(57)【要約】【課題】簡単な構造で効率がよく安定した改質処理が得られる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムの改質ユニット３００は、改質器６２０、ＣＯ変成器８２０、およびＣＯ選択酸化器８３０を内部に収納する改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０、およびＣＯ除去外装ケース８１０と、これら改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０、およびＣＯ除去外装ケース８１０の外周面に沿って設けられる複数のブロック形状の断熱材５１１Ｂと、これら断熱材５１１Ｂの外周面を覆うシェル５４０を具備した。【選択図】図２
2008192435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中でバーナの燃焼ガスにより加熱して水素ガス（Ｈ2）を含有する改質ガスを生成させる改質器と、この改質器で生成した前記改質ガスが供給され前記改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をＣＯ変成触媒により二酸化炭素（ＣＯ2）に変成するＣＯ変成器と、このＣＯ変成器で処理された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中に残留するＣＯをＣＯ選択酸化触媒によりＣＯ2に酸化させるＣＯ選択酸化器と、を備えた改質ユニットであって、
前記改質器、前記ＣＯ変成器、および前記ＣＯ選択酸化器を内部に収納するケース体と、
前記ケース体の外周面に沿って設けられる断熱部材と、
前記断熱部材の外周面を覆うとともに、前記断熱部材を補強するカバープレートと、
を具備したことを特徴とした改質ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の改質ユニットであって、
前記断熱部材は、前記ケース体の外周面に沿って、前記ケース体の外周面を覆う状態に複数連続配置され、
前記カバープレートは、それぞれの前記断熱部材の外周面に沿って設けられた
ことを特徴とした改質ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の改質ユニットであって、
前記カバープレートは、前記断熱部材に一体的に設けられた
ことを特徴とした改質ユニット。
【請求項４】
請求項１に記載の改質ユニットであって、
前記断熱部材は、前記ケース体の外周面に沿って、前記ケース体の外周面を覆う状態に複数連続配置され、
前記カバープレートは、略板状部材を、複数の前記断熱部材の外周面を覆う状態に折曲し、前記板状部材の端縁同士を連結した略筒状に形成された
ことを特徴とした改質ユニット。
【請求項５】
請求項１に記載の改質ユニットであって、
前記ケース体は、略筒状に形成され、
前記カバープレートは、前記ケース体の外周面を囲う略筒状に形成され、
前記断熱部材は、前記ケース体および前記カバープレートの隙間空間に断熱材が充填されて形成された
ことを特徴とした改質ユニット。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の改質ユニットであって、
前記ケース体は、略筒状に形成されるとともに、筒一端部に外方に突出して前記断熱部材の一端面を保持する載置部および前記断熱部材の外周側面を保持する外周保持部を有する断熱材支持部を備え、
前記カバープレートは、前記断熱材支持部の前記外周保持部に当接して固定される
ことを特徴とした改質ユニット。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の改質ユニットであって、
前記カバープレートは、金属製部材により形成された
ことを特徴とした改質ユニット。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の改質ユニットと、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記改質ユニットで生成された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素原料を含有する原料ガスをバーナの燃焼ガスにより加熱して水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質ユニットおよびこの改質ユニットを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、燃料電池システムにおいて、供給される原料ガスをバーナにて加熱しつつ改質触媒により改質して水素ガスを生成させる各種改質器が知られている。これら改質器としては、径方向で多重環状に間隙を有する多重管構造で、略中心位置に配設したバーナの燃焼により水蒸気が混合された原料ガスを加熱しつつ改質する構成が採られている（例えば、特許文献１ないし特許文献７参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のものは、バーナ取付台により配設されるバーナが位置する中心軸でバーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心的に第１筒体から第８筒体までの複数筒体を順次配置している。第１筒体の下端は伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第３筒体の下端は第１筒体の底板と間隙を介して対向する底板にて閉塞され、第１筒体および第２筒体間と、第２筒体および第３筒体の通路とは、下部で連通する。
伝熱隔壁および第１筒体間に区画され上端が外周側へ開口する燃焼排ガスの取出し口に接続する排気通路と、バーナ取付台との間には、水が供給される供給口に連通する水加熱路を形成している。第１筒体および第２筒体間には、原料ガスが供給される供給口に上部が連通し、螺旋状に羽根が設けられて原料ガスが螺旋状に流通する流路を有し、流路内の上部側に充填物が充填された予熱層が設けられ、下部側に改質触媒が充填され下部が第２筒体および第３筒体の通路に接続する改質触媒層が設けられている。第３筒体および第４筒体間は、断熱材が充填される隙間が形成されている。
第４筒体および第５筒体間は、上端が改質触媒層に接続し、ＣＯ変成触媒が充填されてシフト層を形成している。第５筒体および第７筒体間には第６筒体が介在し、原料ガスの供給口に連通するとともに下流側が予熱層の上部に連通する加熱通路を形成している。第７筒体および第８筒体間には、ガスが流通可能に仕切板にて区画され、下部がシフト層の下部に連通し空気が導入される混合室を介してＣＯ除去触媒が充填された第１ＰＲＯＸ層と、第１ＰＲＯＸ層に連通するとともに改質ガス取出し口に連通する第２ＰＲＯＸ層とが形成されている構成が採られている。
【０００４】
特許文献２に記載のものは、バーナ取付台により配設されるバーナが位置する中心軸でバーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心的に第１筒体から第８筒体までの複数筒体を順次配置している。第１筒体の下端は伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第３筒体の下端は第１筒体の底板と間隙を介して対向する底板にて閉塞され、第１筒体および第２筒体間と、第２筒体および第３筒体の通路とは、下部で連通する。
伝熱隔壁および第１筒体間に区画され上端が外周側へ開口する燃焼排ガスの取出し口に接続する排気通路と、バーナ取付台との間には、水が供給される供給口に連通する水加熱路を形成している。第１筒体および第２筒体間には、原料ガスが供給される供給口に上部が連通し、上部側に充填物が充填された予熱層が設けられ、下部側に改質触媒が充填され下部が第２筒体および第３筒体の通路に接続する改質触媒層が設けられている。第３筒体および第４筒体間は、断熱材が充填される隙間が形成されている。
第４筒体および第５筒体間は、上端が改質触媒層に接続し、ＣＯ変成触媒が充填されてシフト層を形成している。第５筒体および第７筒体間には第６筒体が介在し、原料ガスの供給口に連通するとともに下流側が予熱層の上部に連通する加熱通路を形成している。第７筒体および第８筒体間には、下部がシフト層の下部に連通し空気が導入される室を介してガスが流通可能に仕切板にて区画されＣＯ除去触媒が充填された第１ＰＲＯＸ層が形成されている。また、第７筒体および第８筒体間には、ガスが流通過程で乱流を生じさせる状態にガスが流通可能な仕切板にて複数の室が形成されているとともに、室を介して第１ＰＲＯＸ層に連通し改質ガス取出し口に室を介して連通する第２ＰＲＯＸ層が形成されている構成が採られている。
【０００５】
特許文献３に記載のものは、バーナ取付台により配設されるバーナが位置する中心軸でバーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心的に第１筒体から第８筒体までの複数筒体を順次配置している。第１筒体の下端は伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第３筒体の下端は第１筒体の底板と間隙を介して対向する底板にて閉塞され、第１筒体および第２筒体間と、第２筒体および第３筒体の通路とは、下部で連通する。第４筒体および第８筒体は下端同士が底板で接合されている。
伝熱隔壁および第１筒体間に区画される円管状空隙の排気通路の上端は、外周側へ開口する燃焼排ガスの取出し口に連通している。第１筒体および第２筒体間の通路は、上部が水と都市ガスとを混合してなる原料ガスが供給される供給口に連通し、下部が第２筒体および第３筒体間に改質触媒が充填された改質触媒層に接続している。第３筒体および第４筒体間は、隙間が形成されている。
第４筒体および第５筒体間は、上端が改質触媒層に接続し、ＣＯ変成触媒が充填されてシフト層を形成している。第７筒体および第８筒体間の下部には、第４筒体および第５筒体間に接続するシフト層が形成され、シフト層の上部に仕切板にて区画され空気を混入させる混合室が区画形成され、混合室の上部には改質ガスの取出し口に連通するＣＯ選択酸化触媒が充填されたＰＲＯＸ層が形成されている。第５筒体および第７筒体間には第６筒体が介在し、供給口に連通するとともに下流側が第１筒体および第２筒体間の通路の上部に接続する原料ガスを加熱する加熱路を形成している。第４筒体および第５筒体間のシフト層と、第７筒体および第８筒体間のシフト層とが接続する下部には、内部に溜まった水を排出する排水装置が設けられた構成が採られている。
【０００６】
特許文献４に記載のものは、配設されるバーナが位置する中心軸でバーナを囲む状態に円筒状の伝熱隔壁を設け、この伝熱隔壁の外側に同心的に第１筒体から第８筒体までの複数筒体を順次配置している。第１筒体の下端は伝熱隔壁と間隙を介する底板にて閉塞され、第３筒体の下端は第１筒体の底板と間隙を介して対向する底板にて閉塞され、第１筒体および第２筒体間と、第２筒体および第３筒体の通路とは、下部で連通する。第４筒体および第８筒体は下端同士が底板で接合されている。
伝熱隔壁および第１筒体間に区画される円管状空隙の上昇通路の上端は水平方向に円環状の中間通路に連通し、この中間通路の外周から下方に延び下端に燃焼排ガス排出口に接続する円管状の下降通路を設けている。下降通路の外周に隣接して、下端に水供給口を有し供給される水を予熱する円管状の給水予熱部を設けている。給水予熱部の上端には、原料ガスの供給口が接続し原料ガスと湿り蒸気とが供給される環状室に接続する連結部を設けている。下降通路の内周側に隣接して、円管状の原料予熱部を設けている。第１筒体および第２筒体間には、環状室に接続する加熱通路が上部に接続されステンレスやアルミナなどの充填物が充填された予熱層が上部に設けられ、下部に改質触媒が充填された改質触媒層が設けられている。
第３筒体および第４筒体間は断熱材が充填され、第４筒体および第５筒体間は、上端が通路と連通し、ＣＯ変成触媒が充填されてシフト層を形成している。第５筒体および第７筒体間には第６筒体が介在されて二重円管構造に形成され、原料ガス供給口から供給される原料ガスと水供給口から供給される水が混合された状態で通過し、予熱層に連通する加熱通路を形成している。第７筒体および第８筒体間には、下部がシフト層の下部に連通し空気が導入されるＣＯ除去触媒が充填されて第１ＰＲＯＸ層、およびこの第１ＰＲＯＸ層の上部に仕切板により区画された第２ＰＲＯＸ層を形成した構成が採られている。
【０００７】
特許文献５に記載のものは、炉容器で少なくとも下部が覆われた改質管を、直立した仕切円筒と、仕切円筒の内外に同心円状に配設され下部を仕切円筒の下端から離してリング状の底板で接続した内筒および外筒とで、二重環状構造に形成している。改質管は、仕切円筒と外筒との間に、上部に原料ガスマニホールドを介して原料ガス入口が形成され、下端部が仕切円筒と内筒との間に区画された内側環状空間に連通する外側環状空間を区画形成している。
内側環状空間は、粒状改質触媒が充填され、上部に改質ガスマニホールドを介して改質ガス出口が形成されている。バーナで燃焼された燃焼ガスは、改質管の内筒内から改質管の下端部より炉容器の内周側との間隙を介して排気される。この燃焼ガスの排気の際に、外側環状空間に流入された原料ガスが加熱され、内側環状空間に流入して粒状改質触媒にて改質処理される構成が採られている。
【０００８】
特許文献６に記載のものは、有底円筒状の隔壁内に、同心状に下端近傍に開口を有し上部にバーナが下方流の火炎となる状態に配設された燃焼筒を設け、燃焼筒の内側に鉛直円柱状の第１領域を区画形成し、この第１領域と同心に、第１領域の外周側に位置し燃焼筒の開口を介して連通する環状の第２領域を区画形成している。
第２領域内には、二重管構造で外周側に改質触媒が充填された複数の改質管を、円周上に位置する状態で軸方向に沿って配設している。各改質管の上端部には、外周側が連通する状態で原料ガスマニホールドが連結されている。
第２領域の外周側には、同心で上端部が第２領域に連通する環状の第３領域と、この第３領域の外周側に同心に環状の第４領域を区画形成している。第３領域内には、第２領域を流過するバーナの燃焼ガスにより、供給される水から水蒸気を生じさせる水蒸発管を、第１領域と略同心に螺旋状に配設している。第４領域内には、改質管の内周側に連通する各連通部が接続する改質ガスマニホールドに接続する高温ＣＯ（一酸化炭素）変成触媒が充填された高温ＣＯ変成器、低温ＣＯ変成器、および、選択酸化触媒が充填された第１，第２の選択酸化器を周方向に並ぶ状態に区画形成している。
そして、第１領域から第２領域を介して第３領域に流入したバーナの燃焼ガスにより水蒸発管で生成された水蒸気が混合された原料ガスが、原料ガスマニホールドから各改質管の外周側に流入する。さらに、原料ガスは、第２領域内に流入するバーナの燃焼ガスにより加熱されつつ改質触媒にて改質され、連通管から改質ガスマニホールドを介して高温ＣＯ変成器、低温ＣＯ変成器、第１の選択酸化器、第２の選択酸化器にて処理される構成が採られている。
【０００９】
特許文献７に記載のものは、改質器と、脱硫器や水蒸発器、原燃料気化器、低温シフトコンバータ、選択酸化ＣＯ除去器などの関連機器とを１つのユニット構成とし、真空断熱容器内に配設している。この真空断熱容器の内側空間を、燃焼器の燃焼ガスが流路する。燃焼器の周囲には、内管および外管からなる二重管構造で内管および外管に原料ガスが流通する改質触媒が充填され改質されたガスを内管内に流通させる改質管が複数配設されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１８７７０５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９３５０９号公報
【特許文献３】特開２００３−１１２９０４号公報
【特許文献４】特開２００４−１２３４６４号公報
【特許文献５】特開平５−３０３９７２号公報
【特許文献６】特開２００４−２８８４３４号公報
【特許文献７】特開２００３−３２７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、燃料電池システムでは、エネルギ効率が重要である。そして、燃料電池に供給する水素ガスを製造する工程において、改質の際の加熱は全工程中で比較的に大きなエネルギを必要とする。このことにより、効率よく加熱して改質処理する必要がある。
特に、一般家庭用として小型化や構成の簡略化の際のエネルギ効率の低下の抑制やエネルギ効率のさらなる向上が、より強く要望されている。
【００１２】
本発明の目的は、このような点に鑑みて、簡単な構造で効率がよく安定した改質処理が得られる改質ユニットおよび燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の改質ユニットは、炭化水素原料を含有する原料ガスを改質触媒中でバーナの燃焼ガスにより加熱して水素ガス（Ｈ2）を含有する改質ガスを生成させる改質器と、この改質器で生成した前記改質ガスが供給され前記改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をＣＯ変成触媒により二酸化炭素（ＣＯ2）に変成するＣＯ変成器と、このＣＯ変成器で処理された前記改質ガスが供給され前記改質ガス中に残留するＣＯをＣＯ選択酸化触媒によりＣＯ2に酸化させるＣＯ選択酸化器と、を備えた改質ユニットであって、前記改質器、前記ＣＯ変成器、および前記ＣＯ選択酸化器を内部に収納するケース体と、前記ケース体の外周面に沿って設けられる略ブロック形状の断熱部材と、前記断熱部材の外周面を覆うとともに、前記断熱部材を補強するカバープレートと、を具備したことを特徴とする。
この発明によれば、断熱部材の外周面を覆うカバープレートが設けられているので、断熱部材からの放熱を抑えることができる。また、カバープレートにより断熱部を断熱保温位置に適切に保持することができる。したがって、断熱部による断熱効果をより向上させることができ、改質処理における熱効率をより向上させることができる。さらには、カバープレートにより断熱部材が保護されるので、衝撃などの外力が加わったとしても、カバープレートで外力を吸収でき、断熱部材の破損を防止できる。
【００１４】
そして、本発明では、請求項１に記載の改質ユニットであって、前記断熱部材は、前記ケース体の外周面に沿って、前記ケース体の外周面を覆う状態に複数連続配置され、前記カバープレートは、それぞれの前記断熱部材の外周面に沿って設けられることが好ましい。
この発明によれば、ケース体の外周面に沿って複数の断熱部材が連続配置され、カバープレートは、これらの断熱部材のそれぞれの外周面を覆って設けられている。
このため、カバープレートを例えば溶接するなどすることで、容易に隣接する断熱部材を組み合わせることができ、各断熱部材を取り外すことで、カバープレートも容易に取り外せるので、改質ユニットのメンテナンス時などにおいて容易に解体することができる。
【００１５】
また、本発明では、請求項１または請求項２に記載の改質ユニットであって、前記カバープレートは、前記断熱部材に一体的に設けられることが好ましい。
この発明によれば、カバープレートが断熱部材に一体的に設けられている。これにより、カバープレートが予め一体的に設けられた断熱部材をケース体の外周面に沿って取り付けるだけで、より容易にカバープレートも断熱部材の外周面を覆う状態に取り付けられる。したがって、改質ユニットの断熱部材の組み付けおよび解体がより容易にでき、改質ユニットのメンテナンスなどをより容易に実施できる。また、各断熱部材にカバープレートを一体的に設けることで、断熱部材とカバープレートとの密着性を確実にでき、各断熱部材の補強を確実に実施できる。また、各断熱部材における断熱効果をより向上させることができる。
【００１６】
さらに、本発明では、請求項１に記載の改質ユニットであって、前記断熱部材は、前記ケース体の外周面に沿って、前記ケース体の外周面を覆う状態に複数連続配置され、前記カバープレートは、略板状部材を、複数の前記断熱部材の外周面を覆う状態に折曲し、前記板状部材の端縁同士を連結した略筒状に形成される構成としてもよい。
この発明では、カバープレートは、一枚の板状部材を複数の断熱部材の外周面を覆う状態に折り曲げて端縁を接合して略筒状に形成されている。このため、このカバープレートにより複数の断熱部材をケース体側に押し付けることができ、断熱部材がより確実にケース体に密着させることができる。したがって、改質ユニットの断熱性を向上させることができる。また、互いに隣接する断熱部材間の隙間上をもカバープレートで覆うことができるため、断熱部材からの放熱をより確実に防止することができる。さらに、断熱部材の外周面をカバープレートの板面に揃えることができ、改質ユニットの外装形状を良好にすることができる。
【００１７】
また、本発明では、請求項１に記載の改質ユニットであって、前記ケース体は、略筒状に形成され、前記カバープレートは、前記ケース体の外周面を囲う略筒状に形成され、前記断熱部材は、前記ケース体および前記カバープレートの隙間空間に断熱材が充填されて形成された構成としてもよい。
この発明では、ケース体とカバープレートとの間の隙間に断熱材を充填することで断熱部材が形成されている。この発明では、ケース体とカバープレートとの間に断熱材を例えば流し入れて固着させることで容易に改質ユニットの断熱構造を形成することができ、断熱部材の放熱もカバープレートにより防止することができる。
【００１８】
さらに、本発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の改質ユニットであって、前記ケース体は、略筒状に形成されるとともに、筒一端部に外方に突出して前記断熱部材の一端面を保持する載置部および前記断熱部材の外周側面を保持する外周保持部を有する断熱材支持部を備え、前記カバープレートは、前記断熱材支持部の前記外周保持部に当接して固定されることが好ましい。
この発明によれば、ケース体の一端部に設けられる断熱材支持部の外周保持部にカバープレートを固定することで、容易にカバープレートおよび断熱部材の保持が可能となる。また、ケース体の端部と断熱部材の端部との位置決めが容易となり、製造性を良好にできる。また、必要な部位に断熱部材を適切に配置できるので、断熱性も向上する。
【００１９】
そして、本発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の改質ユニットであって、前記カバープレートは、金属製部材により形成されたことが好ましい。
この発明によれば、カバープレートは、金属製部材により形成されている。これにより、互いに隣接するカバープレートを溶接などにより容易に連結することができ、製造性を良好にでき、断熱部材の補強も確実に実施できる。
【００２０】
本発明に記載の燃料電池システムは、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の改質ユニットと、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記改質ユニットで生成された前記改質ガスおよび前記酸素含有気体供給手段により供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の改質ユニットで生成した改質ガスと、酸素含有気体供給手段で供給する酸素含有気体とにより、燃料電池にて発電する。
このことにより、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔燃料電池システムの構成〕
以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、本発明の改質ユニットを備えた燃料電池システムの構成を例示するが、燃料電池システムに利用する構成に限らず、例えば水素ガス製造装置などとして、改質ユニット単独の構成とするなどしてもよい。また、水蒸気が混合される原料ガスとして、液体燃料を用いる構成を例示するが、液体燃料に限らず、例えば液化石油ガスや都市ガスなどの炭化水素原料ガスを用いて水蒸気を混合し原料ガスを調製する構成など、各種炭化水素原料を利用する構成にも適用できる。さらに、家庭用のシステム構成を例示するが、例えば集合住宅用や各種店舗などに利用される比較的に大型のシステム構成にも適用できる。
図１は、本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。なお、図１は、説明の都合上、改質ユニットの構成をそれぞれ別ブロック状に示す。
【００２２】
（全体構成）
図１において、１００は、燃料電池システムで、この燃料電池システム１００は、例えば液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池２００により発電させるシステムである。
この燃料電池システム１００は、液体燃料１１１、例えば灯油を貯溜する液体燃料貯溜タンク１１０を備えている。ここで、液体燃料１１１としては、灯油に限らず、軽油やナフサなどの各種液体燃料が利用できる。液体燃料貯溜タンク１１０には、液体燃料ポンプ１２１を備え液体燃料１１１を搬送する燃料搬送経路１２０を介して、脱硫器１３０が接続されている。
脱硫器１３０は、液体燃料貯溜タンク１１０から燃料搬送経路１２０を介して例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給される液体燃料１１１を脱硫処理、すなわち液相吸着法により液体燃料１１１中に含有される硫黄化合物を電気ヒータなどにて加熱しつつ吸着除去する。この脱硫器１３０には、改質ユニット３００が接続されている。
【００２３】
改質ユニット３００は、詳細は後述するが、気化器、熱交換装置、改質器、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器などを備えている。
気化器は、脱硫器１３０に接続され、脱硫処理された液体燃料１１１が流入される。また、気化器には、熱交換装置が接続されている。そして、気化器は、熱交換装置から供給される水蒸気を脱硫器１３０から流出する液体燃料１１１と混合させて気化させ、液体燃料１１１と水蒸気との混合ガスである原料ガスとしての気化液体燃料を生成する。
熱交換装置には、純水１８１を貯溜する純水タンク１８０が搬送ポンプ１８２を有した給水経路１８３を介して接続され、純水タンク１８０から純水１８１が供給される。そして、熱交換装置は、供給される純水１８１により改質器から排気される排ガスを冷却させるとともに水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器へ供給させる。なお、純水タンク１８０は、蒸留水などの不純物を含まない純水１８１を貯溜し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
なお、気化器および熱交換装置は、詳細は後述するが、改質器と一体構成、すなわち改質ユニット３００として一体のユニット状に組み込まれた構成を例示するが、別構成としてもよい。
【００２４】
改質器は、脱硫され水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。この改質器は、内部に図示しないＲｕ系触媒やニッケル触媒などの改質触媒およびバーナとしてのバーナユニット１５１を備えている。なお、加熱装置としては、バーナユニット１５１に限らず、例えば電気ヒータなど、各種加熱装置を利用することも可能である。
バーナユニット１５１は、分岐する燃料搬送経路１２０を介して液体燃料貯溜タンク１１０から液体燃料１１１が供給されるとともに、後述する燃料電池２００から排出される燃料ガスが供給される。そして、バーナユニット１５１は、送気ブロワ１７０から供給される空気により、液体燃料１１１および燃料ガスを燃焼させ、この燃焼による熱にて気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。
このバーナユニット１５１の燃焼による高温の排ガスは、熱交換装置に供給され、水との熱交換により冷やされて外気中に排気される。
【００２５】
また、改質ユニット３００の改質器には、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器が直列状に接続されている。
ＣＯ変成器は、ＣＯ変成触媒が充填され、改質器から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を変成する。
ＣＯ選択酸化器は、ＣＯ選択酸化触媒が充填され、ＣＯ変成器で変成されずに残ったＣＯを二酸化炭素（ＣＯ2）に酸化させ、燃料ガス中のＣＯを除去する。
なお、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器は、詳細は後述するが、改質器と一体構成、すなわち、改質器と改質ユニット３００として一体のユニット構成を例示するが、いずれか一方のみが一体に組み付けられた構成とするなどしてもよい。また、これらＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器の他、ＣＯを吸着除去するなどの装置を別途設けたり、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器に代えてＣＯを吸着除去する装置を設けたりするなどしてもよい。
【００２６】
そして、ＣＯ選択酸化器には、燃料電池２００が配管などにより接続されている。
燃料電池２００は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池２００は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極２０１と、負極２０２と、正極２０１および負極２０２間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極２０１側には、例えば図示しない加湿器などにより適宜加湿された空気が供給され、負極２０２側には改質ユニット３００で生成された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水（純水１８１）が生成されるとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力が発生する。
なお、改質ユニット３００から供給される燃料ガスは、必要に応じて加湿器などを介して適宜加湿されて供給される構成としてもよい。また、加湿器としては、例えばシステム構成として独立設置したり、燃料電池２００に内蔵するユニット構成としたりするなど、各種形態で利用できる。
そして、負極２０２側は、上述したように改質器のバーナユニット１５１に接続され、余った水素をバーナユニット１５１の燃料として供給する。また、正極２０１側には、分離器１８５が接続されている。この分離器１８５には、正極２０１側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水（純水１８１）とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器１８５には、純水タンク１８０が接続され、分離した水（純水１８１）を純水タンク１８０へ供給する。
【００２７】
また、燃料電池２００には、冷却装置１８７が設けられている。この冷却装置１８７は、燃料電池２００に付設された熱回収部１８７Ａが設けられている。この熱回収部１８７Ａには、ポンプ１８７Ｂおよび熱交換器１８７Ｃを備えた循環経路１８７Ｄを介して純水タンク１８０が接続されている。
この循環経路１８７Ｄは、ポンプ１８７Ｂの駆動により、熱回収部１８７Ａと純水タンク１８０との間で純水１８１を循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池２００を冷却させるとともに熱を回収する。
熱交換器１８７Ｃは、循環され熱回収部１８７Ａで熱を回収した純水１８１と、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
なお、熱交換器１８７Ｃは、水道水が直接流入されて熱交換する構成のみならず、例えば、燃料電池２００の正極２０１から分離器１８５へ流通する空気と図示しない熱交換装置で熱交換した水道水を純水１８１と熱交換させる構成とするなどしてもよい。
【００２８】
そして、燃料電池システム１００は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料１１１の流量制御、脱硫器１３０の加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器のバーナユニット１５１の燃焼制御、熱交換装置１６０で水蒸気を生成させるための純水１８１の供給量制御や温度管理、発電量の管理などを実施する。
【００２９】
（改質ユニット）
次に、上述した燃料電池システム１００における改質ユニット３００の構成を詳細に説明する。
図２は、改質ユニットの概略構成を示す側面断面図である。図３は、改質ユニットの改質部の改質外装ケース内の概略構成を示す側面断面図である。図４は、改質部を示す底面図である。図５は、改質部の燃焼室部の概略構成を示す側面断面図である。図６は、整流管を示す側面断面図である。図７は、外側筒状体に取り付けられた保持リング部を示す平面図である。図８は、熱交換装置を示す側面図である。図９は、配管外装ケースを示す側面断面図である。図１０は、配管外装ケースを示す平面断面図である。図１１は、ユニット本体部の配管部における配管状態を示す一部を切り欠いた平面図である。図１２は、ＣＯ除去外装ケースを示す側面断面図である。図１３は、ＣＯ変成器を示す側面図である。図１４は、ＣＯ変成器を示す一部を切り欠いた正面図である。図１５は、ＣＯ変成器を示す平面図である。図１６は、ＣＯ選択酸化器を示す側面図である。図１７は、ＣＯ選択酸化器を示す一部を切り欠いた正面図である。図１８は、ＣＯ選択酸化器を示す平面図である。図１９は、ＣＯ選択酸化器の区画板を示す平面図である。なお、図２ないし図４および図１１は、説明の都合上、一部の配管を省略して示す。また、図１１は、説明の都合上、改質外装ケースの支持台座部から鉛直方向における下方側を示す。
【００３０】
改質ユニット３００は、上述したように、気化器、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ選択酸化器、および熱交換装置を備えた一体構成である。
この改質ユニット３００は、図２に示すように、ユニット本体部４００と、このユニット本体部４００を覆う断熱部５００と、を備えている。また、ユニット本体部４００は、改質部６００と、配管部７００と、ＣＯ除去部８００と、にて構成されている。そして、ユニット本体部４００は、燃料電池システム１００を収容する図示しないケース体の底部に載置固定されるＣＯ除去部８００に対して、鉛直方向における上方に配管部７００を介して改質部６００が一体的に連結されて構成される。
【００３１】
改質部６００は、ケース体を構成する改質外装ケース６１０を備えている。この改質外装ケース６１０は、上面を開口する下部ケース６１１と、この下部ケース６１１の上面を覆って一体に取り付けられる上部ケース６１２と、下部ケース６１１の下面を略覆って一体に取り付けられる支持台座部６１３と、を備えている。
下部ケース６１１は、例えば鋼板などにて略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。そして、下部ケース６１１の軸方向における一端となる上端には、内方に向けて鍔状に一連に突出する上部連結フランジ６１１Ａが設けられている。この上部連結フランジ６１１Ａは、外周縁が略円筒状に折曲されて例えば溶接により接合される形状に形成されている。すなわち、いわゆるフランジアップした形状としている。また、下部ケース６１１の軸方向における他端となる下端には、図示しないねじが貫通されて支持台座部６１３が一体的に取り付けられる下部ねじ孔６１１Ｂが設けられている。
上部ケース６１２は、例えば鋼板などにて、下部ケース６１１の径寸法より径小の略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。そして、上部ケース６１２の軸方向における一端となる上端には、内方に向けて鍔状に一連に突出する天板フランジ６１２Ａが設けられている。この天板フランジ６１２Ａの内周縁には、円筒状のバーナ連結部６１２Ｂが溶接などにより一体に設けられている。さらに、バーナ連結部６１２Ｂの軸方向における一端となる上端には、外方に向けて鍔状に一連に突出するバーナ連結フランジ６１２Ｃが設けられている。このバーナ連結フランジ６１２Ｃには、例えば取付ボルト６１２Ｄが挿通されるボルト挿通孔６１２Ｅが開口形成されている。そして、上部ケース６１２の軸方向における他端となる下端外周面が、下部ケース６１１の上部連結フランジ６１１Ａの略円筒状に折曲された内周縁に溶接などにより、段差状に一体に連結されている。すなわち、下部ケース６１１の上部連結フランジ６１１Ａと上部ケース６１２との接合部分、さらには上部ケース６１２の天板フランジ６１２Ａの接合部分も、いわゆるフランジアップした形状としている。
支持台座部６１３は、図２および図３に示すように、下部ケース６１１の軸方向における下端を略閉塞する状態に、例えば鋼板などにて略有底円筒状に形成されている。この支持台座部６１３は、外形寸法が下部ケース６１１の内径寸法と略同寸法の円筒状に形成された底接合部６１３Ａを有している。この底接合部６１３Ａの軸方向における一端となる下端には、内方に向けて鍔状に突出する仕切底部６１３Ｂが一連に設けられている。そして、底接合部６１３Ａには、下部ケース６１１の下部ねじ孔６１１Ｂに対応してねじ止めされる取付雌ねじ部６１３Ｃが設けられている。この底接合部６１３Ａと下部ケース６１１とのねじ止め部分は、例えば耐熱コーキング材などにてシールすることが好ましい。そして、支持台座部６１３は、下部ケース６１１の軸方向の他端に、軸方向の一部が下部ケース６１１の他端から突出する状態にねじ止めされて一体的に連結される。また、支持台座部６１３の仕切底部６１３Ｂには、略円形の熱交換孔６１３Ｄが開口形成されている。さらに、支持台座部６１３には、図４に示すように、仕切底部６１３Ｂに複数、例えば３箇所の支柱取付ねじ孔６１３Ｅが設けられている。
【００３２】
そして、改質外装ケース６１０内には、図２および図３に示すように、改質器６２０と、水蒸気生成手段としての熱交換装置６４０と、が配設されている。
改質器６２０は、燃焼室部６２１と、バーナユニット１５１と、改質容器６２２と、を備えている。
【００３３】
燃焼室部６２１は、図２および図５に示すように、例えば鋼板などにて、上部ケース６１２のバーナ連結部６１２Ｂより若干径小の円筒状に形成された燃焼筒部６２１Ａを有している。この燃焼筒部６２１Ａには、軸方向の一端となる上端側の所定の位置に、内方に向けて膨出する状態に位置決めダボ６２１Ｂが設けられている。また、燃焼筒部６２１Ａの軸方向の一端となる上端には、バーナ連結フランジ６１２Ｃと同様に、外方に向けて鍔状に一連に突出する支持フランジ６２１Ｃが設けられている。この支持フランジ６２１Ｃには、バーナ連結フランジ６１２Ｃと同様に、取付ボルト６１２Ｄが挿通されるボルト挿通孔６１２Ｅが開口形成されている。
また、燃焼室部６２１には、火炎整流部６２１Ｆが一体的に配設されている。この火炎整流部６２１Ｆは、外径が燃焼筒部６２１Ａの内径と略同寸法で、燃焼筒部６２１Ａの上端側に位置して溶接などにより一体的に取り付けられる取付円筒部６２１Ｆ１を有している。また、取付円筒部６２１Ｆ１の軸方向における一端となる下端には、先端側にしたがって次第に径小となる漏斗状の整流筒部６２１Ｆ２が一連に設けられている。そして、火炎整流部６２１Ｆは、燃焼筒部６２１Ａの位置決めダボ６２１Ｂにて位置決めされ、取付円筒部６２１Ｆ１が溶接などにより燃焼筒部６２１Ａの内周側の所定の位置に一体的に取り付けられている。
【００３４】
バーナユニット１５１は、例えば、図２に示すように、鋳造形成されたバーナ本体部６５１と、燃料である液体燃料１１１および燃料電池２００の負極２０２から排出される燃料ガスであるオフガスを燃焼させて火炎を生成する複数の図示しない燃焼口を有するバーナ部６５２と、を有している。
バーナ本体部６５１には、送気ブロワ１７０から供給される空気が一次空気として導入される第一空気導入部６５１Ａと、供給される空気が二次空気として導入される図示しない第二空気導入部と、オフガスを導入して燃焼させるオフガス導入部６５１Ｂと、などが設けられている。また、第一空気導入部６５１Ａには液体燃料１１１が供給される液体燃料供給管６５１Ｃが接続され、供給される液体燃料１１１は一次空気と混合されてバーナ本体部６５１に供給されて十分に気化され、燃焼される。この液体燃料供給管６５１Ｃの接続構造として、略Ｌ字状に屈曲形成した第一空気導入部６５１Ａの屈曲部分に液体燃料供給管６５１Ｃを接続することが好ましい。さらに、バーナ本体部６５１には、液体燃料１１１を蒸発気化させるための予熱用電気ヒータ６５１Ｄと、図示しない点火電極とが配設されている。なお、予熱用電気ヒータ６５１Ｄは、起動時のみ使用され、一度燃焼が開始されると液体燃料１１１を蒸発気化させるための熱は周囲から得られるため、予熱用電気ヒータ６５１Ｄへの通電はオフされる。
そして、バーナユニット１５１は、バーナ本体部６５１に鍔状に設けられた取付フランジ６５１Ｅが、重なり合う上部ケース６１２のバーナ連結フランジ６１２Ｃおよび燃焼室部６２１の支持フランジ６２１Ｃにさらに重なる状態に支持されて、取付ボルト６１２Ｄが螺着される。この状態で、改質外装ケース６１０の上部ケース６１２の上端部が閉塞されて、一体的にバーナユニット１５１が配設される。
なお、バーナユニット１５１の取付状態は、バーナ部６５２の下端部が、燃焼室部６２１の火炎整流部６２１Ｆの整流筒部６２１Ｆ２内に略位置するとともに、改質容器６２２の上端部に略対応する位置となっている。
【００３５】
改質容器６２２は、図２および図３に示すように、径寸法が異なり中心軸が略一致する内側筒状体６２２Ａおよび外側筒状体６２２Ｂを有し、これら内側筒状体６２２Ａおよび外側筒状体６２２Ｂ間に略環状空間の改質室６２２Ｃを区画形成する略環状筒形状に形成され、上部ケース６１２内に位置する状態で配設されている。
また、改質容器６２２には、内側筒状体６２２Ａおよび外側筒状体６２２Ｂの軸方向の一端側となる上端側に、略リング状に形成されて改質室６２２Ｃを区画する改質容器上閉塞板６２２Ｄが設けられている。さらに、改質容器６２２には、外側筒状体６２２Ｂの軸方向の他端側となる下端側に、周縁が外側筒状体６２２Ｂの下端部を嵌合して閉塞する略円板状の改質容器下閉塞板６２２Ｅが設けられている。
また、改質容器下閉塞板６２２Ｅには、周縁が内側筒状体６２２Ａの下端部を嵌合し、改質容器下閉塞板６２２Ｅとにより内側筒状体６２２Ａの下端部を閉塞する改質容器仕切板６２２Ｆが同心状に積層して一体的に設けられている。
そして、改質容器６２２の区画された改質室６２２Ｃ内には、改質触媒が充填されて改質触媒層６２２Ｇが形成されている。なお、改質触媒層６２２Ｇとして、軸方向の下端側に、アルミナ粒子が充填されて改質触媒層６２２Ｇを略均一に気化液体燃料が流通する状態に充填層を設けるなどしてもよい。
【００３６】
さらに、改質容器６２２には、内側筒状体６２２Ａの下端部の内周側を閉塞して取り付けられ、改質容器６２２の内周側に燃焼室部６２１を内包する加熱室６２２Ｈを区画する加熱室区画板６２２Ｉが設けられている。この加熱室区画板６２２Ｉには、一面側となる上面側の略中央には、先端部の外周面に雄ねじ６２２Ｊ１が設けられた連結ねじ部６２２Ｊが一体的に突設されている。
また、加熱室区画板６２２Ｉの上面側には、図２に示すように、連結ねじ部を嵌挿する状態に扁平リング状に形成された耐火断熱材６２２Ｋが配設されている。なお、耐火断熱材６２２Ｋは、連結ねじ部６２２Ｊの雄ねじ６２２Ｊ１が突出する状態に配設、すなわち加熱室区画板６２２Ｉより下面側の温度が所定温度、例えば５００℃程度を超えない温度にするための耐火断熱材６２２Ｋが配設された状態でも、連結ねじ部６２２Ｊの雄ねじ６２２Ｊ１が突出する状態に連結ねじ部６２２Ｊが形成されている。
さらに、連結ねじ部６２２Ｊには、整流管６２２Ｌが連結されている。整流管６２２Ｌは、図２および図６に示すように、軸方向の一端が閉塞板６２２Ｌ１にて略閉塞された略有底円筒状に形成されている。この整流管６２２Ｌは、軸方向が改質触媒層６２２Ｇに略対応する長さ寸法で、外径が燃焼室部６２１の燃焼筒部６２１Ａの内径より径小で、外周面が燃焼筒部６２１Ａの内周面に所定の間隙を介して対向する状態に形成されている。そして、整流管６２２Ｌの閉塞板６２２Ｌ１の略中央には、連結ねじ部６２２Ｊの雄ねじ６２２Ｊ１が嵌挿されて図示しないナットが螺着される雄ねじ嵌挿孔６２２Ｌ２が設けられている。さらに、整流管６２２Ｌには、外周面に細長鋼材にて中心軸に対して螺旋状に配設された乱流部６２２Ｌ３が一体的に設けられている。この乱流部６２２Ｌ３は、燃焼筒部６２１Ａの内周面に当接することなく、かつ、整流管６２２Ｌの外周面と燃焼筒部６２１Ａの内周面との間を流通するバーナユニット１５１の燃焼ガスが、中心軸に対して螺旋状に流通する状態に形成されている。なお、図６は、説明の都合上、１本の細長鋼材にて形成した乱流部６２２Ｌ３を示すが、複数本に形成したり、例えば断面が波形状となるように整流管６２２Ｌの外周面から突出、あるいはリブ状に膨出する状態に設けたり、これらと細長鋼材との組み合わせなど、各種形状に形成できる。
なお、整流管６２２Ｌの閉塞板６２２Ｌ１は、バーナユニット１５１の燃焼ガスが流通不可能な板状を例示して説明するが、例えば、燃焼ガスの一部を流通可能な孔を有したもの、メッシュ状のものなど、各種形態とすることができる。すなわち、閉塞板６２２Ｌ１は、整流管６２２Ｌ内をバーナユニット１５１側から他端側へ流れようとする燃焼ガスに対して流通抵抗を付し、バーナユニット１５１からの燃焼ガスの少なくとも一部が整流管６２２Ｌの外周側と、燃焼筒部６２１Ａの内周側との間を流れるように機能する。したがって、完全に閉塞されていることが好ましいが、整流管６２２Ｌと燃焼筒部６２１Ａとの間の流通抵抗の大きさや、整流管６２２Ｌや燃焼筒部６２１Ａの加熱度合いなどに応じて、燃焼ガスの一部が閉塞板６２２Ｌ１を通過可能な孔などを設けるようにしてもよい。
そして、燃焼筒部６２１Ａおよび整流管６２２Ｌにより、バーナユニット１５１の燃焼ガスは、整流管６２２Ｌ内から整流管６２２Ｌの外周面および燃焼筒部６２１Ａの内周面間を流過する。さらに、燃焼ガスは、燃焼筒部６２１Ａの外周面と改質容器６２２の内側筒状体６２２Ａの内周面との間から、改質容器６２２の外側筒状体６２２Ｂの外周面と上部ケース６１２の内周面との間を通って、下部ケース６１１の内面側と支持台座部６１３の上面側との間に流れる。
【００３７】
さらに、改質容器６２２には、図２および図３に示すように、外側筒状体６２２Ｂの軸方向の上端側に位置して、リング状の保持リング部６２２Ｍが嵌合固定されている。この保持リング部６２２Ｍは、図７に示すように、内周側に向けて舌片状に突出し嵌挿保持孔６２２Ｍ１を有する複数の保持片部６２２Ｍ２が、周方向で略等間隔に複数突設されている。
さらに、改質容器６２２には、図２、図３および図７に示すように、外側筒状体６２２Ｂの外周面に、周方向で略等間隔、例えば３箇所で、かつ軸方向で所定間隔、例えば２箇所に位置決め突起部６２２Ｎが設けられている。これら位置決め突起部６２２Ｎは、先端が上部ケース６１２の内面にそれぞれ略当接し、改質容器６２２と上部ケース６１２とを略同軸上に位置する状態に位置決めする形状に設けられている。なお、位置決め突起部６２２Ｎは、例えば鋼板を折曲して鉛直方向における平面視で略三角形を構成する形状、すなわち、鉛直方向でのバーナユニット１５１の燃焼ガスが流通可能に形成している。そしてさらに、改質容器６２２には、改質触媒層６２２Ｇの温度を検出する図示しない温度センサが配設されるセンサ保護管６２２Ｏが、軸方向で３箇所設けられている。
【００３８】
また、改質容器６２２には、流通部６２２Ｐが設けられている。この流通部６２２Ｐは、改質容器６２２に原料ガスを流入させるとともに、生成した改質ガスを流出すなわち回収するものである。この流通部６２２Ｐは、図２および図３に示すように、供給管６２２Ｑ１と、この供給管６２２Ｑ１内に略同軸上に嵌挿された戻り管６２２Ｑ２とを有し、改質容器６２２の軸方向の端部である下端に接続されて下部ケース６１１内に位置する二重管構造の複数の二重管部６２２Ｑを備えている。
供給管６２２Ｑ１は、軸方向の一端となる上端が改質容器６２２の改質容器下閉塞板６２２Ｅの外周縁近傍、すなわち改質触媒層６２２Ｇに対応する位置に周方向で略等間隔に、内周側が改質触媒層６２２Ｇに連通する状態に複数配設されている。
戻り管６２２Ｑ２は、軸方向の一端となる上端側が改質触媒層６２２Ｇを貫通して改質室６２２Ｃ内の軸方向の一端側である上端側内で改質ガスが流入可能に開口し、改質容器６２２の保持リング部６２２Ｍの嵌挿保持孔６２２Ｍ１に嵌挿固定され、軸方向の他端が供給管６２２Ｑ１から所定量で突出する状態に配設されている。
このように、二重管部６２２Ｑは、軸方向の一端が改質容器６２２の改質容器下閉塞板６２２Ｅの外周縁近傍、すなわち改質触媒層６２２Ｇに対応する位置に周方向で略等間隔に複数接続されている。なお、図７は、説明の都合上、二重管部６２２Ｑの戻り管６２２Ｑ２を１６本接続保持する構成を示すが、本発明は１６本に限られるものではない。また、二重管部６２２Ｑとしては、３本以上３２本以下で設けることが好ましい。
二重管部６２２Ｑが２本以下では、熱交換率が大幅に低下するとともに、流入する原料ガスが偏流し改質触媒との良好な接触効率が得られなくなり、効率よく良好に改質ガスを生成できなくなるおそれがある。一方、二重管部６２２Ｑが３３本以上では、特に家庭用に用いる小型の改質ユニット３００として構造が複雑となり、製造性が低下するおそれがある。このことにより、二重管部６２２Ｑは、３本以上３２本以下が好ましい。
【００３９】
また、二重管部６２２Ｑの供給管６２２Ｑ１における軸方向の他端となる下端には、図２および図３に示すように、略円板状の流通円板部６２２Ｒ１が設けられている。すなわち、流通円板部６２２Ｒ１の外周縁近傍に、周方向で略等間隔となる状態に、複数の供給管６２２Ｑ１が接続されている。
さらに、二重管部６２２Ｑの戻り管６２２Ｑ２における軸方向の他端となる下端には、略円板状の流通仕切部６２２Ｒ２が設けられている。この流通仕切部６２２Ｒ２は、周縁が流通円板部６２２Ｒ１の外周を略気密に嵌合する略円筒状に形成され、略中央が周縁と反対側に略円筒状に形成されている。また、流通仕切部６２２Ｒ２には、略中央を閉塞する仕切閉塞板６２２Ｒ３が一体的に設けられている。
そして、これら流通円板部６２２Ｒ１、流通仕切部６２２Ｒ２および仕切閉塞板６２２Ｒ３により、戻り管６２２Ｑ２の外周面と供給管６２２Ｑ１の内周面との間を介して改質触媒層６２２Ｇに連通する略柱状空間を区画形成する原料ガス供給部６２２Ｒが設けられる。
【００４０】
さらに、仕切閉塞板６２２Ｒ３には、略中央近傍に位置して、原料ガス供給部６２２Ｒの内部空間に連通し、原料ガス供給部６２２Ｒへ気化液体燃料ガスを供給する原料ガス供給管６２２Ｓが接続されている。
原料ガス供給管６２２Ｓは、図２ないし図４に示すように、気化器６３０を有している。この気化器６３０は、脱硫器１３０で脱硫された液体燃料１１１が供給される脱硫燃料供給管７４０（図１１参照）が接続される液体燃料接続部６３１と、詳細は後述するＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０（図２および図１１参照）の冷却により生成された水蒸気が供給される図示しない第一水蒸気供給管が接続される第一水蒸気接続部６３２Ａ、および、熱交換装置６４０で生成された水蒸気が供給される図示しない第二水蒸気供給管が接続される第二水蒸気接続部６３２Ｂを有した水蒸気接続部６３２と、を有した略Ｔ管状に形成されている。すなわち、気化器６３０は、供給される液体燃料１１１と水蒸気とを合流させて混合させ、気化液体燃料を生成させる。
また、
さらに、原料ガス供給管６２２Ｓには、原料ガス供給部６２２Ｒとの接続位置となる一端と気化器６３０との間に位置して、原料戻し管７３０（図１１参照）が接続される原料戻し部６２２Ｓ２が設けられている。この原料戻し部６２２Ｓ２は、原料戻し管７３０における改質ユニット３００外に延設された位置に設けられた図示しない安全弁の動作により、戻される気化液体燃料や改質ガス、あるいは生成された気化液体燃料を、原料戻し管７３０を介して改質ユニット３００外へ流出させる。すなわち、安全弁は、通常時は、気化液体燃料を、原料ガス供給管６２２Ｓを介して原料ガス供給部６２２Ｒへ供給し、例えば改質触媒層６２２Ｇの閉塞などにより原料ガス供給部６２２Ｒ内の内圧が所定値以上に達すると、原料ガス供給部６２２Ｒ内の気化液体燃料ガスや改質ガスなどの気相成分などを原料ガス供給管６２２Ｓから原料戻し管７３０を経て改質ユニット３００外へ流出させる動作をする。
なお、原料戻し管７３０として流出させるものとしては、気相成分のみならず、例えば起動当初などで十分に加熱されずに水蒸気とならなかった純水１８１である液相分の凝縮水など、液相分も流出可能な構成となっている。また、流出される気化液体燃料など、改質ユニット３００外へ気相成分の流出により気相成分から凝縮した成分は、別途設けられた受け部などに回収するとよい。そして、この受け部には、回収して凝縮した脱硫燃料である液体燃料１１１や水などが目視可能な窓を設けたり、センサなどにて回収した旨を検出可能としたりして、安全弁が機能したことを検出できるようにするとよい。なお、受け部は、気相成分の凝縮成分である液相分のみを貯溜する構成のみならず、気相成分自体をも貯留する構成としてもよい。
ここで、原料ガス供給管６２２Ｓの気化器６３０の液体燃料接続部６３１の内径Ａと、安全弁により戻される原料ガス供給管６２２Ｓから原料戻し管７３０への流路の内径Ｂとの関係は、Ｂ／Ａ＝１〜１５に設定することが好ましい。ここで、Ｂ／Ａ＜１の関係となると、原料ガス供給部６２２Ｒ内の圧力が良好に下がらなくなるおそれがある。一方、Ｂ／Ａ＞１５の関係としても気化液体燃料などの流出抵抗の低減が望めず、装置が大型化する不都合が生じるおそれがある。このため、Ｂ／Ａ＝１〜１５に設定することが好ましい。また、液体燃料接続部６３１の断面積Ｃと、原料ガス供給管６２２Ｓから原料戻し管７３０への流路の断面積Ｄとの関係は、Ｄ／Ｃ＝１〜２２０に設定することが好ましい。この断面積の関係についても同様に、気化液体燃料などの流出抵抗と、装置の大型化の観点とから、Ｄ／Ｃ＝１〜２２０に設定されることが好ましい。なお、本実施例における家庭用の燃料電池システム１００においては、Ｂ／Ａ＝２．０、Ｄ／Ｃ＝４．０に設定している。
【００４１】
さらに、原料ガス供給部６２２Ｒを構成する流通仕切部６２２Ｒ２には、図２および図３に示すように、周縁が流通仕切部６２２Ｒ２の外周を嵌合する略円筒状に形成され、略中央に流通仕切部６２２Ｒ２の略円筒状に形成された内周縁を嵌合する略円筒状に形成された仕切筒状部６２２Ｔ１が設けられている。この仕切筒状部６２２Ｔ１は、改質外装ケース６１０の支持台座部６１３の仕切底部６１３Ｂに積層されて仕切底部６１３Ｂの内周縁を閉塞する状態に、支持台座部６１３に一体的に溶接などにより取り付けられる。
そして、仕切筒状部６２２Ｔ１と、流通仕切部６２２Ｒ２とにより、戻り管６２２Ｑ２に連通する略環状空間を区画形成し、改質触媒層６２２Ｇで改質されて生成され戻り管６２２Ｑ２を流通する改質ガスが流入される改質ガス流出部６２２Ｔが設けられる。
また、仕切筒状部６２２Ｔ１には、支持台座部６１３の仕切底部６１３Ｂの内周縁より中心側に位置して、改質ガス流出部６２２Ｔを仕切筒状部６２２Ｔ１の外部へ連通させる改質ガス排出管部６２２Ｔ２が設けられている。
【００４２】
熱交換装置６４０は、二重管構造に構成されている。この熱交換装置６４０は、図２、図３および図８に示すように、純水１８１が流通される改質水内管６４１と、この改質水内管６４１を嵌挿する排気風路外管６４２と、を備えている。
排気風路外管６４２は、軸方向の一端が開放され、軸方向の他端が支持台座部６１３の熱交換孔６１３Ｄに溶接などにより嵌合固定され、下部ケース６１１の内径より径小の所定の曲率半径で螺旋状に形成されている。すなわち、排気風路外管６４２は、支持台座部６１３の上面側および下面側を連通する状態に配設され、改質器６２０の加熱室６２２Ｈを流通するバーナユニット１５１にて燃焼された燃焼ガスが、支持台座部６１３の上面側から排気風路外管６４２内を介して支持台座部６１３の下面側に流通する状態となっている。そして、排気風路外管６４２は、図２および図３に示すように、例えば鋼板にて略鼓状に形成されたスペーサ６４２Ａが外在されて所定の間隔で螺旋形状が維持されている。
改質水内管６４１は、軸方向の一端側が排気風路外管６４２の開放する一端から延出するとともに、軸方向の他端側が支持台座部６１３に接続する排気風路外管６４２の他端から延出して、排気風路外管６４２内に嵌挿されて配設されている。なお、詳細は後述するが、純水１８１と燃焼ガスとの熱交換効率の点で、改質水内管６４１は略同軸上に排気風路外管６４２内に嵌挿されて配設することが好ましいが、同軸上に位置させるための配管やスペーサなどの別部材を設けるなどの点で、単に嵌挿して配設する構成でよい。そして、改質水内管６４１は、詳細は後述するが、熱交換により発生する水蒸気の流出側に相当する端部となる軸方向の一端側が、支持台座部６１３を貫通して支持台座部６１３の下面側に延出する状態に配設されている。なお、改質水内管６４１の支持台座部６１３の貫通部分、すなわち改質水内管６４１に接続される図示しない蒸気接続管の支持台座部６１３の貫通部分は、略気密に溶接やロウ付けなどによりシールされる。また、改質水内管６４１における支持台座部６１３の下面側に延出する軸方向の他端側には、改質水としての純水１８１が供給される改質水供給管７２０（図１１参照）が接続され、改質水内管６４１内に純水１８１が流通される。さらに、改質水内管６４１の支持台座部６１３の下面側に延出する先端部には、改質器６２０に設けられた原料ガス供給管６２２Ｓの気化器６３０における第二水蒸気接続部６３２Ｂに接続される図示しない第二水蒸気供給管が接続されている。すなわち、改質水内管６４１は、排気風路外管６４２内を流通するバーナユニット１５１による燃焼ガスの流通により、純水１８１が熱交換されて水蒸気を生成し、この生成した水蒸気を気化器６３０へ第二水蒸気供給管を介して供給する。
【００４３】
改質ユニット３００の配管部７００は、図２ないし図４に示すように、ケース体と構成する配管外装ケース７１０を備えている。この配管外装ケース７１０は、配管覆い部７１１と、連結筒部７１２と、を備えている。
配管覆い部７１１は、図２ないし図４、図９および図１０に示すように、改質外装ケース６１０の下部ケース６１１と略同径の円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。この配管覆い部７１１は、軸方向の一端である上端側が、改質部６００の支持台座部６１３の底接合部６１３Ａを嵌合して溶接やロウ付けなどにより一体的に連結される。そして、配管覆い部７１１には、図１１に示すように、改質水供給管７２０、原料戻し管７３０、脱硫燃料供給管７４０、空気供給管７５０、燃料ガス流出管７６０および冷却水管７７０がそれぞれ嵌挿される配管孔７１１Ａ，７１１Ｂ，７１１Ｃ，７１１Ｄ，７１１Ｅ，７１１Ｆが穿設されている。また、配管覆い部７１１には、内包に膨出する位置決めダボ７１１Ｇが周方向で複数、例えば４箇所設けられている。
連結筒部７１２は、軸方向の一端側である上端側が配管覆い部７１１の軸方向の他端である下端側に嵌合可能な径寸法の略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。また、連結筒部７１２の軸方向の他端側は、若干縮径する状態に形成されている。そして、連結筒部７１２には、軸方向の上端縁に配管覆い部７１１の位置決めダボ７１１Ｇが係合して位置決めされる凹状に切欠形成された係合凹部７１２Ａが位置決めダボ７１１Ｇに対応して複数、例えば４箇所設けられている。そして、連結筒部７１２は、軸方向の上端側が配管覆い部７１１に嵌合して位置決めダボ７１１Ｇに係合凹部７１２Ａが係合し位置決めされて溶接などにより、配管覆い部７１１から軸方向の他端側が露出する状態に連結される。さらに、連結筒部７１２には、配管覆い部７１１から露出する軸方向の他端側となる下端部には、連結取付部材としての図示しない例えばねじ部材が螺着される連結雌ねじ孔７１２Ｂが複数設けられている。
【００４４】
ＣＯ除去部８００は、図２に示すように、ケース体を構成するＣＯ除去外装ケース８１０と、このＣＯ除去外装ケース内に配設されるＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０と、を備えている。
ＣＯ除去外装ケース８１０は、図２および図１２に示すように、改質外装ケース６１０の下部ケース６１１および配管外装ケース７１０の配管覆い部７１１と略同径の略円筒状の下部胴体部８１１を有している。この下部胴体部８１１は、例えば鋼板などにて略円筒状に形成、より具体的には管材である鋼板の板巻き管を用いて形成されている。このＣＯ除去外装ケース８１０と、上述した改質外装ケース６１０および配管外装ケース７１０とにより、ユニット本体部４００の外装ケースが構成される。
下部胴体部８１１の軸方向の一端側となる上端側には、配管外装ケース７１０の連結筒部７１２の連結雌ねじ孔７１２Ｂに対応してねじ止めされる連結ねじ孔８１１Ａが設けられている。この下部胴体部８１１と、連結筒部７１２とのねじ止め部分は、例えば耐熱コーキング材などにてシールすることが好ましい。さらに、下部胴体部８１１の軸方向の他端側となる下端側には、ねじ貫通孔８１１Ｂが複数設けられている。また、下部胴体部８１１の軸方向の下端側には、内部を外部に連通させる排ガス口８１１Ｃが開口形成されている。
また、下部胴体部８１１の下端側には、外周面から外方へ鍔状に突出し断熱部５００を載置支持する断熱材支持部８１２が設けられている。この断熱材支持部８１２は、内径が下部胴体部８１１の外径と略同寸法の取付筒状部８１２Ａと、この取付筒状部８１２Ａの軸方向の一端となる上端に外方に向けてフランジ状に突出するフランジ部８１２Ｂと、このフランジ部８１２Ｂの外周縁に取付筒状部８１２Ａに対して反対側に円筒状で取付筒状部８１２Ａと略同軸上に形成された円筒保持部８１２Ｃとを有している。そして、断熱材支持部８１２は、図２に示すように、下部胴体部８１１のねじ貫通孔８１１Ｂに対応して取付筒状部８１２Ａに設けられたねじ嵌挿孔８１２Ａ１に図示しないねじが嵌挿されて下部胴体部８１１に一体的に取り付けられている。この取り付けられた状態では、断熱材支持部８１２のフランジ部８１２Ｂが下部胴体部８１１の排ガス口８１１Ｃの開口縁に略一致する状態となっている。また、断熱材支持部８１２の円筒保持部８１２Ｃには、図１２に示すように、下部胴体部８１１の排ガス口８１１Ｃに軸方向の一端が例えば溶接やロウ付けなどにより取り付けられ下部胴体部８１１内の排ガスを排ガス口８１１Ｃから改質ユニット３００外へ排気させる排ガス管８４０が係合可能に切欠形成された切欠部８１２Ｃ１が設けられている。
また、下部胴体部８１１の軸方向の他端側となる下端側には、図２に示すように、例えば鋼板などにて略円板状に形成された底板部８１３が設けられている。この底板部８１３は、略円板状の底板８１３Ａと、この底板８１３Ａの周縁から外径が下部胴体部８１１の内径と略同寸法の円筒状に一連に形成された底板連結部８１３Ｂとを有している。そして、底板部８１３の底板連結部８１３Ｂには、下部胴体部８１１のねじ貫通孔８１１Ｂに対応しねじ貫通孔８１１Ｂに貫通されるねじが螺着される取付雌ねじ孔８１３Ｂ１が設けられ、底板部８１３は下部胴体部８１１の下端側を閉塞する状態に取り付けられる。さらに、底板部８１３の底板８１３Ａには、詳細は後述するＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３がそれぞれ貫通される２対のヒータ貫通孔８１３Ａ１と、温度センサが配設されるＣＯ変成用センサ保護管８２５および選択酸化用センサ保護管８３５がそれぞれ貫通される２つの図示しないセンサ用貫通孔とが設けられている。
さらに、底板部８１３の底板８１３Ａの上面には、図２に示すように、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を位置決め載置保持する位置決め保持台座部８１４が設けられている。この位置決め保持台座部８１４には、上端縁にＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０がそれぞれ係合される２対の切欠凹部８１４Ａが設けられている。
さらに、底板部８１３の底板８１３Ａには、改質外装ケース６１０の支持台座部６１３の支柱取付ねじ孔に対応して図示しない支柱ねじ孔が設けられている。そして、底板部８１３と改質外装ケース６１０の支持台座部６１３との間には、図２および図１１に示すように、長手方向の両端部がそれぞれ支柱ねじ孔および支持台座部６１３の支柱取付ねじ孔６１３Ｅにねじ止めされ、底板部８１３と支持台座部６１３とを連結する複数、例えば３つの支柱部８１５が取り付けられている。
【００４５】
ＣＯ変成器８２０は、図２および図１３ないし図１５に示すように、中空の略矩形状に形成されたＣＯ変成容器８２１を有している。
ＣＯ変成容器８２１は、図１３ないし図１５に示すように、一面が開口する略箱状のＣＯ変成容器本体部８２１Ａと、このＣＯ変成容器本体部８２１Ａの一面を閉塞して例えば溶接やロウ付けなどにより取り付けられるＣＯ変成容器蓋部８２１Ｂとを有している。ＣＯ変成容器本体部８２１Ａには、改質容器６２２の流通部６２２Ｐの改質ガス排出管部６２２Ｔ２に連結され、改質ガス排出管部６２２Ｔ２から供給される改質ガスをＣＯ変成容器８２１内へ供給する改質ガス流入管８２１Ａ１が、一側面の略中央に設けられている。ＣＯ変成容器蓋部８２１Ｂには、ＣＯ変成容器本体部８２１Ａの改質ガス流入管８２１Ａ１が設けられる側に対して反対側となる下縁近傍の略中央に、内部に流入された改質ガスを排出する改質ガス流出口８２１Ｂ１が開口形成されている。さらに、ＣＯ変成容器蓋部８２１Ｂの略中央には、補強用板金８２１Ｂ２が設けられている。なお、補強用板金８２１Ｂ２を設ける構成に限らず、例えば、ＣＯ変成容器本体部８２１Ａと接合させる周縁以外の部分を波形状などの凹凸状に形成するなど、各種補強の構成を適用できる。
そして、ＣＯ変成容器８２１内には、ＣＯ変成触媒が充填されてＣＯ変成触媒層８２２が設けられている。
また、ＣＯ変成容器８２１内には、ＣＯ変成触媒層８２２を加熱するシーズヒータなどのＣＯ変成用電気ヒータ８２３が配設されている。このＣＯ変成用電気ヒータ８２３は、ＣＯ変成容器本体部８２１Ａの改質ガス流入管８２１Ａ１が設けられる一側面に対して反対側の他側面に位置し、ＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３のヒータ貫通孔８１３Ａ１に対応して設けられた対をなすヒータ嵌挿孔８２１Ａ２に、気密に貫通する状態に略Ｕ字状に配設されている。また、ＣＯ変成用電気ヒータ８２３は、屈曲された頂部が、ＣＯ変成容器８２１内に取り付けられ例えば鋼板にて断面略コ字状に折曲形成された冷却管取付板８２１Ｃに切り起こし形成されたヒータ取付片部８２１Ｃ１に保持されている。このＣＯ変成用電気ヒータ８２３は、漏電などによる不都合を防止するために、ＣＯ変成容器本体部８２１Ａに気密に溶接やロウ付けなどが施されるとともに、ＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３に溶接やロウ付けなどが施されることが好ましい。
さらに、ＣＯ変成容器８２１内には、螺旋状に形成された水蒸気生成手段としても機能するＣＯ変成冷却管８２４が、冷却管取付板８２１Ｃにより保持されて配設されている。このＣＯ変成冷却管８２４は、軸方向の一端が、ＣＯ変成容器本体部８２１Ａの改質ガス流入管８２１Ａ１が設けられた一側面から、改質容器６２２の原料ガス供給管６２２Ｓの第一水蒸気接続部６３２Ａに接続される図示しない第一水蒸気供給管と連結可能に気密に延設されている。また、ＣＯ変成冷却管８２４の軸方向の他端は、ＣＯ変成容器蓋部８２１ＢにおけるＣＯ変成容器本体部８２１Ａの改質ガス流入管８２１Ａ１が設けられる側に対して反対側となる下縁近傍を気密に貫通して延設されている。
また、ＣＯ変成容器８２１には、ＣＯ変成容器本体部８２１Ａの改質ガス流入管８２１Ａ１が設けられる一側面に対して反対側の他側面に、ＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３の図示しないセンサ用貫通孔に対応して設けられた図示しないセンサ用嵌挿孔に気密に嵌挿され、図示しない温度センサが配設されるＣＯ変成用センサ保護管８２５が設けられている。
さらに、ＣＯ変成容器８２１には、ＣＯ変成容器蓋部８２１Ｂの改質ガス流出口８２１Ｂ１に、ＣＯ変成容器８２１内の改質ガスを流出する空気導入部８２６が接続されている。この空気導入部８２６は、空気供給管７５０が接続され、改質ガス流出口８２１Ｂ１から流出されて流通する改質ガスに空気供給管７５０からの空気を混合する略Ｔ管状に形成されている。
【００４６】
ＣＯ選択酸化器８３０は、図２および図１６ないし図１８に示すように、中空の略矩形状に形成されたＣＯ選択酸化容器８３１を有している。
ＣＯ選択酸化容器８３１は、図１６ないし図１８に示すように、一面が開口する略箱状のＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａと、このＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａの一面を閉塞して例えば溶接などにより取り付けられるＣＯ選択酸化容器蓋部８３１Ｂとを有している。ＣＯ選択酸化容器蓋部８３１Ｂには、ＣＯ変成器８２０の改質ガス流出口８２１Ｂ１に空気導入部８２６を介して連通され、改質ガス流出口８２１Ｂ１から供給される空気が混合された改質ガスをＣＯ選択酸化容器８３１内へ供給する改質ガス導入管８３１Ｂ１が、一縁となる下縁近傍の略中央に設けられている。ＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａには、改質ガス導入管８３１Ｂ１に対して反対側となる上端面の略中央に、内部に流入されてＣＯが除去された改質ガスである燃料ガスをＣＯ選択酸化容器８３１外へ流出する燃料ガス導出管８３１Ａ１が設けられている。この燃料ガス導出管８３１Ａ１は、燃料ガス流出管７６０に連結され、この燃料ガス流出管７６０を介して改質ユニット３００外へ燃料ガスを流出する。
そして、ＣＯ選択酸化容器８３１内には、改質ガス導入管８３１Ｂ１に連通する拡散領域８３１Ｃ１と、燃料ガス導出管８３１Ａ１に連通しＣＯ選択酸化触媒が充填されてＣＯ選択酸化触媒層８３２を形成する反応領域８３１Ｃ２と、を区画形成する区画板８３１Ｄが設けられている。この区画板８３１Ｄは、図１９に示すように、拡散領域８３１Ｃ１と反応領域８３１Ｃ２とを連通する複数の連通孔８３１Ｄ１が開口形成されている。これら連通孔８３１Ｄ１は、改質ガス導入管８３１Ｂ１から流入する空気が混合されて拡散領域８３１Ｃ１に流入した改質ガスを反応領域８３１Ｃ２へ略均一に流通可能に、例えば０．３ｍｍ以上６ｍｍ以下で複数開口形成されている。なお、区画板８３１Ｄとしては、複数の連通孔８３１Ｄ１を有した構成に限らず、メッシュ状部材を用いるなどしてもよい。さらには、区画板８３１Ｄを用いずにアルミナ粒子などを拡散領域８３１Ｃ１に対応する部分に充填するなどしてもよい。
また、ＣＯ選択酸化容器８３１内には、図１６ないし図１８に示すように、ＣＯ選択酸化触媒層８３２を加熱するシーズヒータなどのＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３が配設されている。このＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３は、ＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａの燃料ガス導出管８３１Ａ１が設けられる上端面に対して反対側の下端面にＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３のヒータ貫通孔８１３Ａ１に対応して設けられたヒータ嵌挿孔８３１Ａ２を気密に貫通するとともに、図１９に示すような区画板８３１Ｄに穿設されたヒータ挿通孔８３１Ｄ２を貫通する状態に略Ｕ字状に配設されている。このＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３は、ＣＯ変成用電気ヒータ８２３と同様に、漏電などによる不都合を防止するために、ＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａに気密に溶接やロウ付けなどが施されるとともに、ＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３に溶接やロウ付けなどが施されることが好ましい。
さらに、ＣＯ選択酸化容器８３１内には、螺旋状に形成された水蒸気生成手段としても機能するＣＯ選択酸化冷却管８３４が、ＣＯ選択酸化容器８３１内にリブ状に設けられた冷却管保持板８３１Ｅにより保持されて配設されている。このＣＯ選択酸化冷却管８３４は、軸方向の一端が、ＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａの燃料ガス導出管８３１Ａ１が設けられた上端面から、冷却水管７７０と連結可能に気密に延設されている。また、ＣＯ選択酸化冷却管８３４の軸方向の他端は、ＣＯ変成器８２０のＣＯ変成冷却管８２４に連結可能に、ＣＯ選択酸化容器蓋部８３１Ｂにおける改質ガス導入管８３１Ｂ１が設けられた側となる下縁近傍を気密に貫通して延設されている。そして、冷却水管７７０から供給される冷却水である純水１８１が、ＣＯ選択酸化冷却管８３４を流通してＣＯ選択酸化触媒層８３２を適宜冷却しつつＣＯ変成冷却管８２４に流入し、さらにＣＯ変成触媒層８２２を適宜冷却しつつ熱交換により水蒸気となって、原料ガス供給管６２２Ｓの気化器６３０へ供給される。
また、ＣＯ選択酸化容器８３１には、ＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａの下端面に、ＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３の図示しないセンサ用貫通孔に対応して設けられた図示しないセンサ用嵌挿孔に気密に嵌挿されるとともに、図１９に示すような区画板８３１Ｄに穿設されたセンサ挿通孔８３１Ｄ３に嵌挿され、図示しない温度センサが配設される選択酸化用センサ保護管８３５が設けられている。
なお、ＣＯ選択酸化冷却管８３４およびＣＯ変成冷却管８２４へ供給する冷却水としての純水１８１は、熱交換装置６４０へも供給する経路となる搬送ポンプ１８２を有した給水経路１８３から給水経路１８３の一部を構成する冷却水管７７０から供給する構成を例示するが（図１参照）、熱交換装置６４０とは別経路、あるいは一部分岐させて供給する経路から供給するなどとしてもよい。さらには、液体燃料１１１と混合させる水蒸気に利用する構成とせず、例えば冷却装置１８７のように、ＣＯ変成およびＣＯ選択酸化の熱を回収する構成として水道水などの冷媒を循環させるなどしてもよい。
【００４７】
断熱部５００は、図２に示すように、下部断熱部５１０と、中間断熱部５２０と、上部断熱部５３０と、カバープレートとしてのシェル５４０と、を備えている。
断熱部５００は、図２に示すように、下部断熱部５１０と、中間断熱部５２０と、上部断熱部５３０と、シェル５４０と、を備えている。
下部断熱部５１０は、例えば断熱部材としての断熱材５１１Ｂが平面視で半円弧状に設けられて形成された対をなす下部ブロック体５１１が接合されて略円筒状に構成されている。そして、下部断熱部５１０は、内径がＣＯ除去部８００のＣＯ除去外装ケース８１０の外径と略同寸法に形成され、内周側にＣＯ除去部８００を内包して断熱可能に形成されている。また、下部断熱部５１０は、厚さ寸法がＣＯ除去外装ケース８１０の断熱材支持部８１２の円筒保持部８１２Ｃの内径と略同寸法に形成され、断熱材支持部８１２上に載置可能に形成されている。さらに、下部断熱部５１０の軸方向の一端側となる上端面には、配管部７００に配管された改質水供給管７２０、原料戻し管７３０、脱硫燃料供給管７４０、空気供給管７５０、冷却水管７７０および燃料ガス流出管７６０に対応する位置に、凹状の配管下凹部５１２が設けられている。また、下部断熱部５１０の軸方向の他端側となる下端面には、排ガス管８４０に対応する位置に、凹状の図示しない排ガス管用凹部が設けられている。なお、下部断熱部５１０は、対をなす下部ブロック体５１１にて構成する他、例えば断熱ウール材や粉粒体の断熱材などをシェル５４０とＣＯ除去外装ケース８１０などとの間に充填するなど、各種断熱材を用いて形成することができる。
中間断熱部５２０は、例えば下部断熱部５１０と同様に、断熱材５１１Ｂにて略半円弧状に形成された中間ブロック体５２１が接合されて、下部断熱部５１０と略同径の略円筒状に形成されている。そして、この中間断熱部５２０の軸方向の長さ寸法は、断熱材支持部８１２上に載置された下部断熱部５１０上に積み上げられた状態で、上端面が改質外装ケース６１０の下部ケース６１１の上端縁が中間断熱部５２０の上端面から突出しない状態となっている。すなわち、中間断熱部５２０は、上端面が下部ケース６１１の上端縁より所定の寸法となる改質外装ケース６１０などの熱膨張の寸法分以上で上方に位置する状態となる軸方向の長さ寸法に形成されている。また、中間断熱部５２０の軸方向における下部断熱部５１０側の端面には、下部断熱部５１０の配管下凹部５１２に対応して、凹状の配管上凹部５２２が設けられている。なお、下部断熱部５１０の配管下凹部５１２と中間断熱部５２０の配管上凹部５２２とにて構成され、改質水供給管７２０、原料戻し管７３０、脱硫燃料供給管７４０、空気供給管７５０、冷却水管７７０および燃料ガス流出管７６０が配管される開口は、図示しない断熱材が充填されて閉塞される。なお、中間断熱部５２０についても、下部断熱部５１０と同様に、各種断熱材を用いて形成することができる。
上部断熱部５３０は、例えば断熱材５１１Ｂにて略円筒状に形成されている。なお、下部断熱部５１０と同様に、略半円弧状に形成したブロック体にて略円筒状に構成するなどしてもよい。また、上部断熱部５３０についても各種断熱材を用いて形成することができる。この上部断熱部５３０は、外径が下部断熱部５１０および中間断熱部５２０と略同寸法で、内径が改質外装ケース６１０の上部ケース６１２の外径と略同寸法に形成されている。また、上部断熱部５３０は、軸方向の長さ寸法が、配置された中間断熱部５２０上に積み上げられた状態で、上端が上部ケース６１２の上端部に略位置する状態に形成されている。
シェル５４０は、軸方向で積み重ねられた下部断熱部５１０、中間断熱部５２０および上部断熱部５３０の外周面を包むように、例えば鋼板などにて略円筒状に形成されている。このシェル５４０は、積み上げられた下部断熱部５１０、中間断熱部５２０および上部断熱部５３０の外周面をくるむ状態に鋼板が巻装され、ねじ止めや接着、テープ止めなどにより円筒状に形成される。このシェル５４０は、例えば、下端部が下部断熱部５１０の外周面と断熱材支持部８１２の円筒保持部８１２Ｃとの間に介在され、円筒保持部８１２Ｃからねじ止めなどにより固定される。
【００４８】
〔燃料電池システムの動作〕
（改質ユニットの組立動作）
次に、上述した燃料電池システム１００における改質ユニット３００の組立動作について、説明する。
【００４９】
まず、改質容器６２２に流通部６２２Ｐを一体的に設けて改質触媒を充填しておく。また、支持台座部６１３に熱交換装置６４０を一体的に取り付けておく。そして、熱交換装置６４０が取り付けられた支持台座部６１３に、改質容器６２２と連結した流通部６２２Ｐの仕切筒状部６２２Ｔ１とを例えば溶接などにより連結する。さらに、熱交換装置６４０の改質水内管６４１における支持台座部６１３を貫通する水蒸気の流出側となる一端部を、原料ガス供給管６２２Ｓの第二水蒸気接続部６３２Ｂに接続して配管する。
この後、支持台座部６１３に配管外装ケース７１０を溶接やロウ付けなどを施すとともに、配管外装ケース７１０の配管覆い部７１１の各配管孔７１１Ａ，７１１Ｂ，７１１Ｃ，７１１Ｄ，７１１Ｅ，７１１Ｆに、改質水供給管７２０、原料戻し管７３０、脱硫燃料供給管７４０、空気供給管７５０、冷却水管７７０および燃料ガス流出管７６０を嵌挿して溶接などして配管する。そして、改質水供給管７２０を熱交換装置６４０の改質水内管６４１に接続し、原料戻し管７３０を原料ガス供給管６２２Ｓの原料戻し部６２２Ｓ２に接続し、脱硫燃料供給管７４０を原料ガス供給管６２２Ｓの液体燃料接続部６３１に接続し、配管する。
【００５０】
また、底板部８１３の位置決め保持台座部８１４に、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を位置決め保持させて一体的に取り付けておく。この底板部８１３とＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０との取り付けに際しては、ＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３を底板部８１３のヒータ貫通孔８１３Ａ１に溶接などを施す。さらに、ＣＯ変成器８２０に一体的に取り付けた空気導入部８２６とＣＯ選択酸化器８３０の改質ガス導入管８３１Ｂ１とを連結するとともに、ＣＯ変成器８２０のＣＯ変成容器蓋部８２１Ｂから延設するＣＯ変成冷却管８２４とＣＯ選択酸化器８３０のＣＯ選択酸化容器蓋部８３１Ｂから延設するＣＯ選択酸化冷却管８３４とを連結し、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を一体的に組み付ける。
そして、底板部８１３に支柱部８１５の一端を取り付けるとともに、支柱部８１５の他端を上述した配管外装ケース７１０を取り付けた支持台座部６１３に取り付けて連結する。
この状態で、ＣＯ変成器８２０のＣＯ変成冷却管８２４を改質容器６２２の原料ガス供給管６２２Ｓの第一水蒸気接続部６３２Ａに連結するとともに、ＣＯ選択酸化器８３０のＣＯ選択酸化冷却管８３４を改質水供給管７２０に連結し、配管する。また、ＣＯ変成器８２０の改質ガス流入管８２１Ａ１を改質容器６２２の流通部６２２Ｐの改質ガス排出管部６２２Ｔ２に連結し、配管する。さらに、ＣＯ選択酸化器８３０の燃料ガス導出管８３１Ａ１を燃料ガス流出管７６０に連結し、配管する。
【００５１】
この後、断熱材支持部８１２を外周側に位置させた下部胴体部８１１内に、底板部８１３側から挿入し、下部胴体部８１１と配管外装ケース７１０の連結筒部７１２を当接させる。そして、底板部８１３の底板連結部８１３Ｂの取付雌ねじ孔８１３Ｂ１と、下部胴体部８１１のねじ貫通孔８１１Ｂに対応しねじ貫通孔８１１Ｂおよび断熱材支持部８１２の取付筒状部８１２Ａのねじ嵌挿孔８１２Ａ１とを連通させて、ねじを螺着して一体的に組み付ける。このねじ止めの際、耐熱コーキング材などにてねじ止め部分をシールする。さらに、下部胴体部８１１の排ガス口８１１Ｃに排ガス管８４０を溶接などにより接続する。なお、底板部８１３と組み付ける下部胴体部８１１に排ガス管８４０をあらかじめ接続しておいてもよい。
さらに、改質容器６２２の加熱室６２２Ｈ内の加熱室区画板６２２Ｉ上に耐火断熱材６２２Ｋを載置するとともに、連結ねじ部６２２Ｊに整流管６２２Ｌの閉塞板６２２Ｌ１を螺着させて整流管６２２Ｌを組み付ける。
この後、露出する改質容器６２２に改質外装ケース６１０を被せるように取り付け、改質外装ケース６１０の下部ケース６１１を配管外装ケース７１０に当接させる。この状態で、下部ケース６１１の下部ねじ孔６１１Ｂを嵌挿させたねじを、支持台座部６１３の取付雌ねじ部６１３Ｃに螺着して一体的に組み付ける。さらに、燃焼室部６２１を加熱室６２２Ｈ内に嵌挿し、燃焼室部６２１の支持フランジ６２１Ｃを改質外装ケース６１０の上部ケース６１２のバーナ連結フランジ６１２Ｃに重ね合わせて吊り下げ支持する状態とする。
この後、断熱材支持部８１２上に下部断熱部５１０を載置固定し、さらに下部断熱部５１０上に同軸上に中間断熱部５２０を積み重ねて接合し、さらに上部断熱部５３０を積み重ねる。そして、積み上げられた下部断熱部５１０、中間断熱部５２０および上部断熱部５３０の外周面をくるむ状態にシェル５４０を巻装させ、断熱部５００を構成させる。さらに、バーナユニット１５１を上部ケース６１２上に載置させ、取付ボルト６１２Ｄにて上部ケース６１２と、燃焼室部６２１と、バーナユニット１５１とを一体的に組み付け、改質ユニット３００を組立形成する。
【００５２】
(燃料電池システムの発電動作)
次に、上述した燃料電池システム１００における発電動作について説明する。
【００５３】
まず、制御装置が発電要求に関する信号を取得すると、バーナユニット１５１に液体燃料１１１および空気を供給して改質器６２０を、例えば５００℃以上に加熱させる。また、ＣＯ変成器８２０のＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化器８３０のＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３にてＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を適宜加熱する。そして、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０がある程度加熱された状態で、搬送ポンプ１８２を駆動させて純水タンク１８０に貯溜する純水１８１を、給水経路１８３からこの給水経路１８３の一部を構成する冷却水管７７０を介して、ＣＯ選択酸化器８３０のＣＯ選択酸化冷却管８３４およびＣＯ変成器８２０のＣＯ変成冷却管８２４に順次流通する状態に供給する。
そして、バーナユニット１５１による燃焼ガスは、対向する整流管６２２Ｌの内周側に流入して整流管６２２Ｌを加熱しつつ、拡開する上端から整流管６２２Ｌの外周面と、燃焼室部６２１の燃焼筒部６２１Ａの内周面との間を、鉛直方向の下方に向けて流過する。この流過の際、乱流部６２２Ｌ３により改質器６２０の中心軸に対して螺旋状に流過する。この流過により、整流管６２２Ｌおよび燃焼筒部６２１Ａが加熱される。さらに、燃焼ガスは、燃焼筒部６２１Ａの下端から燃焼筒部６２１Ａの外周面と改質容器６２２の内周面との間を上方に向けて流通し、燃焼筒部６２１Ａおよび改質容器６２２を加熱する。そして、改質容器６２２の上部へ流過した燃焼ガスは、改質容器６２２の外周面側と上部ケース６１２との間を下方に流過し、下部ケース６１１内に流入する。さらに、燃焼ガスは、下部ケース６１１内から熱交換装置６４０の排気風路外管６４２の内周側と改質水内管６４１の外周側との間を流通して配管部７００へ流入する。さらに、配管部７００からＣＯ除去部８００へ流入した燃焼ガスは、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を適宜加熱して排ガス管８４０から外部へ排気される。なお、燃焼ガスにてＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０が加熱される状態では、ＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３による加熱は停止してもよい。
【００５４】
このようにして、改質器６２０が加熱されるとともに、熱交換装置６４０、各配管、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を加熱する。
そして、制御装置は、搬送ポンプ１８２を駆動させて純水タンク１８０に貯溜する純水１８１を給水経路１８３からこの給水経路１８３の一部を構成する改質水供給管７２０を介して熱交換装置６４０の改質水内管６４１に供給する。この供給された純水は、流通する燃焼ガスとの熱交換により水蒸気となり、原料ガス供給管６２２Ｓの第二水蒸気接続部６３２Ｂから気化器６３０へ供給される。なお、詳細は後述するが、ＣＯ除去部８００から供給される水蒸気も、原料ガス供給管６２２Ｓの第一水蒸気接続部６３２Ａから気化器６３０へ供給される。
また、制御装置は、脱硫器１３０の電気ヒータを加熱させるとともに、液体燃料ポンプ１２１を駆動させて液体燃料貯溜タンク１１０から液体燃料１１１を脱硫器１３０へ、例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給する。
【００５５】
この脱硫器１３０へ供給された液体燃料１１１は、脱硫剤容器内に流入し、脱硫剤容器に脱硫触媒が充填されて形成された図示しない脱硫触媒層の断面における流速分布が略均一な状態で加熱されつつ脱硫処理される。そして、脱硫処理された液体燃料１１１は、気化器６３０で供給される水蒸気と混合されて気化され、気化液体燃料として原料ガス供給部６２２Ｒから改質容器６２２へ供給される。そして、気化液体燃料は、改質器６２０で水素リッチな燃料ガスに改質される。
ここで、改質器６２０におけるバーナユニット１５１の燃焼ガスの流通において、加熱された整流管６２２Ｌは、輻射熱により燃焼筒部６２１Ａを介して改質容器６２２を例えば７００℃程度まで加熱させる。なお、整流管６２２Ｌが改質容器６２２の改質触媒層６２２Ｇの下端部に位置しない、すなわち整流管６２２Ｌの閉塞板６２２Ｌ１が改質容器６２２の改質触媒層６２２Ｇの下端部より上方に位置する状態に配設しているので、整流管６２２Ｌの輻射熱による改質触媒層６２２Ｇの上流側の加熱に寄与する割合が少ない状態となる。このため、改質触媒層６２２Ｇにおける原料ガスが流入する下端は上端より多少温度が低い状態となり、過熱が抑制される。したがって、改質触媒層６２２Ｇの下端に流入した気化液体燃料は、改質触媒層６２２Ｇにおける軸方向の略全域で改質処理され、効率よく安定して処理される。
【００５６】
そして、改質器６２０で改質処理された燃料ガスは、改質ガス流出部６２２ＴからＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０へ順次流通する状態に供給され、これらＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０により、燃料ガス中のＣＯが変成・除去され、改質ユニット３００の燃料ガス流出管７６０から燃料電池２００へ供給される。
さらに、燃料電池２００へ供給される燃料ガスは、例えば加湿器などにて適宜加湿された後、燃料電池２００の負極２０２側に供給される。この負極２０２側に供給された燃料ガスの水素は、必要に応じて適宜加湿されて燃料電池２００の正極２０１側に供給された空気中の酸素と反応して水を生成するとともに、正極２０１および負極２０２間に直流電力を発生させる。
なお、負極２０２側の余った水素を含む燃料ガスは、例えば改質器６２０のバーナユニット１５１に供給されて燃焼される。
【００５７】
一方、発電動作などの際に、例えば改質容器６２２の改質触媒層６２２Ｇが閉塞した場合などには、原料ガス供給部６２２Ｒ内の内圧が所定値以上に達し、原料ガス供給管６２２Ｓに接続された原料戻し管７３０の安全弁が動作する。そして、安全弁は、原料ガス供給部６２２Ｒ内の気化液体燃料ガスや改質ガスなどの気相成分などを原料ガス供給管６２２Ｓから原料戻し管７３０を介して改質ユニット３００外へ流出させる。また、気化器６３０で生成される気化液体燃料も原料ガス供給部６２２Ｒへ供給されずに、原料戻し管７３０を介して改質ユニット３００外へ流出させる。なお、流出される気化液体燃料などは、別途設けられた受け部などに回収される。
【００５８】
〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記一実施形態の燃料電池システム１００における改質ユニット３００では、改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０、およびＣＯ除去外装ケース８１０の外周面に沿って、断熱材５１１Ｂが設けられ、この断熱材５１１Ｂの外周面をシェル５４０にて覆っている。
このため、例えば断熱材５１１Ｂを断熱保温位置に適切に保持させておくことが容易にできる。さらには、シェル５４０により、断熱材５１１Ｂが露出する構成に比して放熱率を低減でき、より熱効率を向上できる。また、断熱材５１１Ｂを衝撃などの外力から保護することができ、断熱材５１１Ｂの破損を防止できる。また、下部断熱部５１０を断熱材支持部８１２に一体的に固定する構成としても、断熱材支持部８１２の円筒保持部８１２Ｃからシェル５４０へねじ止めするなどの簡単な方法で得られる。
【００５９】
そして、断熱部５００は一対の半円弧状のブロック形状の断熱材５１１Ｂを組み合わせて下部断熱部５１０、中間断熱部５２０、および上部断熱部５３０を構成し、これらの下部断熱部５１０、中間断熱部５２０、および上部断熱部５３０を上下方向に連結して断熱部５００を構成している。そして、シェル５４０は、これらの下部断熱部５１０、中間断熱部５２０、および上部断熱部５３０を構成する各断熱材５１１Ｂをそれぞれ覆っている。
このため、各ケース６１０，７１０，８１０の外周面の周方向に配置される一対の半円弧状の断熱材５１１Ｂを溶接などの簡単な方法で容易に連結することができ、さらに、上下方向で分割した下部断熱部５１０、中間断熱部５２０、および上部断熱部５３０の一体的な連結をも溶接などの簡単な方法で得ることができる。
【００６０】
また、シェル５４０は、断熱材５１１Ｂに一体的に設けられている。このため、断熱材５１１Ｂを各ケース６１０，７１０，８１０に組み付けるだけで容易にこれらのシェル５４０も改質ユニット３００に取り付けることができる。また、改質ユニット３００のメンテナンス時などにおいても、断熱材５１１Ｂとシェル５４０を同時に取り外すことができるため、より容易にメンテナンス作業などを実施できる。
【００６１】
さらに、シェル５４０は、例えば鋼板などの金属製部材により形成されている。
このため、互いに隣り合うシェル５４０を溶接などにより簡単に連結させることができ、組立性を良好にできる。また、下部断熱部５１０を断熱材支持部８１２に一体的に固定する構成としても、上記したように断熱材支持部８１２の円筒保持部８１２Ｃからねじ止めするなどの簡単な方法で得られ、改質ユニット３００の組立性をより向上させることができる。
【００６２】
そして、改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０、およびＣＯ除去外装ケース８１０の外周面に沿って、ブロック形状の断熱材５１１Ｂを配置した断熱部５００が設けられている。
このため、改質ユニット３００の組み付けや保守点検のための解体などが容易にでき、製造性の向上や保守点検などの管理が容易にできる。特に、いわゆる半割形状である半円弧状のブロック体の断熱材５１１Ｂにより略円筒状の断熱部５００を構成している。このため、より改質ユニット３００の組み付けや解体などが容易にできる。また、断熱部５００を設けることで、熱が外部に逃げず、効率よく改質処理を実施することができ、エネルギ効率のさらなる向上を図ることができる。
【００６３】
また、中間断熱部５２０の配設状態で、中間断熱部５２０の上端面が段差となる下部ケース６１１の上端縁より所定の寸法となる改質外装ケース６１０などの熱膨張の寸法分以上で上方に位置する状態に構成している。このため、改質外装ケース６１０などのユニット本体部４００の熱膨張により、下部ケース６１１上に上部断熱部５３０が乗り上げる状態となって段差の位置となる中間断熱部５２０と上部断熱部５３０との間に隙間が生じて熱損失が生じる不都合を容易に防止できる。
【００６４】
また、改質ユニット３００のユニット本体部４００の外装ケースを構成する下部に位置するＣＯ除去外装ケース８１０の下部に、外周面から外方へ鍔状に突出し断熱部５００を載置支持する断熱材支持部８１２を設けている。
このため、改質ユニット３００の必要部分の断熱が得られ、断熱部５００を最小限にできるとともに、必要な部分を断熱するための断熱部５００の位置ずれを防止でき、確実な断熱が簡単な構成で容易に得られる。
【００６５】
さらに、改質ユニット３００における鉛直方向の上部にバーナユニット１５１を設け、このバーナユニット１５１の燃焼ガスを、改質ユニット３００内を鉛直方向の下部へ流通させて、改質ユニット３００の下部に設けた排ガス口８１１Ｃから排気している。
このため、バーナユニット１５１の燃焼ガスが流通する際にＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を加熱することにより、燃焼ガスの熱エネルギを有効利用でき、エネルギ効率を向上できる。
【００６６】
そして、改質ユニット３００の上部に改質器６２０を配設するとともに下部にＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を配設し、これら改質器６２０とＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０との間に配管部７００を設けて配管している。
このため、燃料電池２００の燃料ガスの原料となる液体燃料１１１および水蒸気として供給する純水１８１の取り合いが、改質ユニット３００の中間位置からとなり、各配管の総長さが最短となり、装置の小型化や配管作業が容易にできる。さらに、配管の総長さが最短となることにより、漏れのリスクも低減でき、比較的に安価に製造できる。
また、燃料ガス流出管７６０を改質ユニット３００の中間位置である配管位置から導出し、生成した燃料ガスを外部へ流出させている。
このため、例えば下部から燃料ガスを流出させる構成とした場合に、この流出する位置より燃料電池２００が鉛直方向の上方に配設されることで、燃料ガス中の水蒸気分が凝縮して配管中に溜まる不都合を防止でき、安定して燃料ガスを燃料電池２００へ供給させる構成が容易に得られる。
さらに、水蒸気生成手段である熱交換装置６４０を改質ユニット３００の中間位置、すなわち、改質容器６２２と、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０との間に位置して配設している。
このため、改質に必要となる改質容器６２２における温度、水蒸気を生成させるのに必要な温度、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０の予熱に必要な温度が順に低くなるので、鉛直方向における上方から下方に従って順に温度が低くなる順の配置関係となる。したがって、バーナユニット１５１の燃焼ガスを利用するうえで必要とされる温度が高い順番で配置されているので、適正な温度の燃焼ガスによる各部位の加熱が得られ、良好な熱効率が容易に得られる。
【００６７】
また、改質ユニット３００における鉛直方向の上部すなわち上端部にバーナユニット１５１を設けている。
このため、バーナユニット１５１の着脱が容易となり、バーナユニット１５１の保守点検などの管理が容易となる。特に上端部に設けることで、取付ボルト６１２Ｄによる着脱のみでよく、保守点検などの管理がより容易となるとともに、構成の簡略化が容易に得られる。
さらに、燃焼ガスを鉛直方向の略下方に向けて流出する状態にバーナユニット１５１を配設するとともに、バーナユニット１５１の下方に位置して上方に向けて開口する状態に整流管６２２Ｌを配設している。
このため、バーナユニット１５１からの液垂れや、運転停止時の整流管６２２Ｌの表面における水分などの凝縮など、バーナユニット１５１に液垂れすることを防止できる。したがって、液垂れによるバーナユニット１５１のつまりや損傷などを防止できるとともに、安定した燃焼ガスを発生でき、安定した運転が容易に得られる。
【００６８】
さらに、改質ユニット３００は、それぞれ連結して一体構成となる改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０およびＣＯ除去外装ケース８１０内に、改質器６２０、ＣＯ変成器８２０、およびＣＯ選択酸化器８３０などを収容した一体構成とされている。
このため、改質ユニット３００は、略円塔状の構成となり、表面積を低減でき、熱損失を防止でき、エネルギ効率を向上できる。さらには、略円筒状に構成される簡単な構成の断熱部５００にて断熱処理することが容易となり、施工性を向上できる。
【００６９】
そして、改質ユニット３００として、改質容器６２２に対応する位置が上部ケース６１２の径小な段差状の略円塔状に構成している。
すなわち、最も高温となる改質容器６２２の位置における断熱材５１１Ｂの厚さが厚くなるので、その分を径小に形成することで、改質ユニット３００の最大外径を最小限にすることができ、小型化が容易に図れる。
さらには、改質ユニット３００の外周面は、段差のない円筒状に構成されることとなり、外観も向上できる。
【００７０】
また、改質ユニット３００として、燃料電池２００の燃料ガスの原料となる液体燃料１１１および水蒸気として供給する純水１８１の取り合いとなる配管や、燃料ガスを外部へ流出する配管などを底部に設けない構成、すなわち、中間部の配管部７００で配管している。
このため、底部における配管のためのスペースを確保するための台座などが不要となり、改質ユニット３００の設置スペースを縮小化できる。特に、中間部での配管により、配管処理が容易にできるとともに、原料の取り合いなどが最短距離ででき、装置の小型化や配管作業の向上などが容易に得られる。また、燃料電池システム１００としてユニット化した際のケース内での改質ユニット３００の配置が容易にできる。
【００７１】
さらに、ＣＯ変成器８２０のＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化器８３０のＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３を、それぞれ改質ユニット３００の底部であるＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３を貫通させて配線している。
このため、ＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３を、例えば断熱部５００を貫通させて配線する必要がなく、最短で外部に配線でき、組立作業性を向上できる。
さらには、ＣＯ変成用電気ヒータ８２３およびＣＯ選択酸化用電気ヒータ８３３を、貫通する各ＣＯ変成容器８２１およびＣＯ選択酸化容器８３１にそれぞれ溶接などを施すとともにＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３に溶接などを施している。
このため、漏電による不都合を防止している。
【００７２】
そして、原料ガス供給部６２２Ｒの内部空間に連通し気化液体燃料を原料ガス供給部６２２Ｒへ供給する原料ガス供給管６２２Ｓにおける原料ガス供給部６２２Ｒとの接続位置と気化器６３０との間に、安全弁を有した原料戻し管７３０が接続される原料戻し部６２２Ｓ２を設けている。
このため、原料ガス供給部６２２Ｒ内の内圧が所定値以上に達して安全弁が動作すると、原料ガス供給部６２２Ｒ内の気化液体燃料や改質ガス、気化器６３０で生成された気化液体燃料は原料戻し管７３０を介して改質ユニット３００外へ流出されるので、例えば改質触媒層６２２Ｇの閉塞などにより気化液体燃料の改質処理が実施できない状態となっても、原料ガス供給部６２２Ｒおよび改質容器６２２などの内圧の上昇による改質ユニット３００の損傷などを防止できる。また、原料戻し管７３０を鉛直方向の中間位置から延設することにより、原料戻し管７３０を流通する改質器６２０内の気相成分の凝縮により生じる液相分を滞留させずに排出させる構成が容易に得られる。
【００７３】
また、バーナユニット１５１として、空気が一次空気として導入される第一空気導入部６５１Ａに液体燃料１１１が供給される液体燃料供給管６５１Ｃを接続している。このため、液体燃料１１１がコークとしてバーナユニット１５１内で固着するなどの不都合を防止できる。特に、略Ｌ字状に屈曲形成した第一空気導入部６５１Ａの屈曲部分に液体燃料供給管６５１Ｃを接続している。このため、液体燃料１１１と一次空気とが良好に混合し、コークの固着をより防止でき、安定した燃焼が得られる。
【００７４】
さらに、改質ユニット３００のユニット本体部４００の外装ケースを構成する改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０およびＣＯ除去外装ケース８１０を鋼板にて円筒状に形成、特に鋼板の板巻き管を用いて形成している。
このため、任意の径寸法に容易に形成できる。したがって、例えばいわゆる半割状の部材を合わせるなどの構成では寸法公差などにより内径が異なることで合わせることが困難となるなどの不都合が生じることがなく、あらかじめ適切な板厚にて円筒状に形成された板巻き管により、外装ケースを容易に形成できる。
【００７５】
そして、下部ケース６１１の上部連結フランジ６１１Ａの接合部分として、上部連結フランジ６１１Ａの外周縁が略円筒状に折曲されて接合されている。また、上部連結フランジ６１１Ａの内周縁を反対側に略円筒状に折曲して上部ケース６１２と接合させる構成としている。同様に、上部ケース６１２の天板フランジ６１２Ａの外周縁および内周縁がそれぞれ反対方向に略円筒状に折曲されて接合される構成としている。このため、下部ケース６１１や上部ケース６１２の形成の際に、いわゆるフランジアップする接合部分を挟み込んで溶接すればよく、肉薄の鋼板にて形成した下部ケース６１１や上部ケース６１２でも自動溶接機などを用いて容易に形成でき、製造性を向上できる。
【００７６】
そして、改質器６２０として、内側筒状体６２２Ａと、この内側筒状体６２２Ａと径寸法が異なり中心軸が略一致する外側筒状体６２２Ｂとの間に改質触媒が充填される略環状空間の改質室６２２Ｃを区画形成する改質容器６２２を備えている。そして、改質容器６２２の内側筒状体６２２Ａより径小の筒状の燃焼筒部６２１Ａを、内側筒状体６２２Ａの内周側に中心軸が略一致する状態に配設し、この燃焼筒部６２１Ａの内周側に改質容器６２２の改質室６２２Ｃの軸方向の一端部に略対応する位置にバーナユニット１５１を配設する。さらに、燃焼筒部６２１Ａより径小でバーナユニット１５１に対向する軸方向の一端部が閉塞板６２２Ｌ１にて閉塞された有底筒状の整流管６２２Ｌを、燃焼筒部６２１Ａの内周側に中心軸が略一致する状態で、外周面が燃焼筒部６２１Ａの内周面との間でバーナユニット１５１の燃焼ガスが流通可能に配設している。
このことにより、バーナユニット１５１の燃焼ガスは、整流管６２２Ｌの内周側に閉塞板６２２Ｌ１により閉塞されていない上端側より流入してから折り返すように上端側より流出した後、整流管６２２Ｌと燃焼筒部６２１Ａとの間を流通する。
このため、例えば燃料電池２００で利用する水素ガスとして燃料ガスである改質ガスを供給する場合など、必要な供給量に応じた改質触媒を充填する容量を比較的に容易に確保できるとともに、略環状空間に改質触媒を充填すればよく、作業性を向上できる。さらに、整流管６２２Ｌが加熱されるとともに改質容器６２２の内周側に位置する燃焼筒部６２１Ａが効率よく加熱されるとともに、整流管６２２Ｌの熱は加熱する燃焼筒部６２１Ａを介して改質容器６２２を加熱することとなり、改質容器６２２の軸方向における温度のばらつきが生じにくくなり、効率よく加熱でき安定して原料ガスを改質処理できる。さらには、バーナユニット１５１の良好な燃焼を実施させる燃焼筒部６２１Ａを利用でき、筒状の整流管６２２Ｌを設ける簡単な構成で、改質容器６２２への安定した加熱を提供できる。
また、改質容器６２２の外側筒状体６２２Ｂの外周面に、位置決め突起部６２２Ｎを設けている。このため、燃焼ガスの流通経路を確保しつつ、改質容器６２２の中心軸を改質ユニット３００の中心軸上に同軸となるように簡単な構成で容易に位置決めでき、バーナユニット１５１の燃焼ガスによる改質触媒層６２２Ｇの略均一な加熱が容易に得られる。特に、位置決め突起部６２２Ｎは、例えば鋼板を折曲して鉛直方向における平面視で略三角形を構成する形状、すなわち、鉛直方向でのバーナユニット１５１の燃焼ガスが流通可能に形成している。このため、改質容器６２２の位置決めのための構成による燃焼ガスの周方向の偏流が発生することを簡単な構成で容易に防止できる。
【００７７】
また、気化液体燃料を改質容器６２２の改質室６２２Ｃの軸方向における一端側に供給する供給管６２２Ｑ１を改質容器６２２の軸方向の一端に接続するとともに、供給管６２２Ｑ１内に略同軸上にそれぞれ嵌挿し一端部が改質室６２２Ｃを貫通し改質室６２２Ｃ内の軸方向における上端側に生成された改質ガスが流入可能に戻り管６２２Ｑ２を開口する状態で配設して二重管構造の二重管部６２２Ｑを複数備えた流通部６２２Ｐを設けている。
このため、原料ガスを改質室６２２Ｃに供給する供給管６２２Ｑ１と、改質室６２２Ｃの改質触媒で生成した改質ガスを流通させて回収する戻り管６２２Ｑ２とを、略同軸上とした二重管構造の二重管部６２２Ｑを複数備えた流通部６２２Ｐとして構成しているので、気化液体燃料を供給する構成および生成した改質ガスを回収する構成が改質容器６２２の一側である下側にまとまる構成となり、例えば改質容器６２２の断熱や他の構成との干渉などが生じにくく、改質ユニット３００としての構成の小型化が容易に図れる。また、供給管６２２Ｑ１より供給される気化液体燃料は、所定の温度に加熱されて生成した改質ガスが供給管６２２Ｑ１の内周側に嵌挿する戻り管６２２Ｑ２を流通する際に加熱され、良好な熱効率が得られる。
【００７８】
さらに、配設される整流管６２２Ｌは、流通部６２２Ｐにより改質室６２２Ｃ内で気化液体燃料が軸方向に略沿う方向で流通する状態に供給されて改質ガスを流出する構成とした改質容器６２２で、改質室６２２Ｃ内を気化液体燃料が流通する上流側に対応する位置となる内側筒状体６２２Ａの下端部に、整流管６２２Ｌが対向位置しない、すなわち気化液体燃料の流通する上流側に対応する位置となる改質触媒層６２２Ｇの下端部には整流管６２２Ｌが位置しないように配設している。
このため、バーナユニット１５１により加熱された整流管６２２Ｌからの輻射熱が気化液体燃料の流通する上流側に作用する割合が減少し、改質室６２２Ｃにおける気化液体燃料の流通する上流側における過熱を防止でき、改質室６２２Ｃの改質触媒層６２２Ｇ全体での略均一で安定した改質処理が得られ、効率的な改質処理が簡単な構成で容易に得られる。
【００７９】
そして、改質容器６２２の内側筒状体６２２Ａの下端部の内周側を閉塞し加熱室６２２Ｈを区画する加熱室区画板６２２Ｉ上に、耐火断熱材６２２Ｋを介して整流管６２２Ｌを配設している。
このため、改質室６２２Ｃ内に流入する気化液体燃料の過熱を容易に防止できる。また、整流管６２２Ｌの配設として、加熱室区画板６２２Ｉに一体的に設けた連結ねじ部６２２Ｊに取り付ける構成としている。このため、整流管６２２Ｌを簡単な構成で容易に位置決め配置できる。
【００８０】
また、上記一実施形態では、整流管６２２Ｌの外周面と燃焼筒部６２１Ａの内周面との間に、中心軸に対して螺旋状の乱流部６２２Ｌ３を設けている。
このため、整流管６２２Ｌの外周面と燃焼筒部６２１Ａの内周面との間を流過するバーナユニット１５１の燃焼ガスが、中心軸に対して螺旋状に流通し、整流管６２２Ｌおよび燃焼筒部６２１Ａの加熱効率を向上でき、効率的な改質処理が容易に得られる。
そして、乱流部６２２Ｌ３として、整流管６２２Ｌの外周面に燃焼筒部６２１Ａの内周面に向けて突出する螺旋状に設けている。
このため、細長棒状の鋼材を整流管６２２Ｌの外周面に螺旋状に巻装するなどの簡単な構成で、燃焼ガスの螺旋状の流通が容易に得られ、効率的な改質処理が簡単な構成で容易に得られる。
【００８１】
さらに、改質容器６２２の軸方向の一端に接続する供給管６２２Ｑ１の他端を、内部に略柱状空間を有し気化液体燃料が流入される原料ガス供給部６２２Ｒに接続している。さらに、改質室６２２Ｃの他端側に一端が開口する戻り管６２２Ｑ２の他端を、原料ガス供給部６２２Ｒに隣接して設けられ内周側に原料ガス供給部６２２Ｒの一部が位置する略環状空間を有し改質ガスが流入される改質ガス流出部６２２Ｔに原料ガス供給部６２２Ｒを貫通して接続している。
このため、供給する気化液体燃料の改質室６２２Ｃへの流入、および、改質室６２２Ｃで改質されて生成された改質ガスの回収が、偏流なく略均一な原料ガスおよび改質ガスの流通状態として得られる。したがって、充填された改質触媒が偏り無く改質処理に利用され、さらには原料ガスと改質ガスとの熱交換効率が向上することとなり、効率よく良好な改質処理が得られる。
【００８２】
そして、供給管６２２Ｑ１が接続され原料ガスが供給される原料ガス供給部６２２Ｒと、戻り管６２２Ｑ２が接続され改質室６２２Ｃで生成された改質ガスが流入される改質ガス流出部６２２Ｔとを、それぞれ略同径の略筒状で互いに一連に一体形成している。
このため、略柱状空間を有する原料ガス供給部６２２Ｒおよび改質ガス流出部６２２Ｔが略同径で一連に一体形成されることで、例えば筒状部材を軸方向で区画するなどにより一連に形成でき、構造の簡略化および製造性の向上が容易に図れる。さらには、例えば改質容器６２２の外側筒状体６２２Ｂと略同径で一連に形成することで、より構成の簡略化や製造性の向上が図れ、他の部材とのシステム構成の構築が容易となり、システム構成の小型化なども容易に図れる。また、一連に形成することで、これら原料ガス供給部６２２Ｒおよび改質ガス流出部６２２Ｔを台座とし流通部６２２Ｐを支持脚として改質容器６２２を支持する一体構成にすることも容易にでき、システム構成の構築がより容易にできる。
さらに、原料ガスが供給される原料ガス供給部６２２Ｒの略中央に設けた原料ガス供給管６２２Ｓから気化液体燃料を供給する構成としている。
このため、供給された原料ガスは、原料ガス供給部６２２Ｒ内に流入して周方向へ流通して供給管６２２Ｑ１に流入する状態となり、より偏流無く気化液体燃料の良好な流通状態が得られる。
【００８３】
さらには、ユニット構成として、改質器６２０とともに、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０の双方をも合わせて組み込んでいる。
このため、改質器６２０で改質した改質ガスがＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０で直ちに処理されて、例えば燃料電池２００用の水素ガスとして供給する構成が容易に得られ、ユニット化により家庭用などにも容易に利用でき、小型化が容易に図れる。また、改質ユニット３００は、熱交換装置６４０や気化器６３０とも合わせたユニット構成としている。このため、より良好な熱効率が容易に得られるとともに、小型化が容易に図れる。
【００８４】
また、水蒸気を生成させる構成として、熱交換装置６４０のみならず、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０の過熱防止のための冷却水である純水１８１を流通させるＣＯ変成冷却管８２４およびＣＯ選択酸化冷却管８３４をそれぞれ設けている。
このため、高温の改質ガスをＣＯ変成やＣＯ除去のために冷却する構成と、別途脱硫処理した液体燃料に混合して原料ガスを調製するための水蒸気を生成する構成とを共有化でき、構成のさらなる簡略化および熱効率のさらなる向上が得られる。
そして、ＣＯ変成器８２０のＣＯ変成容器８２１を、一面が開口する略箱状のＣＯ変成容器本体部８２１Ａと、このＣＯ変成容器本体部８２１Ａの一面を閉塞して例えば溶接により取り付けられるＣＯ変成容器蓋部８２１Ｂとにて構成している。同様に、ＣＯ選択酸化器８３０のＣＯ選択酸化容器８３１を、一面が開口する略箱状のＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａと、このＣＯ選択酸化容器本体部８３１Ａの一面を閉塞して例えば溶接により取り付けられるＣＯ選択酸化容器蓋部８３１Ｂとにて構成している。このため、ＣＯ変成容器８２１およびＣＯ選択酸化容器８３１を容易に形成でき、製造性を向上できる。
さらに、ＣＯ選択酸化冷却管８３４からＣＯ変成冷却管８２４へ冷却水となる純水１８１を流通させている。すなわち、ＣＯ選択酸化に必要な温度よりＣＯ変成に必要な温度が高いことから、温度の低い順に冷却されることとなり、適正な温度で流通する純水１８１による各部位の冷却が得られ、良好な処理が得られる。
【００８５】
そして、上述した改質ユニット３００を燃料電池システム１００として利用している。
このため、効率よく安定して発電できる小型のシステム構成を提供でき、家庭用として利用することが容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
【００８６】
〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
【００８７】
すなわち、本発明の改質ユニット３００としては、上述したように、燃料電池システム１００に利用する形態で説明したが、燃料電池システム１００に利用する例えば水素ガス製造装置などとして、適用してもよい。
また、ユニット構成としては、上述したように、熱交換装置６４０、気化器６３０、ＣＯ変成器８２０、ＣＯ選択酸化器８３０の全てを組み込む構成に限られない。
【００８８】
さらに、上記各実施形態において、改質容器６２２への原料ガスの供給および改質容器６２２からの改質ガスの流出の構成として、二重管構造の流通部６２２Ｐを用いることなく、例えば、改質容器６２２の軸方向の一端側から原料ガスを供給させ、他端側から改質ガスを回収するなど、いずれの構成も利用できる。
【００８９】
また、整流管６２２Ｌを設けた構成としたが、設けずに燃焼筒部６２１Ａの加熱による輻射熱を利用するなどしてもよい。
さらに、乱流部６２２Ｌ３を設けなくてもよい。また、乱流部６２２Ｌ３を整流管６２２Ｌの外周面に設けたが、例えば、燃焼筒部６２１Ａの内周面に設けたり、整流管６２２Ｌの外周面と燃焼筒部６２１Ａの内周面との間に配設したりするなどしてもよい。
【００９０】
そして、改質ユニット３００のユニット本体部４００の外装ケースを構成する下部に位置するＣＯ除去外装ケース８１０の下部に、外周面に開放へ鍔状に突出し断熱部５００を載置支持する断熱材支持部８１２を設けたが、断熱材支持部８１２は、例えばフック状のものや板状に形成されたものなど、いかなる形状に形成されていてもよい。また、外装ケースの下端部だけでなく、上端部にも断熱材支持部８１２が設けられた構成などとしてもよい。
【００９１】
また、断熱材５１１Ｂの円弧外周面に沿ってシェル５４０が設けられる構成を示したが、例えば断熱材５１１Ｂの外装ケースに接する内周面以外の全面にシェル５４０が設けられる構成などとしてもよい。また、外装ケースの外周面に沿って断熱材５１１Ｂを設けた後、シェル５４０によりこの断熱材５１１Ｂの外周面を覆う構成などとしてもよい。
【００９２】
さらに、複数の断熱材５１１Ｂを外装ケースに接する状態に配置した後、例えば板状のシェル５４０をこれらの断熱材５１１Ｂの外周面を覆う状態に折曲して巻装し、シェル５４０の端縁を例えば溶接などにより接合する構成などとしてもよい。このような構成では、断熱材５１１Ｂをシェル５４０により外装ケース側に押し付けて密着させることができ、より断熱性を向上させることができる。また、一枚のシェル５４０により、改質ユニット３００の外周を覆う構成とすれば、上下方向に隣り合う断熱材５１１Ｂ間の隙間をもシェル５４０により覆うことができ、断熱材５１１Ｂの放熱をより確実に抑えることができ、より断熱性を向上させることができる。
【００９３】
そして、外装ケースの外周面から所定寸法離間させて、外装ケースの断面径寸法より大きい径寸法を有する円筒状のシェル５４０を配置し、外装ケースとシェル５４０との間に断熱材を充填する構成としてもよい。この場合、断熱材として、ブロック形状のものに限られず、例えばグラスウール、ロックウール、セルロースファイバーなどの繊維状の断熱材を用いてもよく、液状またはゲル状の断熱溶剤を外装ケースおよびシェル５４０の間に充填させた後、所定の固着方法にて固着させる構成などとしてもよい。このような構成でも、上記実施の形態と同様の作用効果が得られるとともに、外装ケースおよびシェル５４０の間に断熱材を充填させるだけの構成のため、容易に断熱部５００を構成することができる。
【００９４】
さらに、各配管を挿通する開口部は、下部断熱部５１０の上端面および中間断熱部５２０の下端面にそれぞれ形成される配管下凹部５１２および配管上凹部５２２を対向させることで形成されたが、これに限らない。例えば、配管部７００を覆う下部断熱部５１０および中間断熱部５２０を構成する半円弧状の断熱材５１１Ｂの軸方向に沿う端面に凹部を設け、これらの凹部を対向させることで開口を設ける構成などとしてもよい。また、複数の断熱材５１１Ｂにより各配管に対応する開口を個別に設ける構成などとしてもよい。
【００９５】
そして、上記実施の形態では、断熱材５１１Ｂは略半円弧状に形成され、一対の断熱材５１１Ｂを内周面が外装ケースの外周面に接する状態に対向させて断熱部５００が形成される構成を示したが、例えば、複数の円弧状断熱材５１１Ｂを外装ケースの外周面に沿って周方向に連続して配設して断熱部５００を形成する構成などとしてもよい。
【００９６】
また、下部断熱部５１０の配管下凹部５１２と、中間断熱部５２０の配管上凹部５２２とにて、配管のための開口を設ける構成を例示したが、例えば下部断熱部５１０または中間断熱部５２０のいずれかに配管のための凹部を設ける構成としてもよい。なお、いずれか一方に設ける場合には、組立性の点で、中間断熱部５２０に設ける構成とすることが好ましい。
【００９７】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、灯油などの液体燃料や液化石油ガスなどの炭化水素原料ガスなど、炭化水素原料を含有する原料ガスを用いて、改質触媒中でバーナによる加熱で水素ガスを含有する改質ガスを生成させる改質処理に利用できる。特に、燃料電池システムにおける改質器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】前記燃料電池システムにおける改質ユニットの概略構成を示す側面断面図である。
【図３】前記改質ユニットの改質部の改質外装ケース内の概略構成を示す側面断面図である。
【図４】前記改質ユニットの改質部を示す底面図である。
【図５】前記改質部の燃焼室部の概略構成を示す側面断面図である。
【図６】前記改質部の整流管を示す側面断面図である。
【図７】前記改質容器の外側筒状体に取り付けられた保持リング部を示す平面図である。
【図８】前記改質ユニットの熱交換装置を示す側面図である。
【図９】前記改質ユニットの配管部の配管外装ケースを示す側面断面図である。
【図１０】前記配管外装ケースを示す平面断面図である。
【図１１】前記改質ユニットのユニット本体部の配管部における配管状態を示す一部を切り欠いた平面図である。
【図１２】前記改質ユニットのＣＯ除去部のＣＯ除去外装ケースを示す側面断面図である。
【図１３】前記ＣＯ除去部のＣＯ変成器を示す側面図である。
【図１４】前記ＣＯ変成器を示す一部を切り欠いた正面図である。
【図１５】前記ＣＯ変成器を示す平面図である。
【図１６】前記ＣＯ除去部のＣＯ選択酸化器を示す側面図である。
【図１７】前記ＣＯ選択酸化器を示す一部を切り欠いた正面図である。
【図１８】前記ＣＯ選択酸化器を示す平面図である。
【図１９】前記ＣＯ選択酸化器の区画板を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００……燃料電池システム
１１１……炭化水素原料である液体燃料
１３０……脱硫器
１５１……バーナとしてのバーナユニット
２００……燃料電池
２１０……酸素含有気体供給手段としてのブロワ
３００……改質ユニット
５００……断熱部
５１１Ｂ…断熱部材としての断熱材
５４０……カバープレートとしてのシェル
６１０……ケース体を構成する改質外装ケース
６２０……改質器
７１０……ケース体を構成する配管外装ケース
８１０……ケース体を構成するＣＯ除去外装ケース
８１２……断熱材支持部
８２０……ＣＯ変成器
８３０……ＣＯ選択酸化器
【図１】
2008192435.tif 000003
【図２】
2008192435.tif 000004
【図３】
2008192435.tif 000005
【図４】
2008192435.tif 000006
【図５】
2008192435.tif 000007
【図６】
2008192435.tif 000008
【図７】
2008192435.tif 000009
【図８】
2008192435.tif 000010
【図９】
2008192435.tif 000011
【図１０】
2008192435.tif 000012
【図１１】
2008192435.tif 000013
【図１２】
2008192435.tif 000014
【図１３】
2008192435.tif 000015
【図１４】
2008192435.tif 000016
【図１５】
2008192435.tif 000017
【図１６】
2008192435.tif 000018
【図１７】
2008192435.tif 000019
【図１８】
2008192435.tif 000020
【図１９】
2008192435.tif 000021