(57)【要約】【課題】各種原料を用いて水素ガスを生成できる改質器を備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】気化器６３０で脱硫後の液体燃料を熱交換装置６４０からの水蒸気と混合し原料ガス供給管６２２Ｓから改質容器６２２内へ供給する。改質容器６２２内の圧力が所定の圧力値以上になった場合、安全弁が作動し、改質容器６２２内の気相成分を原料ガス供給管６２２Ｓの原料戻し部から原料戻し管７３０を介して流出する。脱硫後の炭化水素原料ガスを原料戻し管７３０から供給し原料戻し部６２２Ｓ２で熱交換装置６４０からの水蒸気と混合し、原料ガス供給管６２２Ｓから改質容器６２２内へ供給する。１つの装置構成で異なる原料を利用できる。改質容器６２２内の気相成分をリークさせる原料戻し管７３０を利用して、炭化水素原料ガスを供給でき、構成を簡略化できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱硫処理された液体燃料および脱硫処理された炭化水素原料ガスのうちの少なくともいずれか一方を、水蒸気とともに改質触媒中で加熱して水素ガス（Ｈ2）を含有する改質ガスを生成させる改質器を備えた改質ガス製造装置であって、
脱硫処理された液体燃料を供給する液体燃料供給経路と、
加熱装置を備え前記加熱装置にて加熱される前記改質触媒を内部に充填する改質器と、
供給される水を前記加熱装置にて加熱して前記水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、
前記改質器に設けられ前記改質器内の圧力が所定の圧力値以上になると前記改質器内の気相成分を前記改質器外へ流出させる安全弁を有した原料戻し管と、
この原料戻し管に接続され前記脱硫処理された炭化水素原料ガスを前記改質器へ供給する原料ガス供給経路と、
前記脱硫処理された前記液体燃料に前記水蒸気生成手段で生成した水蒸気を混合して前記改質器へ供給するとともに、前記水蒸気生成手段で生成した水蒸気を前記原料ガス供給経路から前記原料戻し管を介して供給される前記炭化水素原料ガスと合流させて前記改質器へ供給させる水蒸気混合手段と、
を具備したことを特徴とした改質ガス製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の改質ガス製造装置であって、
前記原料戻し管は、一端が前記改質器内に連通して前記改質器に接続され、
前記水蒸気混合手段は、前記原料戻し管に接続され、前記原料戻し管を介して前記水蒸気が混合された前記液体燃料を前記改質器へ供給するとともに、前記原料戻し管を流通し前記改質器へ供給される前記炭化水素原料に前記水蒸気を混合させる
ことを特徴とした改質ガス製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載の改質ガス製造装置であって、
前記水蒸気混合手段は、前記原料戻し管における前記改質器に接続する位置と前記安全弁との間に位置して接続された
ことを特徴とした改質ガス製造装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の改質ガス製造装置であって、
前記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、を具備し、
前記水蒸気生成手段は、
冷却水が供給される給水管と、
この給水管に接続され前記ＣＯ選択酸化器内に配設されて前記ＣＯ選択酸化触媒を冷却するＣＯ選択酸化冷却管と、
このＣＯ選択酸化冷却管に連結され前記ＣＯ変成器内に配設されて前記ＣＯ変成触媒を冷却するとともに冷却により生成する水蒸気を前記水蒸気混合手段へ供給するＣＯ変成冷却管と、を備えた
ことを特徴とした改質ガス製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の改質ガス製造装置であって、
前記改質器、前記ＣＯ変成器、前記ＣＯ選択酸化器、前記水蒸気生成手段および前記水蒸気混合手段を一体的に収容する外装ケースを具備した
ことを特徴とした改質ガス製造装置。
【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ガス製造装置であって、
前記原料戻し管は、前記外装ケースを貫通して前記外装ケース外へ延設され、流出する前記改質器内の気相成分を貯溜する受け部を備えた
ことを特徴とした改質ガス製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載の改質ガス製造装置であって、
前記受け部は、前記水蒸気が凝縮可能に設けられ、外部から前記水蒸気の凝縮により生成する水を目視可能な窓部を有した
ことを特徴とした改質ガス製造装置。
【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ガス製造装置と、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記改質ガス製造装置で生成された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、液体燃料および炭化水素原料ガスから改質ガスを生成させる改質ガス製造装置およびこの改質ガス製造装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素ガスを生成して燃料電池で発電させる燃料電池システムとして、例えば都市ガスなどの燃料ガスを原料とした構成や、灯油などの液体燃料を原料とした構成など、各種構成が知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
特許文献１に記載のものは、燃焼部により加熱された燃料改質部で、脱硫器で脱硫したのちに昇圧器で昇圧され燃料供給手段から供給される炭化水素燃料ガスと水供給手段から供給される純水とにより水素ガスを発生させる。この水素ガスをアノード極へ供給させ、酸素含有気体供給手段からカソード極へ空気を供給し、発電させる構成が採られている。
特許文献２に記載のものは、脱硫器で脱硫した液体燃料を補助タンクへ空にならないように供給し、この補助タンクから改質器へ原料を供給させる。そして、改質器で加熱しつつ改質して水素ガスを発生させ、燃料電池へ空気とともに供給して発電させる構成が採られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２４７９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５１６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば燃料電池システムを家庭用に設計して設置した場合において、例えば震災など、都市ガスの供給ラインが寸断されたり、プロパンガスなどのボンベや灯油の配送のための道路が寸断されたりするなどにより、原料が得られなくなる。このように、上述した特許文献１または特許文献２に記載のような従来の燃料電池システムでは、原料の供給が遮断されることで、水素ガスの生成ができず、電力を供給できなくなる。
また、例えば都市ガスが供給されていない地域では、特許文献１に記載のような都市ガスを利用するシステムを利用できないこととなる。このため、地域毎に対応した複数種の燃料電池システムを製造する必要があり、製造効率の向上が図りにくい。
【０００５】
本発明の目的は、このような点に鑑みて、各種原料を用いて水素ガスを生成できる改質ガス製造装置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】
【０００６】
本発明に記載の改質ガス製造装置は、脱硫処理された液体燃料および脱硫処理された炭化水素原料ガスのうちの少なくともいずれか一方を、水蒸気とともに改質触媒中で加熱して水素ガス（Ｈ2）を含有する改質ガスを生成させる改質器を備えた改質ガス製造装置であって、脱硫処理された液体燃料を供給する液体燃料供給経路と、加熱装置を備え前記加熱装置にて加熱される前記改質触媒を内部に充填する改質器と、供給される水を前記加熱装置にて加熱して前記水蒸気を生成する水蒸気生成手段と、前記改質器に設けられ前記改質器内の圧力が所定の圧力値以上になると前記改質器内の気相成分を前記改質器外へ流出させる安全弁を有した原料戻し管と、この原料戻し管に接続され前記脱硫処理された炭化水素原料ガスを前記改質器へ供給する原料ガス供給経路と、前記脱硫処理された前記液体燃料に前記水蒸気生成手段で生成した水蒸気を混合して前記改質器へ供給するとともに、前記水蒸気生成手段で生成した水蒸気を前記原料ガス供給経路から前記原料戻し管を介して供給される前記炭化水素原料ガスと合流させて前記改質器へ供給させる水蒸気混合手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、液体燃料供給経路から供給される脱硫処理された液体燃料を、水蒸気混合手段により水蒸気生成手段で生成した水蒸気と合流すなわち混合して改質器へ供給させ、Ｈ2を含有する改質ガスを生成させる。また、原料ガス供給経路から供給される脱硫処理された炭化水素原料ガスを、改質器内の圧力が所定の圧力値以上になった場合に改質器内の気相成分を改質器外へ流出させる安全弁を有した原料戻し管を介して改質器へ供給させるとともに、水蒸気混合手段により改質器へ供給される炭化水素原料ガスとともに水蒸気生成手段で生成した水蒸気を改質器へ供給させる。
このことにより、仮に液体燃料または炭化水素原料ガスのいずれか一方の供給ができない状態となっても、いずれか他方で改質ガスを生成でき、安定して改質ガスを生成できるとともに、１つの装置構成で、液体燃料および炭化水素原料ガスの双方を利用できることから、装置構成が共通となり、製造性の向上が得られる。また、供給している液体燃料または炭化水素原料ガスと異なる供給側での液体燃料を脱硫するための装置または炭化水素原料ガスを脱硫するための装置の保守点検や脱硫剤の交換なども可能となり、保守点検のために運転を中断する必要もなく、良好に改質ガスの生成ができる。また、例えば、液体燃料と炭化水素原料ガスとの原料価格に基づいて、いずれか一方を改質ガスの原料として利用する制御も容易に得られる。そして、例えば改質器内の閉塞などにより改質器内の圧力が所定の圧力値以上になった場合に改質器内の気相成分を改質器外へ流出、すなわちリークさせる安全弁を備えた原料戻し管を利用して、炭化水素原料ガスを供給させるので、安全弁機構と炭化水素原料ガスの供給経路とが共用され、異なる原料を供給する構成の簡略化が得られ、製造性の向上や小型化が容易に図れる。
【０００７】
そして、本発明では、請求項１に記載の改質ガス製造装置であって、前記原料戻し管は、一端が前記改質器内に連通して前記改質器に接続され、前記水蒸気混合手段は、前記原料戻し管に接続され、前記原料戻し管を介して前記水蒸気が混合された前記液体燃料を前記改質器へ供給するとともに、前記原料戻し管を流通し前記改質器へ供給される前記炭化水素原料に前記水蒸気を混合させる構成とすることが好ましい。
この発明では、安全弁が設けられ一端が改質器内に連通して改質器に接続された原料戻し管に水蒸気混合手段を接続し、水蒸気が混合された液体燃料を原料戻し管から改質器へ供給させたり、原料戻し管を介して改質器へ供給される炭化水素原料に水蒸気を合流すなわち混合させたりする。
このことにより、脱硫処理された液体燃料と水蒸気との混合原料、あるいは、脱硫処理された炭化水素原料ガスと水蒸気との混合原料、さらには、脱硫処理された液体燃料および炭化水素原料ガスと水蒸気との混合燃料を、改質器へ供給させて改質ガスを生成させる構成が、原料戻し管に水蒸気混合手段を接続する簡単な構成で容易に得られ、水蒸気が略均一に混合された液体燃料や炭化水素原料ガスの供給が得られ、安定した改質ガスの生成が容易に得られる。
【０００８】
さらに、本発明では、請求項２に記載の改質ガス製造装置であって、前記水蒸気混合手段は、前記原料戻し管における前記改質器に接続する位置と前記安全弁との間に位置して接続された構成とすることが好ましい。
この発明では、原料戻し管における改質器に接続する位置と、安全弁との間に位置して、水蒸気混合手段を接続している。
このことにより、水蒸気が略均一に混合された液体燃料や炭化水素原料ガスの供給が得られ、安定した改質ガスの生成が容易に得られる構成が、容易に得られる。
【０００９】
また、本発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の改質ガス製造装置であって、前記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、を具備し、前記水蒸気生成手段は、冷却水が供給される給水管と、この給水管に接続され前記ＣＯ選択酸化器内に配設されて前記ＣＯ選択酸化触媒を冷却するＣＯ選択酸化冷却管と、このＣＯ選択酸化冷却管に連結され前記ＣＯ変成器内に配設されて前記ＣＯ変成触媒を冷却するとともに冷却により生成する水蒸気を前記水蒸気混合手段へ供給するＣＯ変成冷却管と、を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、水蒸気生成手段として、改質器で生成した改質ガスが供給され改質ガス中のＣＯをＣＯ変成触媒によりＣＯ2に変成するＣＯ変成器内に設けたＣＯ変成冷却管と、ＣＯ変成器で処理された改質ガスが供給され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選択酸化器内に設けたＣＯ選択酸化冷却管とを連結し、給水管から冷却水をＣＯ選択酸化冷却管へ供給させる構成を設ける。この水蒸気生成手段における冷却水の供給により、ＣＯ選択酸化触媒およびＣＯ変成触媒が冷却されて過熱が防止されるとともに、冷却時に生成する水蒸気を、改質器で改質の際の水蒸気として水蒸気混合手段へ供給させる。
このことにより、発熱反応のＣＯ変成およびＣＯ選択酸化時の冷却水による冷却により、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器の過熱を防止でき、安定した改質ガスの供給が得られるとともに、熱交換にて冷却水から生成した水蒸気を改質処理の際に利用する水蒸気として利用するので、熱エネルギを有効利用でき、熱効率を向上できる。
【００１０】
さらに、本発明では、請求項４に記載の改質ガス製造装置であって、前記改質器、前記ＣＯ変成器、前記ＣＯ選択酸化器、前記水蒸気生成手段および前記水蒸気混合手段を一体的に収容する外装ケースを具備した構成とすることが好ましい。
この発明では、改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ選択酸化器、水蒸気生成手段および水蒸気混合手段を外装ケース内に一体的に収容する。
このことにより、改質器の加熱装置による改質処理時の熱エネルギの断熱・保温やＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器の暖気、さらには加熱装置の熱エネルギを利用した水蒸気生成手段での水蒸気の生成など、熱エネルギの損失を防止してエネルギ効率を向上させる構成が容易に得られる。
【００１１】
そして、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ガス製造装置であって、前記原料戻し管は、前記外装ケースを貫通して前記外装ケース外へ延設され、流出する前記改質器内の気相成分を貯溜する受け部を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、外装ケースを貫通して外装ケース外へ延設した原料戻し管に、流出する改質器内の気相成分を貯溜する受け部を設ける。
このことにより、安全弁の作動により改質器内の水蒸気が混合された液体燃料や炭化水素原料ガス、さらには改質ガスあるいは分解された液体燃料や炭化水素原料ガスなどの気相成分を受け部にて回収するので、大気への気相成分の流出による環境への悪影響を防止するとともに、原料の回収による効率化が容易に得られる。
ここで、気相成分としては、気相成分から凝縮した液相分も含むものである。
【００１２】
さらに、本発明では、請求項６に記載の改質ガス製造装置であって、前記受け部は、前記水蒸気が凝縮可能に設けられ、外部から前記水蒸気の凝縮により生成する水を目視可能な窓部を有した構成とすることが好ましい。
この発明では、改質器からの気相成分を貯溜する受け部として、水蒸気が凝縮可能に設けるとともに、水蒸気の凝縮により生成する水を目視可能な窓部を設ける。
このことにより、定期点検などにより、安全弁が作動したか否かなどの確認が簡単な構成で容易に得られる。
【００１３】
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ガス製造装置と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記改質ガス製造装置で生成された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、各種原料を用いて水素ガスを含有する改質ガスを生成できる請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の改質ガス製造装置で生成した水素ガスと、酸素含有気体供給手段から供給される酸素含有気体とを利用して、燃料電池にて発電する。
このことにより、原料に限られることなく安定して燃料電池で発電でき、家庭用としても好適で、安定した電力供給ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔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。
【００１５】
（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、原料供給手段２２０と、改質ユニット３００と、燃料電池２００と、酸素含有気体供給手段２１０と、などを備えている。
【００１６】
原料供給手段２２０は、燃料ガスの原料である例えば灯油などの液体燃料１１１、炭化水素原料ガスである都市ガスおよびＬＰＧのいずれかを切り替えて供給する。
具体的には、原料供給手段２２０は、液体燃料供給経路２２１と、原料ガス供給経路２２２と、を備えている。
【００１７】
液体燃料供給経路２２１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、第一脱硫器１３０が接続されている。
第一脱硫器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。この第一脱硫器１３０には液体燃料供給バルブ１３１Ａを有した液体燃料供給管１３１を介して改質ユニット３００が接続され、脱硫処理した液体燃料１１１を改質ユニット３００へ供給する。なお、第一脱硫器１３０には、脱硫処理した液体燃料１１１を一時的に貯溜するバッファタンクなどを備えていてもよい。また、第一脱硫器１３０としては、加熱しつつ吸着により脱硫する構成の他、例えば常温にて脱流したり、常温脱硫と加熱脱硫との複数の脱硫器にて構成したりしてもよい。
【００１８】
原料ガス供給経路２２２は、例えば都市ガスやＬＰＧなどの炭化水素原料ガスである原料ガスが供給される原料ガス配管１４１を備えている。この原料ガスガス配管１４１は、各家庭に分岐配設された図示しない都市ガスの供給管であるいわゆるガス管やＬＰＧのボンベであるいわゆるプロパンガスボンベなどに接続される配管で、元バルブ１４１Ａを有している。なお、原料ガスとしては、都市ガスやいわゆるプロパンガスであるＬＰＧの他、ブタンガスなど、各種炭化水素原料ガスが利用できる。そして、原料ガス配管１４１には第二脱硫器１４２が接続され、原料ガス配管１４１は元バルブ１４１Ａの開状態により原料ガスを第二脱硫器１４２へ流通させる。
第二脱硫器１４２は、気相吸着法により原料ガス中に含有される硫黄化合物を吸着除去する脱硫処理を実施する。この第二脱硫器１４２には原料ガス供給バルブ１４３Ａを有した原料ガス供給管１４３を介して改質ユニット３００が接続され、脱硫処理した原料ガスを改質ユニット３００へ供給する。
なお、原料ガス供給経路２２２としては、例えば１つの経路を例示するが、例えば都市ガス用とＬＰＧ用とを並設した構成としたり、都市ガスとＬＰＧとを１つの第二脱硫器１４２にて適宜切り替えて脱硫処理して供給する構成としたりしてもよい。
【００１９】
改質ユニット３００は、詳細は後述するが、水蒸気混合手段としての気化器、水蒸気生成手段としての熱交換装置、改質器、ＣＯ変成手段としてのＣＯ変成器およびＣＯ除去手段としてのＣＯ選択酸化器などを備えている。
気化器は、第一脱硫器１３０および第二脱硫器１４２に接続され、脱硫処理された液体燃料１１１や原料ガスが流入される。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第一脱硫器１３０から流出する液体燃料１１１や第二脱硫器１４２から流出する原料ガスと混合させて気化させ、液体燃料１１１あるいは原料ガスと水蒸気との水蒸気混合ガスを生成する。
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、詳細は後述するように、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。
【００２０】
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や水蒸気が混合された混合原料ガスなどの水蒸気混合ガスを、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加熱装置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、各種加熱装置が利用できる。
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あるいは原料ガスまたは適宜燃料ガスを燃焼させ、この燃焼による熱にて水蒸気混合ガス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１６０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。
【００２１】
また、改質ユニット３００の改質器には、ＣＯ変成手段としてのＣＯ変成器およびＣＯ除去手段としての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、あるいは別体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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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や原料ガスの流量制御やバルブの開閉、第一脱硫器１３０や第二脱硫器１４２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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
改質部６００は、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、図示しない連結取付部材としての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、バーナ取付部材としての例えば取付ボルト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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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を略均一に水蒸気混合ガスが流通する状態に充填層を設けるなどしてもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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へ水蒸気混合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、水蒸気混合手段としての気化器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。
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。
【００３７】
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。
【００３８】
そして、安全弁と、原料戻し管７３０と、原料戻し部６２２Ｓ２とにより、本発明の原料戻し管が構成される。また、上述した液体燃料供給経路２２１および原料ガス供給経路２２２と、改質器６２０、気化器６３０および熱交換装置６４０とにて、本発明の改質ガス製造装置が構成される。なお、本発明では、原料ガス供給管６２２Ｓに設けて説明したが、気化液体燃料を改質器６２０へ供給する経路とは別経路として別途設けてもよい。
また、原料戻し部６２２Ｓ２は、気化器６３０と同様に、水蒸気混合部としても機能する。すなわち、原料戻し部６２２Ｓ２は、例えば気化器６３０を介して液体燃料１１１が混合されずに供給される水蒸気と、この原料戻し部７３０に接続される原料戻し管７３０に原料ガス供給経路２２２から供給される原料ガスとを混合して水蒸気混合ガスを生成させ、原料ガス供給部６２２Ｒへ供給する。なお、原料戻し管７３０と原料ガス供給経路２２２との接続構成としては、例えば三方弁や逆止弁などを用い、安全弁の動作にて原料戻し管７３０に流通する水蒸気混合ガスや改質ガスなどを原料ガス供給経路２２２へは流入させずに受け部などに回収させ、原料ガスを供給する場合には、原料ガスが受け部などへ流入することなく原料戻し部６２２Ｓへ供給可能に構成させる。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
ＣＯ除去部８００は、図２に示すように、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、外周面に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に取付部材としての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ＣＯ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＣＯ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。
【００４５】
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。なお、断熱部５００は、シェル５４０を有しない構成としてもよい。
下部断熱部５１０は、例えば断熱材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。
【００４６】
〔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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
(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。なお、本実施形態では、液体燃料１１１を主要原料として用いて燃料電池２００で発電させる構成を例示する。
【００５１】
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あるいは原料ガス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。
【００５２】
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、第一脱硫器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を第一脱硫器１３０へ、例えば約３００［ｍｌ／時間］で供給する。
【００５３】
この第一脱硫器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、水蒸気混合ガス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、水蒸気混合ガスは、改質器６２０で水素リッチな燃料ガスに改質される。
一方、制御装置は、例えば液体燃料貯溜タンク１１０内の液体燃料１１１の残量が十分ではないことを液量計などにより検出した場合には、適宜バルブを切り替えて、原料ガスを第二脱硫器１４２へ供給させて脱硫処理させる。そして、この脱硫処理した原料ガスを、原料戻し管７３０から原料戻し部６２２Ｓ２で気化器６３０から供給される水蒸気と混合させ、水蒸気混合ガスとして原料ガス供給部６２２Ｒから改質容器６２２へ供給させ、水素リッチな燃料ガスに改質させる。
そして、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。
【００５４】
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側の余った水素分を含む燃料ガスは、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。
【００５５】
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。
また、原料ガスを供給して発電させている場合には、安全弁の作動により、脱硫されて原料戻し管７３０へ供給される原料ガスは気化器６３０からの水蒸気とともに受け部などに回収される。
【００５６】
〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記一実施形態では、液体燃料供給経路２２１から供給される脱硫処理された液体燃料１１１を、熱交換装置６４０やＣＯ変成冷却管８２４およびＣＯ選択酸化冷却管８３４で生成した水蒸気と気化器６３０により混合して改質容器６２２へ供給させ、Ｈ2を含有する改質ガスを生成させる。また、原料ガス供給経路２２２から供給される脱硫処理された炭化水素原料ガスを、改質容器６２２内の圧力が所定の圧力値以上になった場合に改質容器６２２内の気相成分、すなわち水蒸気が混合された液体燃料１１１や炭化水素原料ガスである水蒸気混合ガスさらには改質ガスあるいは分解された液体燃料１１１や炭化水素原料ガスなどを改質容器６２２外へ流出させる安全弁を有した原料ガス供給管６２２Ｓから原料戻し部６２２Ｓ２および原料戻し管７３０を介して、改質容器６２２へ供給させるとともに、気化器６３０により改質容器６２２へ供給される炭化水素原料ガスと熱交換装置６４０などで生成した水蒸気とを合流すなわち混合して改質容器６２２へ供給させる。
このため、仮に液体燃料１１１または炭化水素原料ガスのいずれか一方の供給ができない状態となっても、いずれか他方で改質ガスである燃料ガスを生成でき、安定して燃料ガスを生成できるとともに、１つの装置構成で、異なる原料である液体燃料１１１および炭化水素原料ガスの双方を利用できることから、装置構成が共通となり、製造性の向上が得られ、燃料電池システム１００のさらなる汎用性を向上できる。また、供給している液体燃料１１１や炭化水素原料ガスと異なる供給側での液体燃料１１１を脱硫するための装置である第一脱硫器１３０や炭化水素原料ガスを脱硫するための装置である第二脱硫器１４２の保守点検や脱硫剤の交換なども可能となり、保守点検のために運転を中断する必要もなく、良好に燃料ガスの生成ができる。また、例えば、液体燃料１１１と炭化水素原料ガスとの原料価格と発電量などに基づいて、いずれか一方を燃料ガスの原料として利用する制御も容易に得られる。そして、例えば改質容器６２２内の閉塞などにより改質容器６２２内の圧力が所定の圧力値以上になった場合に改質容器６２２内の気相成分を改質容器６２２外へ流出、すなわちリークさせる安全弁を備えた原料戻し管７３０へ、原料ガス供給管６２２Ｓから原料戻し部６２２Ｓ２を介して流通させる流路を利用して、炭化水素原料ガスを供給させるので、安全弁機構と炭化水素原料ガスの供給経路とを共用でき、異なる原料を供給する構成の簡略化が得られ、製造性の向上や小型化が容易に得られる。
そして、原料ガス供給部６２２Ｒの改質容器６２２の内部空間に連通し水蒸気が混合された液体燃料１１１を原料ガス供給部６２２Ｒへ供給する原料ガス供給管６２２Ｓにおける気化器６３０と、改質容器６２２との接続位置との間に、原料戻し管７３０が接続される原料戻し部６２２Ｓ２を設けた構成としている。
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の閉塞などにより水蒸気混合ガス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。さらには、改質容器６２２内の気相成分を流出させる経路を構成する原料ガス供給管６２２Ｓの原料戻し部６２２Ｓ２に気化器６３０を接続する構成としているので、原料戻し部６２２Ｓ２に気化器６３０を接続する簡単な構成で、脱硫処理された液体燃料１１１および炭化水素原料ガスの少なくともいずれか一方と水蒸気との水蒸気混合ガスを改質容器６２２へ供給させて燃料ガスを生成させる構成が得られ、水蒸気が略均一に混合された液体燃料１１１や炭化水素原料ガスの供給が容易に得られ、安定した燃料ガスの生成が容易に得られる。
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。
【００５７】
そして、原料戻し管７３０に受け部を設けることで、改質容器６２２内の気相成分を例えば単に改質ユニット３００外へ流出させることによる環境への悪影響を防止できるとともに、回収した気相成分を再び改質に利用するなど、効率化が容易に得られ。
さらに、受け部に目視可能な窓部を設けることで、例えば定期点検などにより、安全弁が作動したか否かなどの確認が簡単な構成で容易に得られる。また、センサなどにより貯溜状態を検出するなどの構成を設けることで、安全弁の作動を検出して例えば利用者に報知するなどにより、より容易に安全弁の作動状態を認識することができ、迅速な保守点検の対応による効率的な燃料ガスの製造や装置の損傷などの不都合の防止などが得られる。
【００５８】
さらに、上記一実施形態では、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、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を中間部の配管部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。
【００５９】
また、上記一実施形態では、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。
【００６０】
そして、上記一実施形態では、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、燃料ガスを燃料電池２００へ安定して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。
【００６１】
また、上記一実施形態では、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。
【００６２】
そして、上記一実施形態では、改質ユニット３００を、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内に収容した一体構成としている。
このため、改質ユニット３００が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。
【００６３】
また、上記一実施形態では、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は、外周面が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。
【００６４】
また、上記一実施形態では、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、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。
【００６５】
そして、上記一実施形態では、改質ユニット３００の断熱部５００として、略円筒状のブロック形状としている。
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、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。
【００６６】
さらに、上記一実施形態では、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。
【００６７】
また、上記一実施形態では、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。
【００６８】
さらに、上記一実施形態では、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。
【００６９】
また、上記一実施形態では、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。
【００７０】
そして、上記一実施形態では、断熱部５００として、いわゆる半割形状のブロック体にて略円筒状に構成している。
このため、中間位置から配管が延設されたユニット本体部４００を組立形成して断熱する構成が容易に得られる。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。
さらには、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にて断熱部５００を構成しているので、中間位置に配管部７００を備えた構成でも、容易に組立形成できる。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。
【００７１】
また、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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
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。
【００７４】
また、上記一施形態では、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
〔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。
【００８１】
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。
さらに、ＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０を対向する状態に配設したが、例えばＣＯ変成器８２０およびＣＯ選択酸化器８３０が上下方向に位置する状態に配設したり、いずれか一方を円柱状に形成し、いずれか他方を一方の外周側に環状に配設される状態に形成するなどしてもよい。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
そして、改質ユニット３００の上端部に位置してバーナユニット１５１を設けて説明したが、上端に限らず、例えば上部ケース６１２の周面となる上部に位置して配設するなどしてもよい。
また、下方に向けて燃焼ガスを噴出する状態にバーナユニット１５１を配設したが、外周側から内周側に噴出させたり、外周側から周方向に渦流となるように噴出させたりするなどしてもよい。
同様に、排ガス口８１１ＣをＣＯ除去外装ケース８１０の下部胴体部８１１に開口形成したが、例えばＣＯ除去外装ケース８１０の底板部８１３に開口形成して排ガス管８４０を下部胴体部８１１の底板部８１３より下端側から延設させるなどしてもよい。すなわち、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の配線のために底板部８１３にて上げ底状となっている部分を利用してもよい。
そして、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を管材にて形成したが、管材にて形成する構成に限らず、例えば鋳造形成したもの、鋼板からプレス加工したものなど、各種構成を利用できる。
さらに、外装ケースとしては、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にて構成する他に、例えば改質外装ケース６１０、配管外装ケース７１０およびＣＯ除去外装ケース８１０が一連となる一体構成としたり、２つあるいは４つ以上の部材を連結して構成したりするなどしてもよい。
また、各配管として、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を鉛直方向の中間部である配管部７００に集めた構成としたが、下部や上部など、底面から配管しない構成であればよい。さらには、各配管を中間部に集める構成に限らず、例えば排ガス管８４０のように、上部や下部に適宜配管してもよい。
【００８５】
また、液体燃料１１１を主要原料として発電する構成を例示したが、例えば原料ガスを主要原料として用い、例えば災害などで都市ガスが供給されない状態やＬＰＧのボンベ残量が少ないなどにより原料ガスの供給が得られない場合に、制御装置がその旨を流量計や圧力計などにより検出し、適宜バルブを切り替えて原料ガスに代えて液体燃料１１１を供給して上述したように発電させてもよい。
さらに、利用者の手動切替により、液体燃料１１１と原料ガスとを適宜切り替えて供給させ発電させたり、液体燃料１１１と原料ガスとの燃料費と発電量とに基づいて、制御装置が自動的に供給させる原料を切り替えたりしてもよい。
【００８６】
そして、原料ガス供給管６２２Ｓに気化器６３０と原料戻し部６２２Ｓ２を設けて、液体燃料１１１と炭化水素原料ガスとの改質容器６２０への供給経路が一部共通する構成としたが、例えば水蒸気混合ガスの改質容器６２２への供給経路と、安全弁が作動して改質容器６２２内の気相成分を流出させる原料戻し管７３０を有する経路とが、それぞれ別々の配管構成としてもよい。なお、原料ガス供給管６２２Ｓの一部共通により、より構成の簡略化が得られるとともに、異なる原料でも水蒸気を混合させる構成が容易に得られ、構成の簡略化による小型化や製造性の向上なども容易に得られるので好ましい。
【００８７】
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。
【００８８】
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】
【００８９】
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】
【００９０】
【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】
【００９１】
１００………燃料電池システム
１１１………液体燃料
１３０………第一脱硫器
１４２………第二脱硫器
１５１………バーナであるバーナユニット
２００………燃料電池
２１０………酸素含有気体供給手段としてのブロワ
２２１………液体燃料供給経路
２２２………原料ガス供給経路
３００………改質ユニット
６１０………外装ケースを構成する改質外装ケース
６２０………改質器
６２２Ｓ……原料戻し管を構成する原料ガス供給管
６２２Ｓ２…原料戻し管を構成する原料戻し部
６３０………水蒸気混合手段としての気化器
６４０………水蒸気生成手段としての熱交換装置
７１０………外装ケースを構成する配管外装ケース
７３０………原料戻し管
７７０………給水管としての冷却水管
８１０………外装ケースを構成するＣＯ除去外装ケース
８２０………ＣＯ変成器
８２４………水蒸気生成手段としても機能するＣＯ変成冷却管
８３０………ＣＯ選択酸化器
８３４………水蒸気生成手段としても機能するＣＯ選択酸化冷却管
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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