(57)【要約】【課題】簡単な構成と操作で、起動時や稼動時における負荷変動に対して迅速に対応して、触媒層の温度を触媒反応に適した所定の温度に保持することができる燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃焼排ガスを生成する燃焼排ガス生成部１６を有し、燃焼排ガス生成部１６から供給される燃焼排ガスとの熱交換により触媒層３２、３９、４４を加熱する燃料改質装置１において、燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路２５、２６が、触媒層３２、３９、４４を挟む内外の壁面１０、１１に沿って形成されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼排ガスを生成する燃焼排ガス生成部を有し、前記燃焼排ガス生成部から供給される前記燃焼排ガスとの熱交換により触媒層を加熱する燃料改質装置において、
前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路が、前記触媒層を挟む内外の壁面に沿って形成されてなることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスの流量を調整する流量調整手段が、前記触媒層の下流側の前記燃焼排ガス流路に配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記触媒層の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記流量調整手段は、前記温度検出手段により検出された触媒層温度によって開閉度を調節し、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスの流量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排気手段を有し、
前記燃焼排ガス排気手段は、前記温度検出手段により検出された触媒層温度によって該排気装置の排気能力が調節されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記燃焼排ガス流路の途中に前記燃焼排ガスの流路を下流側に配された触媒層に接続するバイパス流路に切り替える流路切替手段を有するとともに、下流側に配された触媒層の温度を検出する第二の温度検出手段を有し、
前記流路切替手段は、前記第二の温度検出手段により検出された触媒層温度が所定の温度より低い場合に、前記燃焼排ガスの流路を前記バイパス流路に切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記流路切替手段は、弁体を変位させることで前記バイパス流路に流れる燃焼排ガスの流量を調整する流量調整弁からなるものである請求項５に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記流路切替手段は、弁体と、直棒状あるいはバネ形状の形状記憶合金からなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである請求項５に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記流路切替手段は、弁体と、熱膨張率の異なる２種類以上の素材を組み合わせたバイメタルからなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである請求項５に記載の燃料改質装置。
【請求項９】
前記燃焼排ガス流路の途中に、前記燃焼排ガスの温度に応じて前記燃焼排ガス流路を閉塞する流路閉塞手段を有し、
前記流路閉塞手段は、熱膨張により弁体を動作させて前記燃焼排ガスの流量を調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料改質装置。
【請求項１０】
前記流路閉塞手段は、弁体と、直棒状あるいはバネ形状の形状記憶合金からなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである請求項９に記載の燃料改質装置。
【請求項１１】
前記流路閉塞手段は、弁体と、熱膨張率の異なる２種類以上の素材を組み合わせたバイメタルからなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである請求項９に記載の燃料改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに用いられる燃料改質装置、特に、燃料改質装置の触媒加熱制御手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料改質装置の触媒の温度を早期に上昇させ、活性化させるために、熱源として抵抗電熱ヒータが設けられたり、燃焼排ガスが利用されたりしている。抵抗電熱ヒータを熱源とする場合、温度制御は容易であるが、電力消費により全体のシステムとしての効率が低下する。また、燃焼排ガスを熱源として利用する場合、高温下の構造体内に燃焼排ガスの流量を調整する手段を配設することが難しいため、触媒温度の制御は構造体および運転条件の影響を強く受けることになっていた。
【０００３】
触媒を加熱する基本的な伝熱形態としては、熱伝導、熱対流および熱輻射がある。一般的に使用される燃料改質装置の触媒加熱方式は、電熱ヒータや電磁誘導加熱、燃焼排ガスを熱源あるいは熱媒体とする直接的、間接的な熱伝導、または熱対流を利用したものが多い。電熱ヒータを用いる場合、触媒温度を精度良く制御でき、温度制御性に優れるが、電力を消費するため、燃料電池システムとしての効率が低下する。
【０００４】
特許文献１には、電磁誘導加熱により触媒を加熱する燃料改質装置（水素生成装置）が記載されており、炭化水素化合物を含有する原料から熱分解により水素ガスを生成する反応器内を加熱するため、反応器内部に配設された発熱体（炭化水素化合物を熱分解して水素ガスを生成する触媒としての機能を有する）と、反応器外に配設され、発熱体を誘導加熱する駆動手段（誘導加熱コイル）とからなる誘導加熱手段を備えた構成が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された燃料改質装置では、発熱体を誘導加熱により加熱するために、誘導加熱コイルに電力を供給しなければならず、電熱ヒータを用いる場合と同様、電力消費のため、燃料電池システムとしての効率が低下することになる。このような加熱形態に対して、燃焼排ガスを利用する方式では、触媒を加熱するために電力消費を伴わず、システム全体での効率を向上させることができる。
【０００６】
このような燃焼排ガスを利用して触媒を加熱するものとして、特許文献２に開示された燃料改質装置９０では、図８に示すように、その中央（中心軸上）には燃焼器９１が配置され、燃焼器９１の外側の上方位置から下方位置にかけて水蒸気発生部９２と改質部９３が配置され、さらにその外側の改質部９３より上方位置に一酸化炭素変成部９４と一酸化炭素除去部９５が配置されており、燃焼器９１と水蒸気発生部９２、改質部９３の間の間隙に燃焼排ガス流路９１が形成されている。この燃焼排ガス流路９１に燃焼器９１から排出される高温の燃焼排ガスが流通し、この燃焼排ガスの熱により改質部９３、一酸化炭素変成部９４および一酸化炭素除去部９５が加熱されることにより、それぞれの構成部９３〜９５に配設された触媒層（改質触媒層、一酸化炭素変成触媒層および一酸化炭素除去触媒層）の反応に適した所定の温度に保持されるように構成されている。
【特許文献１】特開２００３−２０６１０２号公報
【特許文献２】特開２００７−０５７８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示された燃料改質装置９０では、通常運転時に、燃料電池から反応に利用されずに排出された燃料オフガスがバーナの燃料として供給され、また、起動時に、改質用に供される炭化水素系の燃料ガスが供給され、燃焼器９１で燃焼される。これによって、特許文献１に開示された燃料改質装置のように、電熱ヒータや誘導加熱コイルに電力を供給する必要がなく、燃料電池システムとしての効率が低下を防止することができる。
【０００８】
しかしながら、一酸化炭素変成部９４および一酸化炭素除去部９５が水蒸気発生部９２を介して加熱されるため、たとえ、起動時に燃料ガスを用いて燃焼器９１で燃焼させ、急速に水蒸気発生部９２や改質部９３、一酸化炭素変成部９４、一酸化炭素除去部９５を加熱し、昇温させようとしても、酸化炭素変成部９４および一酸化炭素除去部９５は水蒸気発生部９２の温度の影響を直接的に受け、燃焼排ガス流路９１を流通する燃焼排ガスと直接熱交換できないため、各触媒層の温度をそこでの反応に適した所定の温度に保持するまで多大な時間を要することになる。すなわち、起動時に迅速に対応できないという課題があった。また、起動時だけでなく、稼動時の負荷変動により、特定の触媒層の温度が変動して所定の温度から外れた場合にも、このような応答性の悪さから、所定の温度に復帰させるのにも迅速に対応できないという課題があった。
【０００９】
しかも、改質部９３、一酸化炭素変成部９４および一酸化炭素除去部９５において、各触媒層は燃焼排ガス流路９１に対向する側で温度が高く、燃料改質装置９０の外周壁９７に断熱材を配しても、外周壁９７側で温度が低くなり、各触媒層が触媒層厚さ方向（各構成部の半径方向）に不均質な温度勾配を有して触媒層温度が安定せず、全体を所定の温度に保持することが困難であった。
【００１０】
本発明は、以上のような課題に鑑みて為されたものであり、簡単な構成と操作で、起動時や稼動時における負荷変動に対して迅速に対応して、触媒層の温度を触媒反応に適した所定の温度に保持することができる燃料改質装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る燃料改質装置は、上記の課題を解決するため、燃焼排ガスを生成する燃焼排ガス生成部を有し、前記燃焼排ガス生成部から供給される前記燃焼排ガスとの熱交換により触媒層を加熱する燃料改質装置において、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路が、前記触媒層を挟む内外の壁面に沿って形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１に係る発明の燃料改質装置によれば、燃焼排ガス流路が触媒層を挟む内外の壁面に沿って形成されてなり、触媒層が内外壁面から燃焼排ガスにより加熱されるため、燃料改質装置の起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応して、触媒層の温度を所定の温度に保持することができる。しかも、内外壁の両面から加熱されるため、触媒層の厚さ方向において温度分布が均一化され、触媒層全体の温度を安定して所定の温度に保持することができる。さらに、稼動停止時に燃料改質装置を冷却停止するときにおいても、燃焼排ガス生成部での燃焼を停止し、燃焼排ガス流路に支燃ガス（空気など）を送給することにより、迅速に冷却することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に係る燃料改質装置は、上記の請求項１に係る燃料改質装置において、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスの流量を調整する流量調整手段が、前記触媒層の下流側の前記燃焼排ガス流路に配設されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に係る発明の燃料改質装置によれば、燃焼排ガス流路に配設された流量調整手段により燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量が調整されるため、燃料改質装置の起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応することができる。例えば、燃焼排ガスの流量を増加させることにより、急速に触媒層の温度を上昇させることができ、燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層の温度を低下させることができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係る燃料改質装置は、上記の請求項１または２に係る燃料改質装置において、前記触媒層の温度を検出する温度検出手段を有し、前記流量調整手段は、前記温度検出手段により検出された触媒層温度によって開閉度を調節し、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスの流量を調整することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に係る発明の燃料改質装置によれば、流量調整手段が触媒層温度によって開閉度が調節されることにより燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量が調整されるため、触媒層の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係る燃料改質装置は、上記の請求項１〜３のいずれか一項に係る燃料改質装置において、前記燃焼排ガス流路を流れる前記燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排気手段を有し、前記燃焼排ガス排気手段は、前記温度検出手段により検出された触媒層温度によって排気能力が調節されることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に係る発明の燃料改質装置によれば、燃焼排ガス排気手段の排気能力が触媒層温度によって調節されることにより、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量が調整されるため、燃料改質装置の起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応して、触媒層の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。例えば、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を増加させることにより、触媒層の温度を速やかに上昇させることができ、燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層の温度を速やかに低下させることができる。
【００１９】
本発明の請求項５に係る燃料改質装置は、上記の請求項１〜４のいずれか一項に係る燃料改質装置において、前記燃焼排ガス流路の途中に前記燃焼排ガスの流路を下流側に配された触媒層に接続するバイパス流路に切り替える流路切替手段を有するとともに、下流側に配された触媒層の温度を検出する第二の温度検出手段を有し、前記流路切替手段は、前記第二の温度検出手段により検出された触媒層温度が所定の温度より低い場合に、前記燃焼排ガスの流路を前記バイパス流路に切り替えることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項５に係る発明の燃料改質装置によれば、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった場合に、流路切替手段により、燃焼排ガスの流路が下流側に配された触媒層に接続するバイパス流路に切り替えられるため、温度の高くなった下流側に配された触媒層の温度を速やかに降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。
【００２１】
本発明の請求項６に係る燃料改質装置は、上記の請求項５に係る燃料改質装置において、  前記流路切替手段は、弁体を変位させることで前記バイパス流路に流れる燃焼排ガスの流量を調整する流量調整弁からなるものである。
【００２２】
請求項６に係る発明の燃料改質装置によれば、流量調整手段が、下流側に配された触媒層の温度に応じて、バイパス流路に流れる燃焼排ガスの流量を調整するため、触媒層の温度が所定の温度より高くなった場合に、燃焼排ガスをバイパス流路に流すことにより、下流側に配された触媒層の温度を速やかに降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。なお、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなったとき、この流量調整弁により、燃焼排ガスの流路を即座にバイパス流路に切り替えてもよいし、また、徐々に切り替えてもよい。燃焼排ガスの流路を徐々にバイパス流路に切り替えると、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった度合い（温度変化量）に応じた流量の燃焼排ガスがバイパス流路に供給されるため、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【００２３】
本発明の請求項７に係る燃料改質装置は、上記の請求項５に係る燃料改質装置において、前記流路切替手段は、弁体と、直棒状あるいはバネ形状の形状記憶合金からなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである。
【００２４】
請求項７に係る発明の燃料改質装置によれば、流路切替手段の弁体支持部材が直棒状あるいはバネ形状の形状記憶合金により構成され、弁体を変位可能に支持するため、流路切替手段は、その温度変化量に応じた弁体支持部材の変形量で弁体を変位させ、燃焼排ガスの流路をバイパス流路に切り替えることにより、効果的に温度の高くなった下流側に配された触媒層の温度を降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。なお、バネ形状の形状記憶合金により構成される弁体支持部材は、温度変化により得られる変形量が大きく、より速やかにバイパス流路への切り替えが行われる。
【００２５】
弁体支持部材が配置される環境の温度と下流側に配された触媒層の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を下流側に配された触媒層の温度を反映させたものに設定することにより、実態として触媒層温度が所定の温度より高くなった場合に、速やかに燃焼排ガスの流路をバイパス流路に切り替えることができる。また、弁体支持部材を形状記憶合金により構成すると、燃焼排ガスの流路が徐々にバイパス流路に切り替えられるため、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった度合い（温度変化度）に応じた流量の燃焼排ガスがバイパス流路に供給され、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【００２６】
本発明の請求項８に係る燃料改質装置は、上記の請求項５に係る燃料改質装置において、前記流路切替手段は、弁体と、熱膨張率の異なる２種類以上の素材を組み合わせたバイメタルからなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである。
【００２７】
請求項８に係る発明の燃料改質装置によれば、流路切替手段の弁体支持部材がバイメタルにより構成されるため、その温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガスの流路がバイパス流路に切り替えられることにより、効果的に温度の高くなった下流側に配された触媒層の温度を降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。なお、弁体支持部材が配置される環境の温度と下流側に配された触媒層の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を下流側に配された触媒層の温度を反映させたものに設定することにより、実質的には触媒層温度が所定の温度より高くなった場合に、燃焼排ガスの流路をバイパス流路に切り替えることができる。また、弁体支持部材をバイメタルにより構成すると、燃焼排ガスの流路が徐々にバイパス流路に切り替えられるため、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった度合い（温度変化度）に応じた流量の燃焼排ガスがバイパス流路に供給され、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【００２８】
本発明の請求項９に係る燃料改質装置は、上記の請求項１〜８のいずれか一項に係る燃料改質装置において、前記燃焼排ガス流路の途中に、前記燃焼排ガスの温度に応じて前記燃焼排ガス流路を閉塞する流路閉塞手段を有し、前記流路閉塞手段は、熱膨張により弁体を動作させて前記燃焼排ガスの流量を調整することを特徴とするものである。
【００２９】
請求項９に係る発明の燃料改質装置によれば、流路閉塞手段が、燃焼排ガスの温度に応じて燃焼排ガス流路を閉塞する、ないしは、完全に閉塞する以前に燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を減少させるため、必ずしも上記の請求項２に係る流量調整手段を用いなくとも、燃焼排ガスの温度が高く、これに伴い触媒層の温度が所定の温度を超えて上昇した場合には、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流れを停止する、ないしは、燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層の温度を降下させることができる。また、燃焼排ガスの温度が低く、これに伴い触媒層の温度が所定の温度より低下した場合には、燃焼排ガスの流量を増加させることにより、触媒層の温度を上昇させることができる。このようにして、燃料改質装置の起動時や稼動時における負荷変動に対して迅速に対応して触媒層の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。なお、流路閉塞手段を用いる場合にあっても、流量調整手段あるいは上記の請求項３に係る燃焼排ガス排気手段との併用を排除するものではない。
【００３０】
本発明の請求項１０に係る燃料改質装置は、上記の請求項９に係る燃料改質装置において、前記流路閉塞手段は、弁体と、直棒状あるいはバネ形状の形状記憶合金からなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである。
【００３１】
請求項１０に係る発明の燃料改質装置によれば、流路閉塞手段の弁体支持部材が直棒状あるいはバネ形状の形状記憶合金により構成され、弁体を変位可能に支持するため、流路閉塞手段は、燃焼排ガスの温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガス流路を徐々に閉塞して、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流れを停止する、ないしは、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。なお、弁体支持部材が配置される環境の温度と弁体支持部材が配置される側方の触媒層あるいは下流側の触媒層の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を側方あるいは下流側に配された触媒層の温度を反映させたものに設定することにより、実態として触媒層温度が所定の温度より高くなったときに、燃焼排ガス流路を閉塞することができる。
【００３２】
バネ形状の形状記憶合金により構成された弁体支持部材は、温度変化量に対して得られる変形量が大きく、より速やかに燃焼排ガス流量の調整が行われる。また、弁体支持部材を形状記憶合金により構成すると、燃焼排ガス流路を閉塞して燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流れを停止したり、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を減少させたりするため、側方あるいは下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった度合いに応じた流量の燃焼排ガスが燃焼排ガス流路を流れ、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【００３３】
本発明の請求項１１に係る燃料改質装置は、上記の請求項９に係る燃料改質装置において、前記流路閉塞手段は、弁体と、熱膨張率の異なる２種類以上の素材を組み合わせたバイメタルからなり、前記弁体を変位可能に支持する弁体支持部材を備えるものである。
【００３４】
請求項１１に係る発明の燃料改質装置によれば、流路閉塞手段の弁体支持部材がバイメタルにより構成され、弁体を変位可能に支持するため、流路閉塞手段は、燃焼排ガスの温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガス流路を徐々に閉塞して、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流れを停止する、ないしは、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。なお、弁体支持部材が配置される環境の温度と側方あるいは下流側に配された触媒層の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を側方あるいは下流側に配された触媒層の温度を反映させたものに設定することにより、実態として触媒層温度が所定の温度より高くなったときに、燃焼排ガス流路を閉塞することができる。
【００３５】
また、弁体支持部材をバイメタルにより構成すると、燃焼排ガス流路を閉塞して燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流れを停止したり、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を減少させたりするため、側方あるいは下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった度合いに応じた流量の燃焼排ガスが燃焼排ガス流路を流れ、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の燃料改質装置によれば、燃料改質装置の起動時や稼動時における負荷変動に対して迅速に対応して、触媒層の温度を触媒反応に適した所定の温度に保持することができる。燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路の下流側に流量調整弁や排気装置を配設した場合には、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスの流量を調整して、負荷変動に対してより迅速に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の燃料改質装置１に係る最良の実施の形態について、図面に基づき説明する。なお、下記に開示される実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、実施の形態で開示された内容ではなく、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれると解されるべきである。
【００３８】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る燃料改質装置１Ａの構成と動作について、図１に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料改質装置１Ａの構成を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【００３９】
本発明の実施の形態１に係る燃料改質装置１Ａは、燃料改質装置容器３の中に、略円筒状に形成された外筒断熱側壁５とその下端および上端に位置してそれぞれ外筒断熱側壁５に接続する外筒底板６と外筒蓋板７とで封止された外筒４が配置され、その内部に略円筒状の反応筒８が配置されている。なお、燃料改質装置容器３内の外筒４との間には断熱材９が充填され、外筒４内に配設された反応筒８内部の温度が外部環境温度に影響されて変動しないように保温している。反応筒８は、同心略円筒状に形成された内壁１０（内壁面）と外壁１１（外壁面）との間に形成された環状空間に、隔壁（図示省略）や仕切り板（図示省略）等で仕切られることにより、水蒸気発生部２７、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３とそれらの間を繋ぐ燃料ガス流路２８、改質ガス流路３６が形成されている。なお、断熱材９を用いず、燃料改質装置容器３内の外筒４との間が真空断熱されていてもよく、燃料改質装置容器３が魔法瓶と同様の形態で構成されるものであってもよい。
【００４０】
この反応筒８内に配設された改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３は、それぞれ改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４を備えて構成されている。水蒸気発生部２７は、導入された炭化水素系の燃料ガスに水蒸気を添加し、改質ガス通路３１は、水蒸気が添加された炭化水素系の燃料ガスを改質触媒層３２に導入し、水蒸気改質して改質ガスを生成するものである。また、一酸化炭素変成部３８は、この改質ガス通路３１で生成された改質ガスを一酸化炭素変成触媒層３９に導入し、改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減させるとともに、一酸化炭素除去部４３は、この一酸化炭素変成部３８を経た改質ガスに選択酸化ガス（空気）を混合した上で、一酸化炭素変成触媒層４４に導入し、改質ガス中に残存する一酸化炭素を選択的に酸化して除去するものである。
【００４１】
また、反応筒８の内方には、水蒸気発生部２７、および改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３（具体的には、改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４）を加熱する燃焼排ガスを生成する燃焼排ガス生成部１６が配設されている。燃料改質装置１Ａの外筒断熱側壁５と、反応筒８と、燃焼排ガス生成部１６を構成する略円筒状の燃焼筒１７の各軸心は、同一軸心上に位置するように配置されている。
【００４２】
燃焼排ガス生成部１６は、略円筒状に形成された燃焼筒１７と、この燃焼筒１７の中心軸上に配設された燃料オフガス導入配管１８と、この燃料オフガス導入配管１８の下端に接続され、燃焼筒１７内部の下方に向けて火炎を形成するバーナ部１９とを備えてなり、燃焼筒１７の上方に開口された燃焼空気導入口２０に接続された燃焼空気供給配管２１と燃焼空気供給装置２２から燃焼空気導入口２０を介して燃焼補助空気が燃焼筒１７内に導入されるとともに、燃料オフガス導入配管１８の上端に接続された燃料オフガス供給配管２３を介して燃料電池２から燃料オフガスがバーナ部１９に供給され、燃焼補助空気の存在下でバーナ部１９で燃焼されて、高温の燃焼排ガスが生成される。
【００４３】
また、燃焼筒１７の下方を塞ぐ燃焼筒底板２４には燃焼排ガス導出口２４ａが開口されるとともに、反応筒８の下方を塞ぐ反応筒底板１３には燃焼排ガス流通口１３ａが開口されており、燃焼排ガス導出口２４ａと燃焼排ガス流通口１３ａとの間が燃焼排ガス連通路（図示省略）により接続されている。なお、燃焼排ガス連通路の側壁面には無数の燃焼排ガス流通孔（図示省略）が開口されている。
【００４４】
バーナ部１９で燃焼されて生成された高温の燃焼排ガスは、下方に向かう気流に乗って流れ、燃焼筒底板２４に開口された燃焼排ガス導出口２４ａを介して、燃焼排ガス生成部１６から燃焼排ガス連通路に導出される。そして、導出された燃焼排ガスの一部は、燃焼排ガス流通孔を通って、反応筒８の内壁１０と燃焼筒１７と間に形成された燃焼排ガス流路２５（内側流路）を上方に向けて送給され、また、燃焼排ガスの残部は、燃焼排ガス流通口１３ａを通って、反応筒８の外壁１１と外筒断熱側壁５と間に形成された燃焼排ガス流路２６（外側流路）を上方に向けて送給される。そして、燃焼排ガス流路２５および燃焼排ガス流路２６に沿って流れる燃焼排ガスによって、反応筒８の内壁１０と外壁１１の間に配設された改質触媒層３２（改質ガス通路３１）、一酸化炭素変成触媒層３９（一酸化炭素変成部３８）および一酸化炭素除去触媒層４４（一酸化炭素除去部４３）が加熱され、それぞれの触媒反応に適した温度に保持されることになる。
【００４５】
本実施の形態１において、改質触媒層３２を構成する改質触媒としては、例えば、ルテニウム系やニッケル系の水蒸気改質触媒が用いられ、一酸化炭素変成触媒層３９を構成する一酸化炭素変成触媒としては、例えば、貴金属系触媒または銅−亜鉛触媒などが用いられ、一酸化炭素除去触媒層４４を構成する一酸化炭素除去触媒としては、例えば、貴金属系触媒が用いられる。
【００４６】
反応筒８は、この反応筒８を構成する内壁１０と外壁１１との間が隔壁で仕切られており、内壁１０と隔壁との間に形成された環状空間の上部に水蒸気発生部２７が、下部に改質ガス通路３１がそれぞれ配置され、また、外壁１１と隔壁との間に形成された環状空間の上部に一酸化炭素除去部４３が、下部に一酸化炭素変成部３８がそれぞれ配置されている。
【００４７】
水蒸気発生部２７は、内壁１０と隔壁との間に形成された環状空間に、案内板（図示省略）により仕切られて形成された燃料ガス流路２８が設けられている。この燃料ガス流路２８は、内壁１０を介して燃焼排ガス流路２５に対向しており、燃焼排ガス流路２５を流通する燃焼排ガスにより高温に加熱される。そして、この燃料ガス流路２８の上流側に設けられた燃料ガス導入口２９から、改質用水が混入された炭化水素系の燃料ガスが導入され、改質用水が燃料ガス流路２８で案内板等に保持されて蒸発することにより、炭化水素系の燃料ガスに水蒸気が添加される。この水蒸気が添加された燃料ガスは、燃料ガス流路２８の下流側に配設された仕切り板の適所に開口された複数の水蒸気添加燃料ガス流通口（図示省略）を通って、改質ガス通路３１に送給される。
【００４８】
改質ガス通路３１は、内壁１０と隔壁との間に形成された環状空間の下方部分に水蒸気改質触媒が充填された改質触媒層３２を備えて構成される。改質ガス通路３１には、水蒸気発生部２７で水蒸気が添加された燃料ガスが水蒸気添加燃料ガス流通口より改質触媒層３２に導入され、改質触媒層３２において、燃料ガス中の炭化水素ガス（例えば、メタンガス）が改質され、水素と一酸化炭素に分離されて一酸化炭素を含む水素リッチな改質ガスが生成される。また、改質ガス通路３１の下方（下流側）には、改質触媒層３２の厚さ方向（反応筒８の半径方向）の略中央位置に達する温度測定穴３３が形成され、この温度測定穴３３に改質媒体温度センサ３４（温度検出手段）が埋設されており、改質触媒層３２の温度が測定されている。改質ガス通路３１で改質された改質ガスは、改質ガス通路３１の最下方位置に設けられた改質ガス流通口３５、および隔壁と外壁１１との間に形成された改質ガス流路３６を通って、さらに、改質ガス流路３６の下流側に配設された仕切り板の適所に開口された複数の改質ガス流通口（図示省略）を通って、一酸化炭素変成部３８に送給される。
【００４９】
一酸化炭素変成部３８は、隔壁と外壁１１との間に形成された環状空間の中間部分に一酸化炭素変成触媒が充填された一酸化炭素変成触媒層３９を備えて構成される。一酸化炭素変成部３８には、改質ガス通路３１で改質された改質ガスが改質ガス流路３６を経て改質ガス流通口より一酸化炭素変成触媒層３９に導入され、一酸化炭素変成触媒層３９において、改質ガス中の一酸化炭素が１％以下の濃度に低減される。また、一酸化炭素変成部３８の下方（上流側）には、一酸化炭素変成触媒層３９の厚さ方向（反応筒８の半径方向）の略中央位置に達する温度測定穴４０が形成され、この温度測定穴４０にＣＯ変成媒体温度センサ４１（温度検出手段）が埋設されており、一酸化炭素変成触媒層３９の温度が測定されている。一酸化炭素変成部３８で一酸化炭素が低減された改質ガスは、一酸化炭素変成部３８の下流側に配設された仕切り板の適所に開口された複数の改質ガス流通口（図示省略）を通って、一酸化炭素除去部４３に送給される。
【００５０】
一酸化炭素除去部４３は、隔壁と外壁１１との間に形成された環状空間の上方部分に一酸化炭素除去触媒が充填された一酸化炭素除去触媒層４４を備えて構成される。一酸化炭素除去部４３に、一酸化炭素変成部３８で一酸化炭素が低減された改質ガスが改質ガス流通口を通って一酸化炭素除去触媒層４４に導入されるとともに、一方で選択酸化ガス供給口（図示省略）から供給された選択酸化ガスと混合されて、一酸化炭素除去触媒層４４において、改質ガス中の一酸化炭素が選択酸化されて１０ｐｐｍ以下の濃度に除去される。また、一酸化炭素除去部４３の下方（上流側）には、一酸化炭素除去触媒層４４の厚さ方向（反応筒８の半径方向）の略中央位置に達する温度測定穴４５が形成され、この温度測定穴４５にＣＯ除去媒体温度センサ４６（第二の温度検出手段）が埋設されており、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が測定されている。一酸化炭素除去部４３で一酸化炭素が除去された改質ガスは、一酸化炭素除去部４３の最下流端部に形成された改質ガス導出口４７から、この改質ガス導出口４７に接続された改質ガス導出配管４８を経て、燃料電池２の燃料極に送給される。
【００５１】
上記の改質ガス通路３１における炭化水素ガスの改質反応、一酸化炭素変成部３８における一酸化炭素の変成反応および一酸化炭素除去部４３における一酸化炭素の選択酸化反応を円滑に収率よく進行させるためには、改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４をそれぞれの反応に適した温度（所定の温度、あるいは所定の温度範囲）に保持する必要があり、本実施の形態１の燃料改質装置１Ａにおいては、触媒層（改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４）の内壁１０および外壁１１に沿って燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路２５、２６が形成され、内壁１０に沿った燃焼排ガス流路２５と外壁１１に沿った燃焼排ガス流路２６とにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）、一酸化炭素変成部３８（一酸化炭素変成触媒層）、一酸化炭素除去部４３（一酸化炭素除去触媒層４４）および水蒸気発生部２７が加熱され、それぞれの構成部での反応に適した所定の温度に保持される。
【００５２】
なお、改質ガス通路３１における炭化水素ガスの改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素変成部３８における一酸化炭素の変成反応および一酸化炭素除去部４３における一酸化炭素の選択酸化反応は発熱反応である。これらの改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４をそれぞれの反応に適した温度に保持するため、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３での反応により吸熱量と発熱量とのバランスを考慮して、燃焼排ガス流路２５、２６における燃焼排ガスの温度、ならびに改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の高さ（反応筒８の軸心方向の寸法）と厚さ（反応筒８の半径方向の寸法）、水素改質触媒、一酸化炭素変成触媒および一酸化炭素除去触媒の充填量が設定されている。また、同様にして、温度センサ３４、４１、４６で検出される改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の保持されるべき適正温度も設定されている。
【００５３】
燃料改質装置１Ａにおいて、改質ガス通路３１の改質触媒層３２は６００〜７００℃の温度範囲に保持されるのがよく、一酸化炭素変成部３８の一酸化炭素変成触媒層３９は２５０〜３５０℃の温度範囲に保持されるのがよく、一酸化炭素除去部４３の一酸化炭素除去触媒層４４は１１０〜２５０℃の温度範囲に保持されるのがよい。これらの反応に適した温度範囲の中で、燃料改質装置１Ａにおける燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの温度や流量、さらには、制御に利用される温度センサ３４、４１、４６の位置などを考慮して、上記の所定の温度が設定される。
【００５４】
さらに、本実施の形態１の燃料改質装置１Ａにおいては、燃焼排ガス流路２５の最下流端部に、改質ガス通路３１および水蒸気発生部２７を加熱した後の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出口４９が設けられ、燃焼排ガス流路２６の最下流端部に、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３を加熱した後の燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出口５０が設けられ、これらの燃焼排ガス排出口４９、５０にそれぞれ燃焼排ガス排出配管５１、５２が接続されるとともに、燃焼排ガス排出配管５１、５２にそれぞれ燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整する流量調整弁５３、５４（流量調整手段）が配設され、さらに、燃焼排ガス排出配管５１、５２の下流端部に、それぞれ燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスを排出する排気手装置５５、５６（燃焼排ガス排出手段）が接続されている。
【００５５】
流量調整弁５３は、改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度に基づいて、その開閉度が調節され、これにより燃焼排ガス流路２５を流れる燃焼排ガスの流量を調整するとともに、流量調整弁５４は、ＣＯ変成媒体温度センサ４１で検出された一酸化炭素変成触媒層３９の温度に基づいて、その開閉度が調節され、これにより燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整する。これらの流量調整弁５３、５４は、互いに独立してそれぞれ燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整することができる。
【００５６】
すなわち、改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度が所定の温度（例えば、７００℃）を超えると、流量調整弁５３の開閉度を下げて燃焼排ガス流路２５を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）の温度を速やかに低下させることができる。また、改質触媒層３２の温度が所定の温度（例えば、６００℃）未満になると、流量調整弁５３の開閉度を上げて燃焼排ガス流路２５を流れる燃焼排ガスの流量を増大させることにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）の温度を速やかに上昇させることができる。さらに、これに伴って、改質触媒層３２の下流側に位置して、温度が上昇あるいは低下していた水蒸気発生部２７の温度を低下あるいは上昇させることができる。このようにして、流量調整弁５３を用いて燃焼排ガス流路２５を流れる燃焼排ガスの流量を調整することにより、改質触媒層３２およびその下流側に位置する水蒸気発生部２７の温度をその反応に適した所定の温度に維持するように制御することができる。
【００５７】
また、ＣＯ変成媒体温度センサ４１で検出された一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度（例えば、３５０℃）を超えると、流量調整弁５４の開閉度を下げて燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、一酸化炭素変成部３８（一酸化炭素変成触媒層３９）の温度を速やかに低下させることができる。また、一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度（例えば、２５０℃）未満になると、流量調整弁５４の開閉度を上げて燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を増大させることにより、一酸化炭素変成部３８（一酸化炭素変成触媒層３９）の温度を速やかに上昇させることができる。さらに、これに伴って、一酸化炭素変成触媒層３９の下流側に位置して、温度が上昇あるいは低下していた一酸化炭素除去触媒層４４の温度を低下あるいは上昇させることができる。このようにして、流量調整弁５４を用いて燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整することにより、一酸化炭素除去触媒層４４およびその下流側に位置する一酸化炭素除去触媒層４４の温度をその反応に適した所定の温度に維持するように制御することができる。
【００５８】
なお、このような燃焼排ガス流路２６の流量制御に利用する温度検出手段として、ＣＯ変成媒体温度センサ４１を用いず、ＣＯ除去媒体温度センサ４６を用いてもよい。すなわち、ＣＯ除去媒体温度センサ４６で検出された一酸化炭素除去触媒層４４の温度に基づいて、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整することにより、一酸化炭素除去触媒層４４およびその上流側に位置する一酸化炭素変成触媒層３９の温度をその反応に適した所定の温度に制御することができる。
【００５９】
さらに、一酸化炭素変成触媒層３９や一酸化炭素除去触媒層４４にＣＯ変成媒体温度センサ４１、４６を配設せずに、改質ガス通路３１に配設された改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度に基づいて、流量調整弁５３、５４を用いて燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整することにより、改質ガス通路３１および水蒸気発生部２７、一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３の温度をそれぞれの反応に適した所定の温度に制御してもよい。改質触媒層３２の温度と、水蒸気発生部２７、一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４の温度とは、一定の相関性（改質触媒層３２の温度が高ければ、水蒸気発生部２７や一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４の温度も高くなる）を有するため、改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度だけに基づいて、改質ガス通路３１および水蒸気発生部２７、一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３の温度をそれぞれの反応に適した所定の温度に制御することができる。
【００６０】
各触媒層をそれらの反応に適した所定の温度に保持するため、本実施の形態１においては、温度センサ３４、４１、４６によりそれぞれ改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の温度を検出し、これらの温度に基づいて流量調整弁５３、５４の開閉度を制御して、燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整しているが、このような温度検出とそれによる流量調整弁５３、５４の制御は、燃料改質装置１Ａ全体の動作を制御する制御部（図示省略）により実行される（以下に示す実施の形態２〜５においても同様）。
【００６１】
なお、実施の形態１の燃料改質装置１Ａにおいては、燃料オフガス供給配管２３の経路途中に流路切替弁５７が配設され、改質ガス導出配管４８の経路途中に流路切替弁５８が配設されるとともに、これらの流路切替弁５８と流路切替弁５７との間にバイパス配管５９が接続され、さらに、流路切替弁５７に燃焼ガス供給配管６０が接続されている。燃焼改質装置の起動時においては、急速に水蒸気発生部２７、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３の温度をそれぞれの反応に適した所定の温度に昇温する必要があり、そのため、流路切替弁５７を切り替えて、燃焼ガス供給配管６０から燃料オフガス供給配管２３、燃料オフガス導入配管１８を経て燃焼ガスをバーナ部１９に送給して、高い発熱量を発生する燃焼ガスを燃焼させることにより、高温の燃焼排ガスで水蒸気発生部２７、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３を急速に昇温させる。
【００６２】
また、起動当初においては、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３がそれぞれの反応に適した所定の温度に昇温されていないため、改質ガスが十分に一酸化炭素が除去された状態に達しておらず、このような改質ガスを燃料電池２の燃料極に送給すれば、電極触媒層に用いられた触媒を被毒させて、その性能を低下させる恐れがあるため、流路切替弁５８を切り替えて、一酸化炭素が十分に除去されていない水素リッチな改質ガス（燃料ガス）をバイパス配管５９および流路切替弁５７を介して、燃料オフガス供給配管２３、燃料オフガス導入配管１８を経てバーナ部１９に送給する。このような操作により、起動時に、高温の燃焼排ガスで水蒸気発生部２７、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３を急速に昇温させることができる。
【００６３】
なお、水蒸気発生部２７、改質ガス通路３１、一酸化炭素変成部３８および一酸化炭素除去部４３が、それぞれの反応に適した所定の温度に昇温された後は、流路切替弁５７、５８を切り替えて、燃料電池２から燃料オフガスを燃料オフガス供給配管２３、燃料オフガス導入配管１８を経てバーナ部１９に供給するとともに、改質ガスを燃料電池２の燃料極に供給するように変更する。
【００６４】
上記のように構成された実施の形態１の燃料改質装置１Ａによれば、燃焼排ガス流路２５、２６が触媒層（改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４）を挟む内外の壁面（内壁１０、外壁１１）に沿って形成されてなり、触媒層３２、３９、４４が内外の壁面１０、１１から燃焼排ガスにより加熱されるため、燃料改質装置１Ａの起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応して、触媒層３２、３９、４４の温度をそれぞれの反応に適した所定の温度に保持することができる。
【００６５】
しかも、燃焼排ガス流路２５、２６（燃焼排ガス排出配管５１、５２）に配設された流量調整弁５３、５４により燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量が調整されるため、燃料改質装置１Ａの起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応することができる。例えば、燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を増加させることにより、速やかに触媒層３２、３９、４４の温度を上昇させることができ、燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層３２、３９、４４の温度を速やかに低下させることができる。
【００６６】
また、流量調整弁５３、５４が温度センサ３４、４１により検出される触媒層温度によって開閉度が調節されることにより、燃焼排ガス流路２５、２６（燃焼排ガス排出配管５１、５２）を流れる燃焼排ガスの流量が調整されるため、触媒層３２、３９、４４の温度を精度良く、各触媒層３２、３９、４４での反応に適した所定の温度に保持することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態１においては、改質媒体温度センサ３４が改質ガス通路３１に配設され、ＣＯ変成媒体温度センサ４１が一酸化炭素変成部３８に配設され、それぞれ改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９で検出された温度に基づいて、流量調整弁５３、５４の開閉度が調節されるように構成しているが、ＣＯ除去媒体温度センサ４６が一酸化炭素除去部４３に配設され、一酸化炭素除去触媒層４４で検出された温度に基づいて、一酸化炭素除去触媒層４４および改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９の温度をその反応に適した所定の温度に制御するように構成してもよい。また、温度センサ３４、４１、４６は、これらの触媒層３２、３９、４４に対して本実施の形態１に示した１箇所に止まらず、複数箇所に設けられてもよい。
【００６８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る燃料改質装置１Ｂの構成と動作について、図２に基づき説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料改質装置１Ｂの構成を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【００６９】
本発明の実施の形態２に係る燃料改質装置１Ｂは、基本的には上記の実施の形態１の燃料改質装置１Ａと同様の構成を有し、流量調整弁５３（流量調整手段）が、内壁１０（内壁面）に沿った燃焼排ガス流路２５（内側流路）の下流端部（燃焼排ガス排出口４９）に接続される燃焼排ガス排出配管５１と外壁１１（外壁面）に沿った燃焼排ガス流路２６（外側流路）の下流端部（燃焼排ガス排出口５０）に接続される燃焼排ガス排出配管５２とが連結されて一つになった燃焼排ガス流路６１に配設され、この流量調整弁５３の下流側に排気装置５５（燃焼排ガス排気手段）が配設されている点で異なっている。その他の点においては、燃料改質装置１Ａと同様である。
【００７０】
流量調整弁５３は、改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度に基づいて、その開閉度が調節され、これにより燃焼排ガス流路６１（燃焼排ガス流路２５、２６）を流れる燃焼排ガスの流量を調整する。すなわち、改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度が所定の温度（例えば、７００℃）を超えると、流量調整弁５３の開閉度を下げて燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）や水蒸気発生部２７、一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３の温度を速やかに低下させることができる。また、改質触媒層３２の温度が所定の温度（例えば、６００℃）未満になると、流量調整弁５３の開閉度を上げて燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を増大させることにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）や水蒸気発生部２７、一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３の温度を速やかに上昇させることができる。なお、改質媒体温度センサ３４だけでなく、ＣＯ変成媒体温度センサ４１、４６で検出された一酸化炭素変成部３８、一酸化炭素除去部４３の温度をも考慮して、流量調整弁５３の開閉度を調整して燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整するように構成すれば、改質触媒層３２および一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４の温度をその反応に適した所定の温度により適正に維持するように制御することができる。
【００７１】
このように構成された実施の形態２の燃料改質装置１Ｂによっても、上記の実施の形態１の燃料改質装置１Ａの場合と同様、燃焼排ガス流路２５、２６が触媒層３２、３９、４４を挟む内外の壁面（内壁１０、外壁１１）に沿って形成されてなり、触媒層３２、３９、４４が内外の壁面１０、１１から燃焼排ガスにより加熱されるため、燃料改質装置１Ｂの起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応して、触媒層３２、３９、４４の温度を所定の温度に保持することができる。
【００７２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態２に係る燃料改質装置１Ｃの構成と動作について、図３に基づき説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係る燃料改質装置１Ｃの構成を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【００７３】
本発明の実施の形態３に係る燃料改質装置１Ｃは、基本的には上記の実施の形態１の燃料改質装置１Ａと同様の構成を有し、内壁１０（内壁面）に沿った燃焼排ガス流路２５（内側流路）および外壁１１（外壁面）に沿った燃焼排ガス流路２６（外側流路）の下流端に接続された燃焼排ガス排出配管５１、５２に、流量調整弁５３、５４（流量調整手段）が配設されずに、直接、排気装置５５、５６（燃焼排ガス排気手段）が接続されている点で異なっている。その他の点においては、燃料改質装置１Ａと同様である。
【００７４】
この排気装置５５、５６は、内蔵されたポンプ（図示省略）の回転速度を変えることにより、排気能力を調節することができ、それぞれ燃焼排ガス排出配管５１、５２（燃焼排ガス流路２５、２６）を流れる燃焼排ガスの流量を調整することができる。
【００７５】
すなわち、排気装置５５は、改質媒体温度センサ３４で検出された改質触媒層３２の温度が所定の温度（例えば、７００℃）を超えると、排気能力を低下させて燃焼排ガス流路２５を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）およびその下流側に位置する水蒸気発生部２７の温度を速やかに低下させることができる。また、改質触媒層３２の温度が所定の温度（例えば、６００℃）未満になると、排気能力を上昇させて燃焼排ガス流路２５を流れる燃焼排ガスの流量を増大させることにより、改質ガス通路３１（改質触媒層３２）および水蒸気発生部２７の温度を速やかに上昇させることができる。排気能力の上昇度あるいは低下度は、改質触媒層３２の温度が所定の温度からどの程度外れているか（温度変動量）によって調節され、これにより改質触媒層３２および水蒸気発生部２７の温度を効果的に所定の温度に維持することができる。
【００７６】
また、排気装置５６は、ＣＯ変成媒体温度センサ４１で検出された一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度（例えば、３５０℃）を超えると、排気能力を低下させて燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、一酸化炭素変成部３８（一酸化炭素変成触媒層３９）およびその下流側に位置する一酸化炭素除去部４３（一酸化炭素除去触媒層４４）の温度を速やかに低下させることができる。また、一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度（例えば、２５０℃）未満になると、排気能力を上昇させて燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を増大させることにより、一酸化炭素変成部３８（一酸化炭素変成触媒層３９）および一酸化炭素除去部４３（一酸化炭素除去触媒層４４）の温度を速やかに上昇させることができる。排気能力の上昇度あるいは低下度は、一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度からどの程度外れているか（温度変動量）によって調節され、これにより一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の温度を効果的に所定の温度に維持することができる。
【００７７】
このように構成された実施の形態３の燃料改質装置１Ｃによれば、上記の実施の形態１の燃料改質装置１Ａと同様、排気装置５５、５６の排気能力が触媒層温度（実施の形態３では、改質触媒層３２と一酸化炭素変成触媒層３９の温度）に基づいて調節されることにより、燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量が調整されるため、燃料改質装置１Ｃの起動時や稼動時における負荷変動による温度変化に対して迅速に対応して触媒層３２、３９、４４の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。例えば、燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を増加させることにより、触媒層３２、３９、４４の温度を速やかに上昇させることができ、また、燃焼排ガスの流量を減少させることにより、触媒層３２、３９、４４の温度を速やかに低下させることができる。
【００７８】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る燃料改質装置１Ｄの構成と動作について、図４に基づき説明する。図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料改質装置１Ｄの構成を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【００７９】
本発明の実施の形態４に係る燃料改質装置１Ｄは、基本的には上記の実施の形態１の燃料改質装置１Ａと同様の構成を有し、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスを一酸化炭素除去触媒層４４（下流側に配された触媒層）の側方を通らずに、一酸化炭素変成触媒層３９下流側の側方位置から燃焼配ガス排出配管５２に接続するバイパス流路６２と、このバイパス流路６２に燃焼排ガスの流路を切り替える流路切替弁６３、６４、６５（流路切替手段）とを備え、一酸化炭素除去触媒層４４の温度を検出するＣＯ除去媒体温度センサ４６（第二の温度検出手段）を用い、ＣＯ除去媒体温度センサ４６により検出された一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高い場合に、流路切替弁６３が燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替えるように構成している点で異なっている。
【００８０】
本実施の形態４の燃料改質装置１Ｄにおいて、本来の燃焼排ガス流路２５、２６とは別に設けられたバイパス流路６２は、燃焼排ガス流路２６における一酸化炭素変成触媒層３９上流側の側方位置で分岐され、一酸化炭素変成触媒層３９の外壁１１面に沿い、一酸化炭素変成触媒層３９下流側の側方位置から燃焼配ガス排出配管５２に接続されている。なお、バイパス流路６２は、反応筒の円周方向に対して複数条配設されており、本来の燃焼排ガス流路２６は、バイパス流路６２が配設されていない部分において一酸化炭素変成触媒層３９の外壁１１面に沿い、その下流側で一酸化炭素除去触媒層４４の外壁１１面に沿って形成されている。
【００８１】
流路切替弁６３は、バイパス流路６２における一酸化炭素変成触媒層４４下流側の側方位置に配設され、流路切替弁６４は、バイパス流路６２が分岐するところの燃焼排ガス流路２６の上流位置に配設され、流路切替弁６５は、燃焼排ガス流路２６の一酸化炭素除去触媒層４４に至る上流位置に配設されている。また、流路切替弁６３、６４、６５は、複数条配設されたそれぞれのバイパス流路６２に対応して、燃焼排ガス流路２６およびバイパス流路６２の複数箇所に配設されている。いずれの流路切替弁６３、６４、６５も、ＣＯ除去媒体温度センサ４６により検出された一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高い場合に、燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替えるように作動する。
【００８２】
流路切替弁６３、６４、６５が配設される燃焼排ガス流路２６およびバイパス流路６２の流路部分は、略円形状の流路切替口が開口された仕切り板（図示省略）が設けられている。流路切替弁６３、６４、６５は、往復動の軸方向に垂直な断面が略円形状に形成された弁体６３ａ、６４ａ、６５ａと、この弁体６３ａ、６４ａ、６５を流路切替口の位置する方向に向けて往復動可能に支持する直棒状の形状記憶合金からなる弁体支持部材（図示省略）と、この弁体支持部材を内包して弁体６３ａ、６４ａ、６５の往復動を案内するガイド部材（図示省略）と、弁体６３ａ、６４ａ、６５が流路切替口７ｄに当接して押圧力が生じているときにその押圧力を吸収して当接状態を維持する弾性変形部材（図示省略）とを備えて構成されている。
【００８３】
流路切替弁６３は、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高い場合に、弁体６３ａが流路切替口から離脱して、バイパス流路６２に燃焼排ガスが流れるように作動し、流路切替弁６４、６５は、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高い場合に、弁体６４ａ、６５ａが流路切替口を閉止して、燃焼排ガス流路２６に燃焼排ガスが流れないように作動する。このような流路切替弁６３、６４、６５の作動動作により、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高い場合に、燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替えることができる。
【００８４】
弁体支持部材を構成する形状記憶合金は、Ｔｉ−Ｎｉ系合金等からなり、この弁体支持部材を有する流路切替弁６３は、バイパス流路６２の温度が高いとき（一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高いときに対応）に、弁体６３ａが流路切替口から遠ざかる方向に変位し、バイパス流路６２の温度が低いとき（一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より低いときに対応）に、弁体６３ａが流路切替口に近付く方向に変位するような変位挙動（流路切替弁６４、６５においては逆の変位挙動）を取るものであり、弁体６３ａが流路切替口に当接して一定圧以上の押圧力が生じている間は、弾性変形部材により押圧力が吸収されて、弁体６３ａが流路切替口に当接する状態が維持される（流路切替弁６４、６５においても同様）ように構成されている。
【００８５】
流路切替弁６３の場合、バイパス流路６２の温度が、例えば、３７０℃を超えたとき、弁体６３ａが流路切替口から離脱する（燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替える）ように構成されている。この燃焼排ガスの流路を切り替える温度（弁体支持部材が配置される環境の温度）は、一酸化炭素除去触媒層４４の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を一酸化炭素除去触媒層４４の温度を反映させたものに設定することにより、実態として一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度（例えば、２５０℃）より高い場合に、燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替えることができる。これにより、バイパス流路６２を介して比較的温度の高い燃焼排ガスを燃焼排ガス排出配管５２に送給し、一酸化炭素除去触媒層４４の外壁面に沿って流さないように切り替えることができ、一酸化炭素除去触媒層４４の温度を速やかに降下させることができる。流路切替弁６４、６５の場合も、燃焼排ガスの流路を切り替える温度が流路切替弁６３と若干異なるが、実態として一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高い場合に、燃焼排ガス流路２６を閉止して、燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替える。
【００８６】
また、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの温度が上昇して、流路切替弁６３、６４、６５が燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に完全に切り替える以前においては、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスを徐々にバイパス流路６２に流すことになる。これにより、バイパス流路６２を介して比較的温度の高い燃焼排ガスを徐々に燃焼排ガス排出配管５２に送給することができ、一酸化炭素除去触媒層４４の温度の上昇を抑制、もしくは降下させることができる。
【００８７】
さらに、流路切替弁６３、６４、６５が作動して、燃焼排ガスの流れる流路をバイパス流路６２に切り替えた後に、バイパス流路６２に流れる燃焼排ガスの流量を検知して、燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの温度を降下させるように構成することもできる。例えば、燃焼排ガス生成部１６のバーナ部１９に供給する燃料オフガスの流量を減少させる、さらには、流量調整弁５３、５４や排気装置５５、５６が配設されている場合には、それらにより燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させるといった動作を取らせることができる。そして、このようにして燃焼排ガスの温度が所定の温度以下に降下すれば、流路切替弁６３、６４、６５は原状に復帰して、燃焼排ガスの流れる流路のバイパス流路６２への切替状態が解除され、燃焼排ガスは本来の燃焼排ガス流路２５、２６を流れることになる。
【００８８】
このように構成された実施の形態４の燃料改質装置１Ｄによれば、一酸化炭素除去触媒層４４（下流側に配された触媒層）の温度が所定の温度（例えば、２５０℃）より高い場合に、流路切替弁６３、６４、６５（流路切替手段）により、燃焼排ガスの流路が一酸化炭素除去触媒層４４の外壁１１面に沿って流れないバイパス流路６２に切り替えられるため、温度の高くなった一酸化炭素除去触媒層４４の温度を速やかに降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。
【００８９】
本実施の形態４においては、流路切替弁６３、６４、６５の弁体支持部材が直棒状の形状記憶合金により構成されており、その温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガスの流路がバイパス流路６２に切り替えられることにより、温度の高くなった一酸化炭素除去触媒層４４の温度を効果的に降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。なお、流路切替弁６３、６４、６５は、弁体支持部材が直棒状の形状記憶合金により構成されるものに限定されることなく、例えば、バネ形状のものでもよく、バネ形状の形状記憶合金により構成される場合には、温度変化により得られる変形量が大きく、より速やかにバイパス流路６２への切り替えが行われる。
【００９０】
また、弁体支持部材を形状記憶合金により構成すると、燃焼排ガスの流路が徐々にバイパス流路６２に切り替えられるため、一酸化炭素除去触媒層４４（下流側に配された触媒層）の温度が所定の温度より高くなった度合い（温度変化量）に応じた流量の燃焼排ガスがバイパス流路６２に送給されるため、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【００９１】
また、流路切替弁６３、６４、６５の弁体支持部材は、熱膨張率の異なる２種類以上の素材を組み合わせてなるバイメタルにより構成されてもよい。この場合においても、その温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガスの流路がバイパス流路６２に切り替えられることにより、温度の高くなった一酸化炭素除去触媒層４４の温度を効果的に降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。
【００９２】
本実施の形態４では、流路切替弁６３、６４、６５を燃焼排ガス流路２６およびバイパス流路６２の適所に配設したが、これに限定されず、バイパス流路６２に配設された流路切替弁６３だけで構成しても、流路切替弁６３が作動して燃焼排ガスがバイパス流路６２に流れ出すことにより、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量が減少して、これによって一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度を超えて上昇するのを効果的に抑制することができる。また、流路切替弁６４、６５のいずれか一方を省略しても、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの温度に応じて、燃焼排ガスの流れを停止させたり、その流量を減少させたりすることができる。
【００９３】
また、本実施の形態４では、下流側に配された触媒層を一酸化炭素除去触媒層４４として、一酸化炭素変成触媒層３９下流側の側方位置から燃焼配ガス排出配管５２に接続する（一酸化炭素除去触媒層４４の側方を通らない）バイパス流路６２と、このバイパス流路６２および燃焼排ガス流路２６の適所に配設された流路切替弁６３、６４、６５とにより、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高くなったときに、燃焼排ガスの流路をバイパス流路６２に切り替えることにより、一酸化炭素除去触媒層４４の温度を所定の温度以下に保持するように構成したが、下流側に配された触媒層を一酸化炭素変成触媒層３９として、改質触媒層３２下流側の側方位置から燃焼配ガス排出配管５２に接続する（一酸化炭素変成触媒層３９の側方を通らない）バイパス流路と、このバイパス流路および燃焼排ガス流路２６の適所に配設された流路切替弁とにより、一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度（例えば、３５０℃）より高くなったときに、燃焼排ガスの流路をバイパス流路に切り替えることにより、一酸化炭素変成触媒層３９の温度を速やかに降下させ、所定の温度以下に保持するように構成してもよい。この場合には、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の温度をそれぞれ所定の温度以下に保持することができる。
【００９４】
さらに、バイパス流路を、改質触媒層３２下流側の側方位置から燃焼配ガス排出配管５２に接続する（一酸化炭素変成触媒層３９の側方を通らない）場合において、このバイパス流路の途中で分岐して一酸化炭素除去触媒層４４の上流位置に接続する第二のバイパス流路を設けると、一酸化炭素変成触媒層３９や一酸化炭素除去触媒層４４（下流側に配された触媒層）の温度が高くなったときの対応だけでなく、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が低くなったときにも対応することができる。すなわち、一酸化炭素除去触媒層４４の温度が低くなったとき（流路切替弁が配設される改質触媒層３２あるいは一酸化炭素変成触媒層３９の温度が低くなったとき）に、流量調整弁５２あるいは排気装置５４により燃焼排ガス流路２６に流れる燃焼排ガスの流量を増加させるとともに、比較的高温の燃焼排ガスを一酸化炭素変成触媒層３９の側方を通さずに、第二のバイパス流路を介して一酸化炭素除去触媒層の上流側に送給することにより、一酸化炭素除去触媒層４４および改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９の温度を速やかに上昇させることができる。
【００９５】
また、本実施の形態４において、流路切替手段として弁体支持部材が直棒状の形状記憶合金により構成される流路切替弁６３、６４、６５を用いたが、これに代えて、弁体を変位させることでバイパス流路６２に流れる燃焼排ガスの流量を調整する流量調整弁からなるものを用いてもよい。このような流量調整弁を流路切替手段として用いた燃料改質装置によっても、この流量調整弁が、下流側に配された触媒層（例えば、一酸化炭素除去触媒層４４）の温度センサ（第二の温度検出手段、例えば、ＣＯ除去媒体温度センサ４６）により検出された温度に基づいて、バイパス流路６２に流れる燃焼排ガスの流量を調整することにより、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった場合に、燃焼排ガスをバイパス流路６２に流すことによってその触媒層の温度を速やかに降下させ、所定の温度以下に復帰させることができる。
【００９６】
なお、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より上昇したとき、この流量調整弁により、燃焼排ガスの流路を即座にバイパス流路６２に切り替えてもよいし、また、徐々に切り替えてもよい。燃焼排ガスの流路を徐々にバイパス流路６２に切り替えると、下流側に配された触媒層の温度が所定の温度より高くなった度合い（温度変化度）に応じた流量の燃焼排ガスがバイパス流路６２に供給されるため、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【００９７】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る燃料改質装置１Ｅの構成と動作について、図５に基づき説明する。図５は、本発明の実施の形態５に係る燃料改質装置１Ｅの構成を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【００９８】
本発明の実施の形態５に係る燃料改質装置１Ｅは、基本的には上記の実施の形態１の燃料改質装置１Ａと同様の構成を有し、燃焼排ガス流路２６の途中に設けられた流路閉塞用隔壁６６と、燃焼排ガスの温度に応じて燃焼排ガス流路２６（具体的には、流路閉塞用隔壁６６の燃焼排ガス流通口６６ｃ）を閉塞する流路閉塞弁６７（流路閉塞手段）とを備え、この流路閉塞弁６７が、熱膨張により弁体６７ａを動作させて燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整する点で異なっている。なお、燃料改質装置１Ｅにおいては、流路閉塞弁６７が燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整する機能を有しているため、燃料改質装置１Ａのように、燃焼排ガス排出配管５１、５２に流量調整弁を設ける必要がない。その他の点においては、燃料改質装置１Ａと同様である。
【００９９】
本実施の形態５においては、一酸化炭素変成部３８の上流位置の外方に位置する燃焼排ガス流路２６の全周にわたって、燃焼排ガス流路２６の流路閉塞用隔壁６６が外壁１１と外筒断熱側壁５の間に配設されている。この流路閉塞用隔壁６６は、一端側がそれぞれ外壁１１と外筒断熱側壁５に接続される２枚の水平円環板６６ａとこれらの水平円環板６６ａの他端側を連結する鉛直円筒板６６ｂとで構成され、鉛直円筒板６６ｂの円周方向における複数箇所に略円形状の燃焼排ガス流通口６６ｃが開口されている。そして、この燃焼排ガス流通口６６ｃに対向する外壁１１上の位置に、流路閉塞弁６７が、弁体６７ａを燃焼排ガス流通口６６ｃに向けて配設されている。
【０１００】
流路閉塞弁６７は、往復動の軸方向に垂直な断面が円形状に形成された弁体６７ａと、この弁体６７ａを燃焼排ガス流通口６６ｃの位置する方向に向けて往復動可能に支持する直棒状の形状記憶合金からなる弁体支持部材（図示省略）と、この弁体支持部材を内包して弁体６７ａの往復動を案内するガイド部材（図示省略）と、弁体６７ａが燃焼排ガス流通口６６ｃに当接して押圧力が生じているときにその押圧力を吸収して当接状態を維持する弾性変形部材（図示省略）とを備えて構成されている。
【０１０１】
弁体支持部材を構成する形状記憶合金は、Ｔｉ−Ｎｉ系合金等からなり、形状記憶合金あるいはこの弁体支持部材を有する流路閉塞弁６７は、燃焼排ガス流路２６の温度（燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの温度）が高いときに弁体６７ａが燃焼排ガス流通口６６ｃに近付く方向に変位し、燃焼排ガス流路２６の温度が低いときに弁体６７ａが燃焼排ガス流通口６６ｃから遠ざかる方向に変位するような変位挙動を取るものであり、燃焼排ガス流路２６の温度が、例えば、７５０℃を超えたときに、弁体６７ａが燃焼排ガス流通口６６ｃに当接して燃焼排ガス流通口６６ｃを閉塞する（燃焼排ガス流路２６を閉塞する）ように構成されている。この燃焼排ガス流路２６を閉塞するときの燃焼排ガスの温度は、一酸化炭素変成触媒層３９の温度とはほぼ同じであり、実態として触媒層温度が所定の温度（例えば、３５０℃）を超えたときに、燃焼排ガス流路２６を閉塞することができる。これにより、燃焼排ガス流路２６にある燃焼排ガスの温度を低下させ、一酸化炭素変成触媒層３９（流路閉塞弁６７の側方に配された触媒層）の温度を速やかに低下させることができる。また、これに伴って、同様に温度が上昇する傾向にあった一酸化炭素除去触媒層４４（下流側に配された触媒層）や改質触媒層３２の温度をも低下させることができる。
【０１０２】
また、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの温度が上昇して、流路閉塞弁６７が燃焼排ガス流路２６を完全に閉塞する以前においては、弁体６７ａが燃焼排ガス流通口６６ｃに接近して燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を徐々に減少させる。これにより、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの温度の上昇を徐々に抑えて、もしくは、低下させ、一酸化炭素変成触媒層３９の温度の上昇を徐々に抑制させる、もしくは、低下させることができる。また、これに伴って、一酸化炭素除去触媒層４４、改質触媒層３２における温度の上昇をも徐々に抑制させる、もしくは、低下させることができる。
【０１０３】
上記のような動作により一酸化炭素変成触媒層３９の温度が低下して、所定の温度（例えば、２５０℃）を下回ると、弁体６７ａが燃焼排ガス流通口６６ｃから離間して、燃焼排ガス流路２６の閉塞状態が解除され、燃焼排ガスが燃焼排ガス流路２６を流れるようになる。これにより、原状に復帰させることができる。また、一酸化炭素変成触媒層３９だけでなく、一酸化炭素除去触媒層４４における過度な温度上昇を抑止し、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４、改質触媒層３２をそれらの反応に適した温度に保持することができる。
【０１０４】
さらに、流路閉塞弁６７が作動して、燃焼排ガス流路２６を閉塞した後、この燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を検知して、例えば、燃焼排ガス生成部１６のバーナに供給する燃料オフガスの流量を減少させる、さらには、流量調整弁５３や排気装置５５が配設されている場合には、それらにより燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させるといった動作を取らせてもよい。このように動作させた場合には、より速やかに燃焼排ガスの温度を所定の温度以下に低下させることができる。
【０１０５】
以上に、流路閉塞弁６７が燃焼排ガス流路２６を閉塞する動作について説明したが、さらに加えて、弁体６７ａとこの弁体６７ａに対向する流路閉塞用隔壁６６の燃焼排ガス流通口６６ｃを、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの温度が低下したときに、流れる燃焼排ガスの流量を増加させるような構造（例えば、燃焼排ガス流通口６６ｃを円筒状部材で構成し、その側壁にさらに燃焼排ガス流通口を形成）を採れば、燃焼排ガスの温度が低下（一酸化炭素変成触媒層３９の温度が低下）したときに、燃焼排ガスの流量を増加させて、燃焼排ガスの温度を上昇（一酸化炭素変成触媒層３９の温度を上昇）させることができる。
【０１０６】
また、上記の燃料改質装置１Ｅでは、流路閉塞弁６７および流路閉塞用隔壁６６を一酸化炭素変成部３８の上流位置の外方に位置する燃焼排ガス流路２６に配設する態様を示したが、流路閉塞弁６７および流路閉塞用隔壁６６の配設場所は、これに限定されず、改質ガス通路３１や一酸化炭素除去部４３の上流位置の外方に位置する燃焼排ガス流路２６に配設してもよい。
【０１０７】
このように構成された実施の形態５の燃料改質装置１Ｅによれば、流路閉塞弁６７が、燃焼排ガスの温度に応じて燃焼排ガス流路２６を閉塞する、ないしは、完全に閉塞する以前に燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させるため、必ずしも流量調整弁５４や排気装置５６を用いなくとも、燃焼排ガスの温度が高く、これに伴って一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度を超えて上昇した場合には、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流れを停止する、ないしは、燃焼排ガスの流量を減少させることにより、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４、改質触媒層３２の温度を低下させることができる。
【０１０８】
また、燃焼排ガスの温度が低く、これに伴い一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度以下に低下した場合には、燃焼排ガスの流量を増加させることにより、一酸化炭素除去触媒層４４および一酸化炭素除去触媒層４４、改質触媒層３２の温度を上昇させることができる。このようにして、燃料改質装置１Ｄの起動時や稼動時における負荷変動に対して迅速に対応して触媒層３２、３９、４４の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。
【０１０９】
本実施の形態５では、流路閉塞弁６７は、弁体支持部材に直棒状の形状記憶合金を用いて構成されるものであり、燃焼排ガスの温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガス流路２６を徐々に閉塞して、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流れを停止する、ないしは、流量を減少させることにより、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４、改質触媒層３２の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。なお、弁体支持部材が配置される環境（燃焼排ガス流路２６）の温度と一酸化炭素変成触媒層３９の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を一酸化炭素変成触媒層３９の温度を反映させたものに設定することにより、実態として一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度を超えたときに、燃焼排ガス流路２６を閉塞することができる。また、弁体支持部材の変形量を一酸化炭素除去触媒層４４の温度を反映させたものに設定することにより、実態として一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度を超えたときに、燃焼排ガス流路２６を閉塞することができる。
【０１１０】
流路閉塞弁６７の弁体支持部材は、直棒状の形状記憶合金により構成されるものに限定されることなく、例えば、バネ形状のものでもよく、バネ形状の形状記憶合金により構成される場合には、温度変化量に対して得られる変形量が大きいため、より速やかに燃焼排ガス流路２６の閉塞、あるいは燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガス流量の調整が行われる。弁体支持部材を形状記憶合金により構成すると、燃焼排ガス流路２６が徐々に閉塞されるため、一酸化炭素変成触媒層３９や一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より変化する度合い（温度変化度）に応じた流量の燃焼排ガスが燃焼排ガス流路２６を流れるため、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【０１１１】
また、流路閉塞弁６７の弁体支持部材が、熱膨張率の異なる２種類以上の素材を組み合わせてなるバイメタルにより構成されてもよい。この場合にも、燃焼排ガスの温度変化量に応じた変形量で燃焼排ガス流路２６を閉塞して燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流れを停止する、ないしは、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させることにより、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４、改質触媒層３２の温度を精度良く所定の温度に保持することができる。なお、弁体支持部材が配置される環境（燃焼排ガス流路２６）の温度と一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４の温度とは同じではないが、相互に関連するものであり、弁体支持部材の変形量を一酸化炭素変成触媒層３９、一酸化炭素除去触媒層４４の温度を反映させたものに設定することにより、実態として一酸化炭素変成触媒層３９や一酸化炭素除去触媒層４４の温度が所定の温度より高くなったときに、燃焼排ガス流路２６を閉塞することができる。
【０１１２】
さらに、弁体支持部材をバイメタルにより構成すると、燃焼排ガス流路２６を徐々に閉塞して燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流れを停止したり、燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスの流量を減少させたりするため、一酸化炭素変成触媒層３９の温度が所定の温度より高くなった度合い（温度変化度）に応じた流量の燃焼排ガスが燃焼排ガス流路２６に供給されるため、より実態に即した所定温度への復帰動作を実現することができる。
【０１１３】
上記のように構成された燃料改質装置１Ｅにおいて、図６に示されるように、排気装置５５を、内壁１０（内壁面）に沿った燃焼排ガス流路２５（内側流路）の下流端部（燃焼排ガス排出口４９）に接続される燃焼排ガス排出配管５１と外壁１１（外壁面）に沿った燃焼排ガス流路２６（外側流路）の下流端部（燃焼排ガス排出口５０）に接続される燃焼排ガス排出配管５２とが連結されて一つになった燃焼排ガス流路６１に配設してもよく、また、図７に示されるように、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の温度を測定する温度センサを省略して構成してもよい。
【０１１４】
排気装置５５は、排気装置５５に内蔵されたポンプの回転速度（排気能力）を調節する機能を有するものでなくても、流路閉塞弁６７により燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスが停止される、ないしは燃焼排ガスの流量が減少されるため、燃焼排ガス流路２５、２６を流れる燃焼排ガスの流量を調整することができる。
【０１１５】
また、排気装置５５がポンプの回転速度（排気能力）を調節する機能を有するものであれば、改質触媒層３２のみに改質媒体温度センサ３４が配設（図５における温度センサ４１、４６を省略）されて構成される場合であっても、改質媒体温度センサ３４により検出される改質触媒層３２の温度に基づいて、排気装置５５の排気能力が調整され、あるいはバーナ部１９に供給される燃料オフガスの流量が調整され、燃焼排ガス流路２５、２６に流れる燃焼排ガスの流量や温度が調整されて、流路閉塞弁６７により燃焼排ガス流路２６を流れる燃焼排ガスが停止される、ないしは燃焼排ガスの流量が減少されることとあいまって、改質触媒層３２、一酸化炭素変成触媒層３９および一酸化炭素除去触媒層４４の温度をそれぞれの反応に適した所定の温度に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料改質装置を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る燃料改質装置を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る燃料改質装置を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る燃料改質装置を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る燃料改質装置を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る燃料改質装置の変形例を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る燃料改質装置の変形例を説明するために、その構造を模式化して示す断面図である。
【図８】従来のある燃料改質装置の構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１    燃料改質装置
２    燃料電池
４    外筒
５    外筒断熱側壁
８    反応筒
１０  内壁（内壁面）
１１  外壁（外壁面）
１６  燃焼排ガス生成部
１７  燃焼筒
１９  バーナ部（燃料ガス流路（ノズル））
２５  燃焼排ガス流路（内側流路）
２６  燃焼排ガス流路（外側流路）
２７  水蒸気発生部
３１  改質ガス通路
３２  改質触媒層（触媒層）
３４  改質媒体温度センサ（温度測定手段）
３８  一酸化炭素変成部
３９  一酸化炭素変成触媒層（触媒層）
４１  ＣＯ変成媒体温度センサ（温度測定手段）
４３  一酸化炭素除去部
４４  一酸化炭素除去触媒層（触媒層）
４６  ＣＯ除去媒体温度センサ（第二の温度測定手段）
５１、５２  燃焼排ガス排出配管
５３、５４  流量調整弁（流量調整手段）
５５、５６  排気装置（燃焼排ガス排気手段）
５７、５８  流路切替弁
６２  バイパス流路
６３、６４、６５  流路切替弁（流路切替手段）
６３ａ、６４ａ、６５ａ  弁体
６６  流路閉塞用隔壁
６７  流路閉塞弁（流路閉塞手段）
６７ａ  弁体
【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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