(57)【要約】【課題】耐用年数が長期化したとしても、改質流体を浄化させる浄化能を確保するのに有利な燃料電池用改質システムを提供する。【解決手段】改質システムは、改質用原料を改質させて改質流体を生成させる改質部３４と、改質流体に含まれている負荷物質を低減させて改質流体を浄化させる浄化部３７とをもつ。浄化部３７は、浄化部３７のうち劣化が相対的に少ない部位をシステム運転時に使用するように、浄化部３７における使用部位３７ｆ，３７ｓを経時的に切替可能とされている。【選択図】図２
2008287972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用原料を改質させて改質流体を生成させる改質部と、前記改質流体に含まれている負荷物質を低減させて前記改質流体を浄化させる浄化部とを具備する燃料電池用改質システムにおいて、
前記浄化部は、前記浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位をシステム運転時に使用するように、前記浄化部における使用部位を経時的に切替可能とされていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項２】
請求項１において、前記浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位をシステム運転時に使用するように、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、前記浄化部における使用部位は、経時的に切替可能とされていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記浄化部のうち劣化が進行した部位は、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、交換されることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記浄化部のうちシステム運転により劣化が進行した部位は、システムの通常運転において、前記浄化部のうち劣化が少ない部位に切り替えられ、
定期的または不定期的なメンテナンスの際に、前記浄化部のうち劣化が進行した部位は交換可能とされていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記浄化部は、複数個に分割された分割浄化部で形成されており、劣化が相対的に少ない前記分割浄化部を運転時に使用するように、前記分割浄化部は経時的に切替可能とされていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項６】
請求項５において、各前記分割浄化部は、浄化前の改質流体を流入させる流入配管が着脱可能に装着される流入部と、負荷物質を低減させた浄化後の改質流体を流出させる流出配管が着脱可能に装着される流出部とを備えていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項７】
請求項５または６において、各前記分割浄化部は、同心円軸の周方向に沿って配置されていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項８】
請求項５において、各前記分割浄化部は、同心円軸の軸長方向に沿って配置されていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項９】
請求項５〜８のうちの一項において、システムの耐用年数の終期に使用される前記分割浄化部の容量は、システムの耐用年数の初期に使用される前記分割浄化部の容量よりも大きく設定されていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項１０】
請求項５〜８のうちの一項において、各前記分割浄化部における触媒は同系であり、システムの耐用年数の終期に使用される前記分割浄化部における触媒量は、システムの耐用年数の初期に使用される前記分割浄化部における触媒量よりも多く設定されていることを特徴とする燃料電池用改質システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちの一項において、前記改質部は、改質用原料を改質させて改質ガスを生成させるものであり、前記浄化部は、前記改質ガスに含まれている一酸化炭素を低減させて前記改質ガスを浄化させるものである燃料電池用改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質用原料を改質させることにより、水素を含有する改質ガスを生成する燃料電池用改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、改質システムは、改質用燃料と水蒸気とで改質ガスを生成させる改質部と、水を加熱して水蒸気を生成して改質部に供給する蒸発部と、改質部から流出された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる一酸化炭素浄化部とを備えている。特許文献１には、直方体状のハウジングに対して改質ケースおよびスタックセルを出し入れ可能に設ける燃料電池組立体が開示されている。このものによれば、発電運転に伴い、改質ケース内の触媒を交換することが必要となったときには、燃料電池組立体の直方体状のハウジングの前壁または後壁を開放させ、改質ケースをハウジングから引き出して離脱させ、改質ケース内の触媒を新しいものと交換し、その後、発電ユニットを燃料電池組立体のハウジング内に装填することにしている。更に、スタックセルを交換することが必要となったときには、燃料電池組立体のハウジングの前壁または後壁を開放させ、スタックセルをハウジングから取り出して離脱させ、スタックセルを新しいものと交換し、その後、スタックセルを燃料電池組立体のハウジング内に装填することにしている。
【０００３】
また特許文献２には、燃料電池の劣化特性と運転時間とを知り、これにより燃料電池機器の効率性能の低下を予測し、燃料電池を交換するメンテナンス情報を的確に把握する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−９３０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
産業界では、耐用年数が長期化したとしても、改質部において生成された改質ガス等の改質流体に含まれる一酸化炭素等の負荷物質を更に低減させることが要望されている。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐用年数が長期化したとしても、改質ガス等の改質流体を浄化させる浄化能を確保するのに有利な燃料電池用改質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】
【０００６】
（１）様相１に係る燃料電池用改質システムは、改質用原料を改質させて改質流体を生成させる改質部と、改質流体に含まれている負荷物質を低減させて改質流体を浄化させる浄化部とを具備する燃料電池用改質システムにおいて、
浄化部は、浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位をシステム運転時に使用するように、浄化部における使用部位を経時的に切替可能とされていることを特徴とする。この場合、浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用される。このため、耐用年数が長期化したとしても、改質ガス等の改質流体を浄化させる浄化能が確保される。使用部位は２箇所以上設けられていることが好ましい。
【０００７】
（２）様相２に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位をシステム運転時に使用するように、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、浄化部における使用部位は、経時的に切替可能とされていることを特徴とする。この場合、浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位がメンテナンスの際に切り替えられ、システム運転時に使用される。このため、耐用年数が長期化したとしても、改質流体を浄化させる浄化能が確保される。
【０００８】
（３）様相３に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、浄化部のうち劣化が進行した部位は、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、交換されることを特徴とする。この場合、浄化部のうち劣化が進行した部位は、メンテナンスの際に、交換される。従って、浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用される。このため耐用年数が長期化したとしても、改質流体を浄化させる浄化能が確保される。
【０００９】
（４）様相４に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、浄化部のうちシステム運転により劣化が進行した部位は、システムの通常運転において、浄化部のうち劣化が少ない部位に切り替えられ、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、浄化部のうち劣化が進行した部位は交換可能とされていることを特徴とする。この場合、浄化部のうち劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用されるため、耐用年数が長期化したとしても、改質流体を浄化させる浄化能が確保される。
【００１０】
（５）様相５に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、浄化部は、複数個に分割された分割浄化部で形成されており、劣化が相対的に少ない分割浄化部を運転時に使用するように、分割浄化部は経時的に切替可能とされていることを特徴とする。この場合、浄化部を構成する複数の分割浄化部のうち、劣化が相対的に少ない分割浄化部がシステム運転時に使用されるため、耐用年数が長期化したとしても、改質流体を浄化させる浄化能が確保される。
【００１１】
（６）様相６に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、各分割浄化部は、改質流体を流入させる流入配管が着脱可能に装着される流入部と、負荷物質を低減させた浄化後の改質流体を流出させる流出配管が着脱可能に装着される流出部とを備えていることを特徴とする。この場合、流入配管および流出配管を各分割浄化部に装着すれば、一酸化炭素等の負荷物質をその分割浄化部で浄化することができる。なお、使用していない分割浄化部の流入部および流出部を閉鎖させる蓋部が設けられていることが好ましい。
【００１２】
（７）様相７に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、各分割浄化部は、同心円軸の周方向に沿って配置されていることを特徴とする。複数の分割浄化部のいずれかを使用することができる。更に、複数の分割浄化部のいずれを使用するにしても、改質部から受ける受熱バランスのバラツキが低減され易く、各分割浄化部における浄化能のバラツキが低減される。
【００１３】
（８）様相８に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、各分割浄化部は、同心円軸の軸長方向に沿って配置されていることを特徴とする。複数の分割浄化部のいずれかを使用することができる。
【００１４】
（９）様相９に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、システムの耐用年数の終期に使用される分割浄化部の容量は、システムの耐用年数の初期に使用される分割浄化部の容量よりも大きく設定されていることを特徴とする。システムの使用期間が長くなると、燃料電池の膜電極接合体における触媒または膜等が劣化し、発電出力、特に電圧が低下するおそれがある。そこで、燃料電池の発電能力を維持するために、燃料電池の燃料極に送る改質流体の単位時間あたりの流量を、初期に比較して増加させ、発電電流値を増大させる操作を行うことがある。この場合、耐用年数の終期に使用される分割浄化部における改質流体の浄化流量を増加させることが好ましい。故に、耐用年数の終期に使用される分割浄化部の容量は、耐用年数の初期に使用される分割浄化部の容量よりも、増加させることが好ましい。
【００１５】
（１０）様相９に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、各分割浄化部における触媒は同系であり、システムの耐用年数の終期に使用される前記分割浄化部における触媒量は、システムの耐用年数の初期に使用される分割浄化部における触媒量よりも多く設定されていることを特徴とする。システムの使用期間が長くなると、燃料電池の膜電極接合体における触媒または膜等が劣化し、発電出力、特に電圧が低下するおそれがある。そこで、燃料電池の発電能力を維持するために、耐用年数の終期では、燃料電池の燃料極に送る改質流体の単位時間あたりの流量を、耐用年数の初期に比較して増加させ発電電流値を増大させる操作を行うことがある。この場合、耐用年数の終期に使用される分割浄化部における触媒量を、耐用年数の初期に使用される分割浄化部における触媒量よりも、増加させることが好ましい。これにより発電出力の低下が抑制される。
【００１６】
（１１）様相１０に係る燃料電池用改質システムによれば、上記様相において、改質部は、改質用原料を改質させて改質ガスを生成させるものであり、浄化部は、改質ガスに含まれている一酸化炭素を低減させて改質ガスを浄化させるものであることを特徴とする。浄化部は、一酸化炭素を酸化反応により低減させて改質ガスを浄化させる形態、一酸化炭素をメタネーション反応により低減させて改質ガスを浄化させる形態が例示される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐用年数が長期化したとしても、改質流体を浄化させる浄化能を確保するのに有利な燃料電池用改質システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る燃料電池用改質システムは、改質部は、改質用原料を改質させて改質流体を生成させる。改質用原料は気体状でも、液体状でも、固体状でも良い。浄化部は、改質流体に含まれている負荷物質を低減させて改質流体を浄化させる。負荷物質としては一酸化炭素が挙げられる。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例１について図１および図２を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質システムは燃料電池システムに適用したものである。
【００２０】
（全体構成）
図１はシステムの概念図を示す。図１では、複雑化を避けるため、大部分のハッチングを省略している。図１に示すように、燃料電池１は、プロトン伝導性をもつ固体高分子膜１０を燃料極１１と酸化剤極１２とで厚み方向に挟持する膜電極接合体１３を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜１０の材質としては、炭化フッ素系樹脂（例えばパーフルオロスルホン酸樹脂）または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池１としては、シート状の膜電極接合体１３を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体１３を複数配置する方式でも良い。
【００２１】
改質装置２は、燃焼バーナで形成された加熱部として機能する燃焼部３０と、燃焼部３０により加熱される改質部３４と、蒸発部３６と、浄化部（一酸化炭素低減部）３７とをもつ。改質部３４は鉛直方向に沿った中心軸芯をもつ筒形状をなしており、改質用燃料（改質用原料）を水蒸気により改質（下記の（１）式）させて改質ガスを生成するものであり、触媒３４ｅをもつ。改質部３４は、燃焼部３０に対面する燃焼通路３２に対向する。改質部３４の回りを包囲するように燃焼通路３３が同軸的に形成されている。筒状の断熱部３１が同軸的に形成されている。更に、改質部３４の外周側には、原料水を蒸発させる蒸発部３６が同軸的に形成されている。蒸発部３６の回りに浄化部３７（一酸化炭素低減部）が同軸的に形成されている。
【００２２】
図１に示すように、断熱部３１の外周側には燃焼通路３５が同軸的に形成されている。燃焼バーナで燃焼した燃焼ガスは、燃焼通路３２，燃焼通路３３，燃焼通路３５の順に流れる。蒸発部３６は燃焼通路３５を流れる燃焼ガスにより加熱される。蒸発部３６の回りを包囲するように、筒状の浄化部３７が隣設状態に配置されている。このため、蒸発部３６と浄化部３７とは互いに熱交換される。改質装置２の運転中においては、一般的に、液相状態の水が蒸発する蒸発部３６の温度よりも浄化部３７の温度が高いため、浄化部３７は蒸発部３６に熱を与える。浄化部３７の外周部は、これを包囲して保温するために、高い断熱性をもつ筒状の断熱材３９で覆われている。
【００２３】
更に、図１に示すように、改質装置２は、改質部３４の下方に配置された熱交換部４と、熱交換部４の下方に配置されたＣＯシフト部５と、ＣＯシフト部５と熱交換部４との間に配置された電気式のヒータをもつ暖機部４７とを備えている。ここで、蒸発部３６の下流に熱交換部４が設けられ、熱交換部４の下流にＣＯシフト部５が設けられている。
【００２４】
ＣＯシフト部５は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気を利用するシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているＣＯを低減させる。ＣＯシフト部５は通路５ｉと通路５ｖと折返部５ｍとをもつ。ＣＯシフト部５の出口５ｐと酸化用空気通路７５とは、第２合流域Ｍ２を介して浄化通路４００により接続されている。
【００２５】
浄化部３７は、ＣＯシフト部５の下流に配置されており、ＣＯシフト部５で浄化された改質ガスに含まれているＣＯを下記の式（３）に基づいて、酸化させて低減させる酸化反応を促進させるものである。本実施例によれば、改質装置２の運転中にＣＯシフト部５は、水素リッチとなり還元条件となる。このため、ＣＯシフト部５の触媒５ｅが僅かに酸化しているだけであれば、触媒５ｅは改質装置の運転中に還元され易い。
【００２６】
しかし浄化部３７の触媒は、改質装置の運転中だけでは還元されにくい。浄化部３７に酸素が供給されている状態では、浄化部３７の触媒の活性温度域（例えば１００〜２００℃）が存在する。この温度を超えると、酸化雰囲気では浄化部３７の触媒の劣化が進行し易いため、２００℃を越えないことが好ましいと言われている。これを考慮し、気化熱が奪われる蒸発部３６で浄化部３７を積極的に冷却させる。
式（１）…ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
式（２）…ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２
次に通路系について更に説明を加える。図１に示すように、燃料供給源６１に弁２５ａを介して繋がる燃料通路６２が設けられている。燃料供給源６１の燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が例示される。例えば都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が例示される。燃料通路６２は、弁２５ａ，ポンプ２７ａを介して燃焼部３０に繋がる燃焼用燃料通路６２ａと、熱交換部４の入口４ｉにポンプ２７ｂ、脱硫器６２ｘおよび弁２５ｂを介して繋がる改質用燃料通路６２ｃ（改質用燃料供給部）とをもつ。空気供給源７１に繋がる空気通路７２（酸素供給部）が設けられている。空気通路７２は、ポンプ２７ｃを介して燃焼部３０に繋がる燃焼用空気通路７３と、空気浄化フィルタ７２ｘ、ポンプ２７ｄおよび弁２５ｄを介して浄化部３７の入口３７ｉに繋がる酸化用空気通路７５（酸素供給部）とをもつ。
【００２７】
図１に示すように、水タンク８１と蒸発部３６の入口３６ｉとをポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して繋ぐ改質水通路８２（水供給部）が設けられている。浄化部３７の出口３７ｐと燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉとを弁２５ｅ（出口弁）を介して繋ぐアノードガス通路１００（改質ガス吐出路）が設けられている。浄化部３７の出口３７ｐは、浄化部３７の高さ方向の上部側に形成されている。燃料電池１の燃料極１１の出口１１ｐと燃焼部３０とを弁２５ｆを介して繋ぐオフガス通路１１０が設けられている。オフガス通路１１０は発電反応後のアノードオフガスを排出させる。オフガス通路１１０とアノードガス通路１００とを弁２５ｈ（出口弁）を介して繋ぐバイパス通路１５０が設けられている。
【００２８】
図１に示すように、空気供給源７１と燃料電池１の酸化剤極１２の入口１２ｉに、ポンプ２７ｋおよび弁２５ｋを介して連通するカソードガス通路２００が設けられている。図１に示すように、改質部３４で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス通路２５０が設けられている。改質装置２の蒸発部３６の出口３６ｐと改質用燃料通路６２ｃとを第１合流域Ｍ１を介して繋ぐ水蒸気通路３００が設けられている。水蒸気通路３００の上端部３００ｅは蒸発部３６の出口３６ｐに繋がる。水蒸気通路３００の下端部３００ｆは合流域Ｍ１に繋がる。ポンプ２７ａ，２７ｂ,２７ｃ，２７ｄ，２７ｋ,２７ｍは流体搬送要素として機能する。
【００２９】
図１に示すように、ＣＯシフト部５の出口５ｐと浄化部３７の入口３７ｉとは、浄化通路４００で接続されている。ＣＯシフト部５の出口５ｐから吐出された改質ガス（水素を主要成分とし、一酸化炭素を含有）は、浄化通路４００を上向きに矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２を経て浄化部３７の入口３７ｉに供給される。入口３７ｉは、浄化部３７の高さ方向の下部側に形成されている。
【００３０】
次に改質装置２を起動させるときについて図１を参照して説明する。この場合、ポンプ２７ｃにより燃焼用空気通路７３を介して燃焼用空気を燃焼部３０に供給する。また、弁２５ａおよびポンプ２７ａにより燃焼用燃料通路６２ａを介してガス状の燃焼用燃料（燃焼性燃料）を燃焼部３０に供給する。これにより燃焼部３０が着火されて加熱され、ひいては改質部３４が改質反応に適するように加熱される。改質部３４と共に蒸発部３６および浄化部３７も、高温に加熱される。
【００３１】
その後、水タンク８１および改質水通路８２からポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して、改質水（改質反応前の水）が蒸発部３６の入口３６ｉに供給される。改質水は改質装置２の高温の蒸発部３６において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部３６の出口３６ｐから水蒸気通路３００を経て第１合流域Ｍ１に到達する。これに対して、改質用燃料は弁２５ａ,ポンプ２７ｂ,弁２５ｂにより、脱硫器６２ｘ、改質用燃料通路６２ｃおよび第１合流域Ｍ１を経て熱交換部４の入口４ｉに供給される。第１合流域Ｍ１において、改質用燃料通路６２ｃの改質用燃料と水蒸気通路３００の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部４の入口４ｉに供給される。
【００３２】
混合流体は熱交換部４の低温側の第１通路４ａを通過する。このとき熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部３４の外通路３４ｐに流入し、矢印Ａ１方向に流れ、折返部３４ｍを経て内通路３４ｉに流入し、矢印Ａ２方向に流れる。このとき水蒸気（または凝縮水）および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した（１）に示す改質反応により、水素リッチ（４０モル％以上）な改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。
【００３３】
更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４に流入する。即ち、高温の改質ガスは、改質部３４から熱交換部４の高温側の第２通路４ｃを通過することにより、低温側の第１通路４ａの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部４７を経て、ＣＯシフト部５の入口５ｉからＣＯシフト部５の内部に流入する。ＣＯシフト部５においては、上記した式（２）に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減され、改質ガスは浄化される。
【００３４】
更に、ＣＯシフト部５において浄化された改質ガスは、ＣＯシフト部５の出口５ｐから浄化通路４００を経て矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２に至る。更に改質ガスは、酸化用空気通路７５（酸素供給部）の酸化用空気（酸素成分，浄化部３７における選択反応に使用される選択酸化用空気）と第２合流域Ｍ２において合流する。そして、合流した改質ガスは、浄化部３７の下部に形成されている入口３７ｉから、浄化部３７内に流入する。浄化部３７においては、上記した式（３）に示すように、酸素を利用した酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）が行われる。この結果、改質ガスに含まれているＣＯが浄化されて更に低減される。
【００３５】
このように浄化された改質ガスは、浄化部３７の出口３７ｐからアノードガスとして、アノードガス通路１００,弁２５ｅを経て燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ２７ｋ,弁２５ｋによりカソ−ドガス通路２００を経て燃料電池１の酸化剤極１２の入口１２ｉに供給される。これにより燃料電池１において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガス（燃料電池１から排出されたガス）は、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスはオフガス通路１１０を経て燃焼部３０に供給されて燃焼され、燃焼部３０の熱源となる。
【００３６】
図１に示すように、ＣＯシフト部５のうち上流側（通路５ｉの入口側）の温度Ｔ１１を検知するＣＯシフト部温度検知器５５が設けられている。ＣＯシフト部５のうち折返部５ｍ付近の温度Ｔ３１を検知するＣＯシフト部温度検知器３９が設けられている。浄化部３７のうち上流側の温度Ｔ１２を検知するＣＯ低減部温度検知器３８が設けられている。更に、改質部３４の出口側の温度Ｔ１を検知する改質部温度検知器３１ｔが設けられている。水蒸気と改質用燃料とが合流する第１合流域Ｍ１の温度Ｔ２を検知する温度検知器６５が設けられている。各検知信号は制御装置５００に入力される。
【００３７】
（要部構成）
さて本実施例の要部について、図２を参照しつつ説明する。図２は改質システムの要部構成を示す。図面の複雑化を避けるため、ハッチングを一部省略している。図２に示すように、浄化部３７は、同心円軸である中心軸芯Ｐ１の軸長方向（上下方向）に沿って複数個に分割された上側の第１分割浄化部３７ｆおよび下側の第２分割浄化部３７ｓで形成されている。本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓは、中心軸芯Ｐ１に対してほぼ同軸的に配置されており、互いに独立しており、互いに連通しあっていない。第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち劣化が相対的に少ないものをシステム運転時に使用するように、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓの使用は、経時的に互いに切替可能とされている。第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓは、基本的にはほぼ同様の構成、ほぼ同様の作用効果、ほぼ同様の容量、ほぼ同様の浄化能力を有するため、第１分割浄化部３７ｆについて説明し、第２分割浄化部３７ｓの説明を省略する。
【００３８】
図２に示すように、第１分割浄化部３７ｆは、蒸発部３６を区画する壁体３６ｋの外側に配置されており、金属またはセラミックス製の筐体３７０と、改質ガスに含まれる一酸化炭素をＣＯ低減反応（選択酸化反応、メタネーション反応）により低減させる触媒担体部３７１とをもつ。浄化部３７においては、上流３７ｕは、酸化用空気が供給される入口３７ｉに近いため、酸素濃度が相対的に高い。これに対して下流３７ｄは入口３７ｉから遠く、上流３７ｕよりも酸素濃度が相対的に低い。従って、上流３７ｕでは、酸素が消費される選択酸化反応（発熱反応）が発生し易く、その反応活性温度は一般的には１００〜２００℃である。これに対して、酸素が消費された側である下流３７ｄでは、酸素で浄化させる選択酸化反応よりも、水素で浄化させるメタネーション反応（発熱反応）が発生し易い。メタネーション反応も、選択酸化反応と同様に、一酸化炭素低減反応である。
選択酸化反応：ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２
メタネーション反応：ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
上記した蒸発部３６は水を水蒸気化するため、蒸発部３６の運転温度は水の気化熱の影響を受けて、浄化部３７の温度よりも低く、１００℃前後となる。即ち、蒸発部３６は、水の気化熱の影響により、比較的低温となりやすい。
【００３９】
図２に示すように、第１分割浄化部３７ｆは、改質ガスを流入させる流入配管７５Ｍ（浄化通路４００に相当する）が着脱可能に装着される流入部８１と、一酸化炭素（負荷物質）を低減させた浄化後の改質ガスを流出させる流出配管１００Ｍ（アノードガス通路１００に相当）が着脱可能に装着される流出部８２と、使用していない分割浄化部３７ｆの流入部８１および流出部８２を閉鎖させる蓋部８３とを備えている。
【００４０】
同様に、第２分割浄化部３７ｓは、改質ガスを流入させる流入配管７５Ｍが着脱可能に装着される流入部８１と、一酸化炭素（負荷物質）を低減させた浄化後の改質ガスを流出させる流出配管１００Ｍが着脱可能に装着される流出部８２と、使用していない分割浄化部３７ｓの流入部８１および流出部８２を閉鎖させる蓋部８３とを備えている。
【００４１】
本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の前半期間（初期）では、第１分割浄化部３７ｆが使用され、第２分割浄化部３７ｓは使用されない。この場合、システムの運転停止時等において、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎを第１分割浄化部３７ｆの流入部８１に接続し、且つ、流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを第１分割浄化部３７ｆの流出部８２に接続する。この場合、使用されない第２分割浄化部３７ｓについては、流入部８１および流出部８２に蓋部８３を取り付け、第２分割浄化部３７ｓを密閉状態に閉鎖させて待機させておく。
【００４２】
なお、第２分割浄化部３７ｓにおける流入部８１および流出部８２に蓋部８３を取り付けて閉鎖することにしているが、これに限らず、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎおよび流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを外せば、流入部８１および流出部８２は、これらに内蔵されている蓋部により自動的に密閉されるシール構造としても良い。
【００４３】
ところで、第２分割浄化部３７ｓの待機中に、第２分割浄化部３７ｓの触媒担体部３７１に担持されている触媒が酸化するおそれがある。しかしながら第２分割浄化部３７ｓが使用されるとき、第２分割浄化部３７ｓに供給される改質ガスは水素を主要成分としているため、触媒は速やかに還元される。このように第１分割浄化部３７ｆが使用されているとき、第２分割浄化部３７ｓは使用されないが、第２分割浄化部３７ｓは、１００℃前後に維持される蒸発部３６に隣設している。このため第２分割浄化部３７ｓの過熱は抑制され、第２分割浄化部３７ｓの劣化が抑制される。殊に、蒸発部３６における水は、上に向かって（矢印Ｕ１方向）流れ、第２分割浄化部３７ｓ、第１分割浄化部３７ｆの順に対面する。このため、第２分割浄化部３７ｓに対面する水は、比較的低温であるため、待機中の第２分割浄化部３７ｓの過熱防止に有効である。
【００４４】
これに対して、耐用年数の後半期間（終期）では、第２分割浄化部３７ｓが使用され、第１分割浄化部３７ｆは使用されない。この場合、流入配管７５Ｍを第２分割浄化部３７ｓの流入部８１に接続し、流出配管１００Ｍを第２分割浄化部３７ｓの流出部８２に接続する。この場合、第１分割浄化部３７ｆの流入部８１および流出部８２に蓋部８３を取り付け、密閉状態に閉鎖させておく。
【００４５】
なお、改質システムの耐用年数を例えば１０年とすると、例えば１〜５年目では第１分割浄化部３７ｆが使用され、第２分割浄化部３７ｓは使用されない。例えば６〜１０年目では第２分割浄化部３７ｓが使用され、第１分割浄化部３７ｆは使用されない。また耐用年数を１５年であれば、例えば１０〜１５年目では第１分割浄化部３７ｆが再び使用される。この場合、予め、第１分割浄化部３７ｆの触媒担体部３７１を交換しておくことが好ましい。
【００４６】
上記したように本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用される。このため、耐用年数が長期化したとしても、改質ガスを浄化させる浄化能が確保される。本実施例によれば、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、メンテナンス業者またはユーザーは第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が進行した部位の触媒担体部３７１を、新しいものと交換することができる。制御装置５００はタイマー機能を有しており、改質システムの累積運転時間をカウントするカウント手段５００ａと、累積運転時間に基づいて第１分割浄化部３７ｆから第２分割浄化部３７ｓに切り替えるタイミングが到達したら、メンテナンス業者またはユーザに視覚的または聴覚的に報知する報知手段５００ｃとをもつことができる。なお、本実施例によれば、耐用年数の前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆの容量と、耐用年数の後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓの容量とは、基本的には同一とされている。また、第１分割浄化部３７ｆの触媒量と第２分割浄化部３７ｓの触媒量とは、基本的には同一とされている。双方の触媒は同系とされている。第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓの使用を切り替えたとき、改質システムの性能の変動を抑えるためである。
【実施例２】
【００４７】
以下、本発明の実施例２について説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓは、基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するが、耐用年数の前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆの容量よりも、耐用年数の後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓの容量は、所定量（例えば１．５〜３０％）増加されている。
【００４８】
その理由としては次のようである。改質部３４の使用期間が長くなると、固体高分子型の燃料電池の膜電極接合体における触媒等が劣化するおそれがある。そこで、燃料電池の発電能力を維持するために、燃料電池の燃料極に改質ガスの単位時間あたりの流量を、耐用年数の前半期間に比較して所定量増加させる制御を行うことがある。この場合、耐用年数の後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓにおける改質ガスの浄化流量を増加させることが好ましい。故に、耐用年数の後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓの容量は、前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆの容量よりも、増加されている。第２分割浄化部３７ｓの触媒と第１分割浄化部３７ｆの触媒との種類が同系とすれば、耐用年数の後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓの触媒量を、耐用年数の前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆの触媒量よりも増加させている。
【００４９】
上記した場合、後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓに供給される改質ガスの流量は、前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆに供給される改質ガスの流量よりも増加される。従って、耐用年数の後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓに供給される酸化用空気の流量は、耐用年数の前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆに供給される酸化用空気の流量よりも増加される。従って後半期間に使用される第２分割浄化部３７ｓにおける発熱量は、前半期間に使用される第１分割浄化部３７ｆにおける発熱量よりも増加する傾向がある。この点について本実施例によれば、蒸発部３６において原料水は上向き（矢印Ｕ１方向）に流れ、下側の第２分割浄化部３７ｓの次に、上側の第１分割浄化部３７ｆに対面する。即ち、冷たい原料水は、発熱量が増加しがちな第２分割浄化部３７ｓに早期に対面する。このため発熱量が増加しがちな第２分割浄化部３７ｓの過熱防止に有効である。なお、蒸発部３６において、原料水は、第１分割浄化部３７ｆの次に、第２分割浄化部３７ｓの順に対面することにしても良い。
【実施例３】
【００５０】
以下、本発明の実施例３について説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１および図２を準用する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。浄化部３７を構成する第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、システム運転により劣化が進行した側は、システムの通常運転中において、劣化が少ない側に切り替えられる。定期的または不定期的なメンテナンスの際に、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が進行した側の触媒担持体は交換可能とされている。この場合、劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用されるため、耐用年数が長期化したとしても、改質ガスを浄化させる浄化能が確保される。
【実施例４】
【００５１】
図３および図４は本発明の実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図４に示すように、浄化部３７Ｃは、中心軸芯Ｐ１（同心円軸）の回りの周方向に沿って４個にほぼ均等に分割されており、第１分割浄化部３７ｆと、第２分割浄化部３７ｓと、第３分割浄化部３７ｔと、第４分割浄化部３７ｈとを備えている。システムの使用期間が長くなるにつれて、第１分割浄化部３７ｆ、第２分割浄化部３７ｓ、第３分割浄化部３７ｔ、第４分割浄化部３７ｈの順に使用される。
【００５２】
第１分割浄化部３７ｆは、改質ガスを流入させる流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎが着脱可能に装着される流入部８１と、一酸化炭素（負荷物質）を低減させた浄化後の改質ガスを流出させる流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎが着脱可能に装着される流出部８２と、使用していない分割浄化部３７ｆの流入部８１および流出部８２を閉鎖させる蓋部８３とを備えている。第２分割浄化部３７ｓ、第３分割浄化部３７ｔ、第４分割浄化部３７ｈも同様である。蓋部は、自動的に閉鎖できるように流入部８１および流出部８２に内蔵されていても良い。
【００５３】
第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈのうち使用されるものについて、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎを流入部８１に接続し、流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを流出部８２に接続する。第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈのうち使用されないものについて、流入部８１および流出部８２に閉鎖用の蓋部８３を取り付けておく。
【００５４】
上記したように本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈのうち、劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用される。このため、耐用年数が長期化したとしても、改質ガスを浄化させる浄化能が確保される。第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈは、中心軸芯Ｐ１の回りで均等分割されていると共に中心軸芯Ｐ１に対して同じ高さ位置に設定されているため、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈのうちいずれを使用するにしても、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈが基本的には同サイズおよび同量であれば、改質部３４から受ける受熱バランスのバラツキが低減され易い。更に、蒸発部３６に対する熱バランスのバラツキも低減され易い。故に、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈの浄化能のバラツキが低減されやすい。
【００５５】
本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈは、開閉蓋（図示せず）を有していても良い。この場合、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、メンテナンス業者またはユーザーは、開閉蓋を開放し、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈのうち、劣化が進行した部位の触媒担体部３７１を、新しい触媒担体部３７１に交換することができる。本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆ〜第４分割浄化部３７ｈについて、容量および触媒量は基本的にはそれぞれ同一とされている。
【００５６】
また、第１分割浄化部３７ｆＣ〜第４分割浄化部３７ｈのうち、耐用年数の後半期間に使用されるものの容量および触媒量は、前半期間に使用されるものの容量および触媒量よりも、増加させることができる。即ち、第１分割浄化部３７ｆ、第２分割浄化部３７ｓ、第３分割浄化部３７ｔ、第４分割浄化部３７ｈ（使用される順）に移行するにつれて、容量が所定％ずつ増加させるようにしても良い。更に触媒量が所定％ずつ増加するようにしても良い。なお浄化部３７Ｃは、中心軸芯Ｐ１（同心円軸）の回りで４個に分割されているが、これに限らず、２個または３個または５個または６個にほぼ均等に分割されていても良い。
【実施例５】
【００５７】
図５は本発明の実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５に示すように、浄化部３７Ｄは、中心軸芯Ｐ１（同心円軸）の軸長方向に沿って配置された第１分割浄化部３７ｆと第２分割浄化部３７ｓとを備えている。第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の前半期間（初期）では、上側の第１分割浄化部３７ｆが使用され、第２分割浄化部３７ｓは使用されない。このため、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎを第１分割浄化部３７ｆの流入部８１に着脱可能に接続する。流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを第１分割浄化部３７ｆの流出部８２に着脱可能に接続する。この場合、使用されない第２分割浄化部３７ｓについては、流入部８１および流出部８２に閉鎖用の蓋部８３を取り付けて閉鎖させる。
【００５８】
これに対して、耐用年数の後半期間（終期）では、下側の第２分割浄化部３７ｓが使用され、第１分割浄化部３７ｆは使用されない。このため、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎを第２分割浄化部３７ｓの流入部８１に着脱可能に接続する。流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを第２分割浄化部３７ｓの流出部８２に着脱可能に接続する。この場合、第１分割浄化部３７ｆの流入部８１および流出部８２に閉鎖用の蓋部８３を取り付けて閉鎖させる。
【００５９】
上記したように本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に選択されて使用される。このため、耐用年数が長期化したとしても、改質ガスを浄化させる浄化能が確保される。本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓは開閉蓋（図略）を有することができる。この場合、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、メンテナンス業者またはユーザーは開閉蓋を開放し、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が進行した部位の触媒担体部を交換することができる。
【００６０】
本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓについて、容量および触媒量は基本的には同一としてもよい。また、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の後半期間に使用されるもの容量および触媒量は、前半期間に使用されるもの容量および触媒量よりも、増加することができる。なお浄化部３７Ｄは、中心軸芯Ｐ１（同心円軸）の軸長方向に沿って２個並設された分割浄化部で形成されているが、これに限らず、３個または４個または５個または６個の分割浄化部で形成されていても良い。
【００６１】
更に説明を加える。図５に示すように、第１分割浄化部３７ｆは、蒸発部３６の外周側に同軸的に配置された筐体３７０と、筐体３７０に同軸的に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる選択酸化部３７１と、筐体３７０に同軸的に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応部３７２とを備えている。選択酸化部３７１は、触媒を担持した触媒担体部で形成されており、メタネーション反応部３７２に対して上流に配置されている。即ち、選択酸化部３７１は、触媒を担持した触媒担体部で形成されており、改質ガスに含まれる一酸化炭素を水素を用いて低減させるよりも、酸素を用いて低減させる比率が高い。これに対して、メタネーション反応部３７２は、選択酸化部３７１に対して下流に配置されており、改質部３４で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を、水素を用いてメタネーション反応により低減させるものである。即ち、メタネーション反応部３７２は、改質ガスに含まれる一酸化炭素を酸素を用いて低減させるよりも、水素を用いて低減させる比率が高い。メタネーション反応部３７２における反応活性温度は、選択酸化部３７１における反応活性温度よりも高い。
【００６２】
選択酸化部３７１は、選択酸化部３７１用の触媒３７１ｅ（例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属系触媒）を担持するセラミックス体で形成された通気性をもつ第１触媒担体部３８１と、第１触媒担体部３８１の下面側のリング形状をなすガス透過治具３８３と、第１触媒担体部３８１の上面側のリング形状をなすガス透過治具３８４と、ガス透過治具３８３よりも下方の入口室３８５とをもつ。入口３７ｉはリング状の入口室３８５に連通する。
【００６３】
図５に示すように、メタネーション反応部３７２は、メタネーション反応部３７２用の触媒３７２ｅ（例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属系触媒）を担持するセラミックス体で形成された通気性をもつ第２触媒担体部３８２を備えている。メタネーション反応部３７２は、メタネーション反応部３７２用の触媒３７２ｅ（例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属系触媒）を担持するセラミックス体で形成された第２触媒担体部３８２と、第２触媒担体部３８２の下面側のリング形状をなすガス透過治具３８６と、ガス透過治具３８６の下方の出口室３８９と、第２触媒担体部３８２の上面側のリング形状をなすガス透過治具３８７とを備えている。出口３７ｐはリング状の出口室３８９に連通する。
【００６４】
図５に示すように、筒形状をなす選択酸化部３７１は、メタネーション反応部３７２の内周側に配置されており、メタネーション反応部３７２よりも蒸発部３６に近くなるように配置されている。選択酸化部３７１は蒸発部３６に隣設されている。筒形状をなすメタネーション反応部３７２は、選択酸化部３７１の外周側に配置されており、選択酸化部３７１の外方への放熱を抑制している。即ちメタネーション反応部３７２は、改質部３４の半径方向（矢印Ｒ方向）において、選択酸化部３７１よりも蒸発部３６から距離的に離れて配置されている。メタネーション反応部３７２及び蒸発部３６は、半径方向（矢印Ｒ方向）において、選択酸化部３７１を挟むように配置されている。
【００６５】
図５に示すように、高さ方向（矢印Ｈ方向）において、第２触媒担体部３８２および第１触媒担体部３８１は、互いに重なるような高さ位置に設定されている。従って、第１触媒担体部３８１における反応で発生した熱は、第２触媒担体部３８２に効果的に伝達される。殊に、第１触媒担体部３８１と第２触媒担体部３８２との間には、伝熱性をもつ金属で形成されたリング形状をなす仕切部材３９０が配置されている。このため、選択酸化部３７１の第１触媒担体部３８１における反応で発生した熱は、仕切部材３９０を介してメタネーション反応部３７２の第２触媒担体部３８２に伝達され、メタネーション反応部３７２の温度を高温に維持し易い。更にメタネーション反応部３７２の外周側（外面側）には断熱材（図略）が筒状またはリング状に配置されているため、メタネーション反応部３７２の放熱が抑えられ、メタネーション反応部３７２の温度を高温に維持し易い。ただし仕切部材３９０はセラミックス材としても良い。
【００６６】
図５に示すように、選択酸化部３７１とメタネーション反応部３７２との間には、改質ガスの拡散を促進させるリング状の拡散促進室３９２が形成されている。拡散促進室３９２は、第１触媒担体部３８１の出口側（上面側）に配置されたリング状の内側空間３９３と、第２触媒担体部３８２の入口側（上面側）に配置されたリング状の外側空間３９４とで形成されている。拡散促進室３９２が設けられているため、選択酸化部３７１の選択酸化反応を終えた改質ガスは、拡散促進室３９２において拡散され、ガス濃度の均一性が高まる。このように濃度の均一性が高くなった改質ガスがメタネーション反応部３７２に供給されて浄化される。従ってメタネーション反応部３７２における反応均一性の向上に貢献できる。
【００６７】
図５に示すように、改質部３４の中心軸芯Ｐ１から半径方向（矢印Ｒ方向）の外方に向けて、改質部３４、蒸発部３６、第１分割浄化部３７ｆの選択酸化部３７１、第１分割浄化部３７ｆのメタネーション反応部３７２が、この順に同芯的に配置されている。
【００６８】
更に説明を加える。図５に示すように、第１分割浄化部３７ｆの選択酸化部３７１においては、酸化用空気が供給される入口３７ｉに近いため、酸素濃度が相対的に高い。これに対してメタネーション反応部３７２では選択酸化部３７１よりも酸素濃度が相対的に低い。従って、選択酸化部３７１では、酸素が消費される選択酸化反応（発熱反応）が発生し易く、その反応活性温度は一般的には１００〜２００℃である。これに対して、酸素が消費された側である相対的に下流に位置するメタネーション反応部３７２では、酸素を用いる選択酸化反応よりも、水素を用いるメタネーション反応（発熱反応）が発生し易い。メタネーション反応も、選択酸化反応と同様に、一酸化炭素浄化反応である。
選択酸化反応：ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２
メタネーション反応：ＣＯ＋３Ｈ２→ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ
ところで、上記した蒸発部３６は水を水蒸気化するため、蒸発部３６の運転温度は水の気化熱の影響を受けて、第１分割浄化部３７ｆの温度よりも低く、１００℃前後となる。即ち、蒸発部３６は、水の気化熱の影響により、比較的低温となりやすい。第１分割浄化部３７ｆのメタネーション反応部３７２が蒸発部３６により過度に冷却されると、上記したメタネーション反応部３７２におけるメタネーション反応が損なわれるおそれがある。特に、メタネーション反応は、良好な反応活性温度域が１５０〜３００℃であり、蒸発部３６の運転温度（約１００℃）との温度差が大きいため、過度の冷却は、良好なメタネーション反応を損なうおそれがあり、一酸化炭素の浄化に不利である。この点本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆのメタネーション反応部３７２は、選択酸化部３７１よりも蒸発部３６よりも距離的に離れて配置されている。よって第１分割浄化部３７ｆのメタネーション反応部３７２から蒸発部３６への熱の移動が抑制される。
【００６９】
このため改質装置２が運転されるとき、第１分割浄化部３７ｆのメタネーション反応部３７２における過度の冷却は抑制される。よって第１分割浄化部３７ｆのメタネーション反応部３７２における一酸化炭素浄化反応（主としてメタネーション反応）が良好に実施される。なお浄化部３７は、中心軸芯Ｐ１（同心円軸）の軸長方向に沿って２個並設された分割浄化部３７で形成されているが、３個または４個または５個または６個の分割浄化部３７で形成されていても良い。
【実施例６】
【００７０】
図６は本発明の実施例６を示す。以下、本発明の実施例６について説明する。本実施例は実施例５と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例５と相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、第１分割浄化部３７ｆは、改質ガスを流入させる流入部８１と、浄化後の改質ガスを流出させる流出部８２とを備えている。同様に、第２分割浄化部３７ｓは、改質ガスを流入させる流入部８１と、浄化後の改質ガスを流出させる流出部８２とを備えている。流入配管７５Ｍは、三方弁７５Ｗを介して第１分割浄化部３７ｆの流入部８１と第２分割浄化部３７ｓの流入部８１に繋がれている。三方弁７５Ｗは、流入配管７５Ｍと第１分割浄化部３７ｆの流入部８１とを連通させる形態と、流入配管７５Ｍと第２分割浄化部３７ｓの流入部８１とを連通させる形態とに切り替えられる。更に図６に示すように、流出配管１００Ｍは、三方弁１００Ｗを介して第１分割浄化部３７ｆの流出部８２と第２分割浄化部３７ｓの流出部８２に繋がれている。三方弁１００Ｗは、流出配管１００Ｍと第１分割浄化部３７ｆの流出部８２とを連通させる形態と、流出配管１００Ｍと第２分割浄化部３７ｓの流出部８２とを連通させる形態とに切り替えられる。
【００７１】
本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の前半期間（初期）では、上側の第１分割浄化部３７ｆが使用され、下側の第２分割浄化部３７ｓは使用されない。この場合、三方弁７５Ｗは流入配管７５Ｍと第１分割浄化部３７ｆの流入部８１とを連通させ、且つ、三方弁１００Ｗは流出配管１００Ｍと第１分割浄化部３７ｆの流出部８２とを連通させる。
【００７２】
また第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の後半期間（終期）では、第２分割浄化部３７ｓが使用され、第１分割浄化部３７ｆは使用されない。この場合、三方弁７５Ｗは流入配管７５Ｍと第２分割浄化部３７ｓの流入部８１とを連通させ、且つ、三方弁１００Ｗは流出配管１００Ｍと第２分割浄化部３７ｓの流出部８２とを連通させる。
【００７３】
本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆが使用されているとき、第１分割浄化部３７ｆの劣化が進行したら、制御装置は三方弁７５Ｗおよび三方弁１００Ｗを操作し、第２分割浄化部３７ｓの使用に切り替える。劣化の進行は、例えば、浄化後の流出配管１００Ｍを流れる改質ガスに含まれている一酸化炭素を検知するＣＯセンサ１００Ｓにより検知することができる。
【００７４】
また、第２分割浄化部３７ｓが使用されているとき、第２分割浄化部３７ｓの劣化が進行したら、制御装置は三方弁７５Ｗおよび三方弁１００Ｗを操作し、第１分割浄化部３７ｆの使用に切り替える。そして、定期的または不定期的なメンテナンスのとき、劣化した分割触媒部の触媒担体部を交換する。
【実施例７】
【００７５】
図７は本発明の実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、浄化部３７Ｅは、蒸発部３６の外側に一体的に保持された筒形状をなす第１分割浄化部３７ｆ（図７では、筒形状をなす第１分割浄化部３７ｆの右半分は図略）と、蒸発部３６から離間した分離型の第２分割浄化部３７ｓとを備えている。第１分割浄化部３７ｆは、蒸発部３６の外周側に一体的に配置された筐体３７０と、筐体３７０内に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる選択酸化部３７１と、筐体３７０内に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるメタネーション反応部３７２とを備えている。
【００７６】
図７に示すように、第２分割浄化部３７ｓは、改質部３４側の筐体３７０から距離的に分離された筐体３７９と、筐体３７９内に収容された触媒担体部３８２と、触媒担体部３８２の下面側のガス透過治具３８６と、ガス透過治具３８６の下方の入口室３８５と、第２触媒担体部３８２の上面側のガス透過治具３８７と、ガス透過治具３８７の上方の出口室３８９と、入口室３８５に繋がる流入部８１と、出口室３８９に繋がる流出部８２と、中空パイプで形成された加熱通路３８０とを備えている。触媒担体部３８２のうち上流域３８２ｕは、酸素がリッチとなるため、主として選択反応部となり、触媒担体部３８２のうち下流域３８２ｄは、酸素が乏しくなるため、主としてメタネーション反応部となる。
【００７７】
第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の前半期間（初期）では、第１分割浄化部３７ｆが使用され、第２分割浄化部３７ｓは使用されない。このため、先ず、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎを第１分割浄化部３７ｆの流入部８１に接続し、且つ、流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを第１分割浄化部３７ｆの流出部８２に接続する。この場合、使用されない第２分割浄化部３７ｓの流入部８１および流出部８２には、閉鎖用の蓋部８３を取り付け、密閉状態に閉鎖する。
【００７８】
これに対して、耐用年数の後半期間（終期）では、分離型の第２分割浄化部３７ｓが使用され、第１分割浄化部３７ｆは使用されない。この場合、蒸発部３６から吐出された水蒸気、または、燃焼排ガス等の熱媒体を加熱通路３８０に流すように配管経路を切り替え、第２分割浄化部３７ｓの第２触媒担体部３８２を浄化反応に適するように加熱させる。更に、流入配管７５Ｍのコネクタ７５Ｎを第２分割浄化部３７ｓの流入部８１に接続し、且つ、流出配管１００Ｍのコネクタ１００Ｎを第２分割浄化部３７ｓの流出部８２に接続する。この場合、使用されない第１分割浄化部３７ｆの流入部８１および流出部８２を蓋部で閉鎖する。
【００７９】
上記したように本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が相対的に少ない部位がシステム運転時に使用される。このため、耐用年数が長期化したとしても、改質ガスを浄化させる浄化能が確保される。本実施例によれば、定期的または不定期的なメンテナンスの際に、メンテナンス業者またはユーザーは第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、劣化が進行した部位を交換する。
【００８０】
本実施例によれば、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓについて、容量および触媒量は基本的には同一としてもよい。また、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓのうち、耐用年数の後半期間に使用されるもの容量および触媒量は、前半期間に使用されるもの容量および触媒量よりも、増加することができる。本実施例では、図５に示すように、浄化部３７Ｅは、蒸発部３６の外側に一体的に保持された筒形状をなす第１分割浄化部３７ｆと、蒸発部３６から離間した分離型の第２分割浄化部３７ｓとを備えているが、これに限らず、図示しないものの、第１分割浄化部３７ｆおよび第２分割浄化部３７ｓの双方を改質部３４から分離させた分離型としても良い。
【００８１】
（その他）
本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。実施例１では、蒸発部３６は改質部３４と一体的であるが、これに限らず、蒸発部３６は改質部３４から分離されていても良い。実施例１では、第１分割浄化部３７ｆ、第２分割浄化部３７ｓの順に使用されるが、逆としても良い。浄化部３７は、中心軸芯Ｐ１の回りで周方向に分割されていると共に、中心軸芯Ｐ１の軸長方向に沿って分割されていても良い。実施例１では、浄化部３７および蒸発部３６が同軸的に配置されているが、同軸でなくても良く、非同軸タイプでも良く、更に、厚み方向に積層させる積層タイプでも良い。各触媒は上記したものに限定されるものではない。図１に示すように、シフト部５が改質部３４に一体的に連設されているが、これに限らず、シフト部５は改質部３４から分離していても良い。図１に示すように、改質部３４がＣＯシフト部５の上方に配置されているが、これに限らず、改質部３４がＣＯシフト部５の下方または横方に配置されていても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は燃料電池システム等に使用される改質システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１に係り、改質システムの全体を示す図である。
【図２】実施例１に係り、改質システムの要部を示す断面図である。
【図３】実施例４に係り、改質システムの要部を示す断面図である。
【図４】実施例４に係り、改質システムの要部の平面形態を示す異なる方向の断面図である。
【図５】実施例５に係り、改質システムの要部を示す断面図である。
【図６】実施例６に係り、改質システムの要部を示す断面図である。
【図７】実施例７に係り、改質システムの要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１は燃料電池、２は改質装置、３０は燃焼部、３４は改質部、３６は蒸発部、３７は浄化部、３７ｆは第１分割浄化部、３７ｓは第２分割浄化部、７５Ｍは流入配管、１００Ｍは流出配管、８１は流入部、８２は流出部を示す。
【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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