有ガスは、変成部３０に流入する。ここで変成触媒による変成反応により、一酸化炭素を低減される。
【００６０】
ここで、選択酸化空気入口３１より、酸素を含む空気が流入し、水素含有ガスと混合される。
【００６１】
さらに水素含有ガスは、選択酸化部４０に流入する。ここで選択酸化触媒により、一酸化炭素が酸素と反応することにより、一酸化炭素が更に低減され、改質ガスとなる。
【００６２】
こうして、水素リッチかつ一酸化炭素が十分に低減された改質ガスは、改質ガス出口４１から流出し、発電スタックへと向かい、発電に使われる。
【００６３】
次に、燃焼ガスの流れを説明する。
【００６４】
発電スタックで水素を消費され、残った成分であるオフガスが主に燃焼に使われる。起動時にはオフガスが発生していないため、原料ガスが使われる。これらの、オフガスや原料ガスといった燃料ガスは、燃料ガス入口３から流入する。
【００６５】
燃料ガス入口３から流入した燃料ガスは、燃料ガスヘッダ４に入る。燃料ガスヘッダ４は円周状の流路となっている。燃料ガスヘッダ４に沿って、燃料ガス噴出部５が円周状に配置されており、燃料ガスが噴出する。燃料ガス噴出部５は例えば多数の穴であり、燃料ガスヘッダ４に沿って、円周上に均等に配置される。
【００６６】
燃料ガス噴出部５は改質部２０の外径よりも大きい円周上に配置される。噴出した燃料ガスは火炎となり、高温の燃焼ガスを生成し、改質部２０を包囲する燃焼ガス流路５１を流れ、改質部２０に効率的に熱を与える。
【００６７】
一方で、燃焼空気入口６からは燃焼空気が流入する。燃焼空気は連結流路２１を流れる水素含有ガスなどと熱交換し、予熱される。燃焼空気を予熱することで、燃焼におけるエネルギー効率が高くなる。
【００６８】
予熱された燃焼空気は、燃焼空気噴出部７から噴出する。噴出した燃焼空気は、燃料ガスと混合され、燃焼し、燃焼ガスとなる。
【００６９】
燃焼空気噴出部７は、例えば多数の穴であり、燃料ガス噴出部５に沿って円周上に均等に配置される。また、燃焼空気噴出部７は、燃料ガス噴出部５よりも内径側の円周上に少なくとも１周配置されている。加えて、燃料ガス噴出部５よりも外径側の円周上に少なくとも１周配置されている。
【００７０】
このような形状とすることで、燃料ガス噴出部５から噴出する燃料ガスに対し、燃焼空気噴出部７から噴出する燃焼空気が、内外から挟み込むように混合される。その結果、燃焼初期から燃料ガスと燃焼空気が十分に混合しており、完全燃焼しやすい。よって、火炎が一つに集中した形状になるバーナと比べても、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素は同等程度に抑えられる。
【００７１】
さらに、このような燃焼部５０の形状により、燃焼の完了が早くなり、火炎が短くなる。そのため、燃焼後すぐに高温の燃焼ガスを得ることができ、改質部２０を効率的に加熱することができる。
【００７２】
燃焼部５０で発生した燃焼ガスは燃焼ガス流路５１に流入する。燃焼ガス流路５１に入った燃焼ガスは、改質部２０包囲するように流れることで、改質部２０を効率的に加熱することができる。
【００７３】
燃焼ガス流路５１の燃焼ガスの流れと、改質部２０の水素含有ガスの流れは対向している。よって、燃焼ガス流路５１の上流は改質部２０の下流と熱交換する。こうすることで改質部２０は上流から下流に向かって温度が高くなっていく。水蒸気改質反応は平衡反応であるため、上流から順に反応の上限が上がっていくこの構成では、反応速度に制約を受けにくく、改質触媒下流温度を制御することで所望の転化率を得やすい構成となっている。また、特許文献１のように、高温のうちに燃焼ガスを折り返させる必要がないため、燃焼ガスによって構造体が高温にされることがなく、構造体の耐久性を高めることができる。
【００７４】
改質部２０に熱を与えた燃焼ガスは、流路を折り返し、蒸発部６０に熱を与える。蒸発部６０には改質水が供給されているため、改質水は蒸発し、水蒸気となる。
【００７５】
こうして、熱を与え終わった燃焼ガスは十分に低い温度となり、燃焼排ガス出口５２から燃料処理装置１の外部に排出される。
【００７６】
変成部３０や選択酸化部４０の温度が高い場合、冷却空気入口５３から冷却空気が流入する。冷却空気は、選択酸化部４０や変成部３０、改質後流路２２と熱交換し、それぞれを冷却させる。こうして高温になった冷却空気は蒸発部６０と熱交換し、燃焼ガスと一緒に燃焼排ガス出口５２から排出される。こうすることで、触媒の温度を適切な温度に制御すると共に、放熱を抑制して、燃料処理装置１の改質効率を高めることができる。
【００７７】
［触媒温度分布］
図１のように本実施の形態の燃料処理装置１は改質部２０と脱硫部１０が単純円筒形状になっている。
【００７８】
このような構成における触媒の温度分布について、図２を用いて説明する。ここでは触媒として改質触媒の吸熱反応を想定する。
【００７９】
図２（ａ）は、単純円筒の場合の触媒部の断面図である。図２（ｂ）は、二重円筒の場合の触媒部の断面図である。
【００８０】
一例として、図２（ａ）の外径をφ５０ｍｍとする。このとき、触媒部の断面積は、
Ａ1＝１．９６×１０3ｍｍ2
である。
【００８１】
次に、図２（ｂ）の内径をφ５０ｍｍ、外径をφ７０．７ｍｍとする。このとき、触媒部の断面積は、
Ａ2＝１．９６×１０3ｍｍ2
である。
【００８２】
このように、単純円筒の外径と二重円筒の内径を同一にし、断面積も同一とした場合を想定する。搭載する触媒量が同じ場合、断面積が等しいので、軸方向の長さも等しくなる。図２（ａ）において外周に、図２（ｂ）において内周にそれぞれ加熱源をおいた場合、熱伝達面積も等しくなる。
【００８３】
図２（ａ）においては外周に加熱源があるとすると、矢印のように外径から中心に向かって熱伝導していく。よって熱伝導だけを考慮すると、中心側より外径側の方が高温になる。
【００８４】
改質触媒が使われるような高温帯（例えば６００℃）においては、熱伝導に対し、輻射の割合が高くなってくる。輻射の影響は矢印のように外径側から中心側に向かって輻射が集中するため、外径側よりも中心側の温度が高くなる。この結果、触媒反応が起こっていないような状態では、外径側より中心側の方が高温になる。
【００８５】
また、この場合、触媒部からの放熱は基本的に無いと考えられる。
【００８６】
このような状態で、単純円筒の内側に充填された改質触媒が吸熱反応をすると、反応の量により、中心側と外径側の温度の上下が変化する。総体的に見て、触媒部の温度は均一に近く、温度分布が小さい。
【００８７】
図２（ｂ）において、内周に加熱源があるとすると、矢印のように内径側から外径側に向かって熱伝導する。また、輻射を考慮すると、矢印のように内径側から外径側に輻射が広がるため、熱伝導と合わせて、内径側よりも外径側が低温になる。更に、外径側からは放熱が起こるため、さらに外径側が低温になりやすい。
【００８８】
このように、熱伝達による加熱、輻射による加熱、放熱を考慮した場合、触媒部の温度分布は、単純円筒が均一に近くなるのに比べ、二重円筒では外径側が確実に低温になる。よって、単純円筒で外周に加熱源がある構成の方が、触媒の温度分布が小さい。
【００８９】
次に周方向の温度分布について考える。
【００９０】
加熱源の流れの不均一や、触媒部に流入するガスの流れの不均一により、触媒部に周方向の温度分布が発生することがある。周方向の温度分布が発生した場合、触媒粒子間の熱伝達などにより、温度分布が緩和されていく。よって断面で見たときの、高温箇所と低温箇所の距離が長いほど温度分布が抑制されにくくなる。
【００９１】
前述した例において、図２（ａ）では平均径はφ２５ｍｍなのに対し、図２（ｂ）では平均径はφ６０．３５ｍｍとなり、単純円筒である図２（ａ）の方が周方向の距離が短く、周方向分布を抑制しやすい構成となっている。
【００９２】
このように、図２（ａ）のような単純円筒の構成では触媒の温度分布を小さくすることができる。触媒の温度分布が小さいことで、温度分布による触媒の積み増し量を少なくすることができ、より小型で低コストの燃料処理装置にすることができる。
【００９３】
また、脱硫部１０についても同様のことが言える。輻射の影響は低くなるが、放熱が無いことや、周方向の温度分布が抑制されることで、脱硫触媒の温度分布も小さくすることができる。脱硫触媒も適正な温度範囲に収めることで、触媒の活性が高くなり、搭載する触媒量を少なくすることができる。よって単純円筒の構成とすることで、温度分布による触媒の積み増し量を少なくすることができ、より小型で低コストの燃料処理装置にすることができる。
【００９４】
このように本実施の形態の燃料処理装置は、改質触媒や脱硫触媒の搭載量を少なくすることができる。
【００９５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料処理装置１０１の縦断面図である。
【００９６】
図３において、上述の実施の形態１の燃料処理装置１と同等の構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００９７】
本実施の形態においては、燃焼ガス流路５１に流路規制部材５４が配置されている。流路規制部材は中空の二重円筒形状をしていて、内径側にらせん状の流路が形成されている。
【００９８】
燃焼部５０で発生した燃焼ガスは、らせん状の流路を通り、周方向に流れる。このような構成とすることで、燃焼ガスは改質部２０に接したまま長い距離を流れることになる。したがって、燃焼ガスと改質部２０との熱交換が促進され、より効率的に改質触媒を加熱することができる。さらに、燃焼ガスが周方向に流れることにより、燃焼ガスの周方向のばらつきを抑制することができ、改質触媒の周方向の温度分布を抑制できる。
【００９９】
流路規制部材５４に形成する流路としては、らせん状に限らず、例えば波状の折り返し流路であってもよい。
【０１００】
流路規制部材５４は耐熱性のある物質、例えば断熱材で製作することができる。断熱性は低くてもよく、低コストで加工性が良い耐熱材料が望ましい。らせん状の流路を形成するため、金型で焼結などにより製作してもよい。その場合は、流路規制部材５４は２個以上に分割することで、金型での製作が容易になる。
【０１０１】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態は円筒型の燃料処理装置の場合について説明したが、同様の構成を持つ、例えば楕円型や角型の燃料処理装置においても本発明の実施は可能であり、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の燃料処理装置は、改質触媒の温度分布が小さく、改質触媒の搭載量が少ない燃料処理装置であり、本装置を用いた燃料電池システム等に有用である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１０１  燃料処理装置
２  原料ガス入口
３  燃料ガス入口
４  燃料ガスヘッダ
５  燃料ガス噴出部
６  燃焼空気入口
７  燃焼空気噴出部
１０  脱硫部
２０  改質部
２１  連結流路
２２  改質後流路
３０  変成部
３１  選択酸化空気入口
４０  選択酸化部
４１  改質ガス出口
５０  燃焼部
５１  燃焼ガス流路
５２  燃焼排ガス出口
５３  冷却空気入口
６０  蒸発部
６１  蒸発部パイプ
【図１】
2015010012.tif 000003
【図２】
2015010012.tif 000004
【図３】
2015010012.tif 000005