(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料燃料と改質剤とを導入し、該原料燃料を改質して改質ガスを生成する改質部と；
前記改質部で改質された前記改質ガスを導入し、該改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスを生成する一酸化炭素低減部と；
前記改質部と前記一酸化炭素低減部とを階層状に収容する容器と；
前記容器を覆う断熱材と；
前記断熱材を覆う、階層方向に分割された被覆シートであって、分割された該被覆シートの間に熱伝導防止構造を有する被覆シートとを備える；
燃料処理装置。
【請求項２】
前記熱伝導防止構造は、前記分割された被覆シート同士が実質的に非接触の構造である；
請求項１に記載の燃料処理装置。
【請求項３】
前記一酸化炭素低減部は、前記改質ガスを導入し該改質ガスを変成して変成ガスを生成する変成部であって変成反応を早める高温変成部と該改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する低温変成部とを有する変成部と、該変成ガスを導入し該変成ガス中の一酸化炭素を酸化し除去して一酸化炭素低減ガスを生成する選択酸化部とを含んで構成される；
請求項１または請求項２に記載の燃料処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料処理装置と；
前記一酸化炭素低減ガスを導入する燃料極と、酸化剤ガスを導入する空気極とを有し、該一酸化炭素低減ガスと該酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える；
燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料処理装置及び燃料電池発電システムに関し、特に高温部から低温部への熱伝導により高温部における放熱量が増加することを抑制する燃料処理装置、及びこの燃料処理装置を備える燃料電池発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境保全意識の高まりを背景に、発電効率が高く、排熱も利用でき、他の発電装置と比べると低騒音・低振動で環境にやさしい燃料電池発電システムの普及が期待されている。燃料電池発電システムは、原料燃料が都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ、灯油等の場合は原料燃料を改質して水素に富む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、燃料処理装置で生成された燃料ガスを燃料極に供給すると共に空気等の酸素を含む酸化剤ガスを空気極に供給して水素と酸素との電気化学的反応により発電する燃料電池とを備えている。
【０００３】
ところで、原料燃料を改質して燃料ガスを生成する燃料処理装置は、その運転中に約１００℃から８００℃の温度に達する。燃料処理装置は反応の目的に応じて、例えば、上流側から改質部、変成部、選択酸化部等いくつかの部分に分かれている。そしてこの分かれた部分はそれぞれ反応温度が異なり、通常は原料燃料が導入される改質部が最も温度が高く、原料燃料の反応工程が進むにつれて温度が低くなり、燃料ガスが生成され導出される選択酸化部の温度が最も低い。いずれにしても運転中に平常の外気温度よりも高温になる燃料処理装置は、反応効率及び安全性の観点から外周が断熱材で覆われ、その外周に断熱材の補強と輻射熱の反射を兼ねてアルミニウムや銅等の金属製の被覆シートが巻かれるのが一般的である（例えば図６参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属シートは熱伝導率が比較的高いため、温度分布を持つ燃料処理装置全体を金属シートで被覆すると、高温部における放熱量の増加を招いてしまう。そうすると燃料処理装置における改質方式が水蒸気改質方式の場合は、吸熱反応で高温を必要とする改質部に供給する熱が奪われてしまい、ひいては燃料ガス生成のための反応効率が悪化することになる。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、燃料処理装置を断熱し、これを被覆シートにより被覆しても高温部から低温部への熱伝導により高温部における放熱量が増加することを抑制する燃料処理装置、これを備える燃料電池発電システム及び断熱構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る燃料処理装置は、例えば図１に示すように、原料燃料ｍと改質剤ｓとを導入し、原料燃料ｍを改質して改質ガスを生成する改質部１１と；改質部１１で改質された改質ガスを導入し、改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを生成する一酸化炭素低減部２２と；改質部１１と一酸化炭素低減部２２とを階層状に収容する容器１６と；容器１６を覆う断熱材１８と；断熱材１８を覆う、階層方向に分割された被覆シート１９であって、分割された被覆シート１９の間に熱伝導防止構造３０を有する被覆シート１９とを備える。
【０００７】
このように構成すると、分割された被覆シートの間に熱伝導防止構造を有するので、被覆シートでの熱伝導が阻害され、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る燃料処理装置は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の燃料処理装置において、熱伝導防止構造３０は、分割された被覆シート１９同士が実質的に非接触の構造である。
【０００９】
このように構成すると、分割された被覆シート同士が実質的に非接触の状態であるので、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を確実に抑制することができる。なお、「実質的に非接触」とは、隣接する分割シート同士が隣接線のほとんどで接触していないことをいう。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明に係る燃料処理装置は、例えば図１に示すように、請求項１または請求項２に記載の燃料処理装置において、一酸化炭素低減部２２は、改質ガスを導入し改質ガスを変成して変成ガスを生成する変成部２１であって変成反応を早める高温変成部１３と改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する低温変成部１４とを有する変成部２１と、変成ガスを導入し変成ガス中の一酸化炭素を酸化し除去して一酸化炭素低減ガスｇを生成する選択酸化部１５とを含んで構成される。
【００１１】
このように構成すると、改質の過程にある原料燃料にとって最適の反応が行なわれることになり燃料ガス生成効率が向上する。また、異なる反応温度を持つ部分に対応して被覆シートを分割させることが可能になり、熱ロスがさらに少なくなる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明に係る燃料電池発電システムは、例えば図４に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料処理装置１と；一酸化炭素低減ガスｇを導入する燃料極５１と、酸化剤ガスｔを導入する空気極５２とを有し、一酸化炭素低減ガスｇと酸化剤ガスｔとの電気化学的反応により発電する燃料電池５とを備える。
【００１３】
このように構成すると、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができるので、燃料ガス生成のための反応効率の悪化を抑制することができ、効率のよい燃料電池発電システムになる。
【００１４】
また、本発明に係る断熱構造体として、例えば図１に示すように、階層方向に温度差を有する階層構造体本体１６と；階層構造体本体１６を覆う断熱材１８と；断熱材１８を覆う、階層方向に分割された被覆シート１９であって、分割された被覆シート１９の間に熱伝導防止構造を有する被覆シート１９とを備える構成としてもよい。
【００１５】
このように構成すると、分割された被覆シートの間に熱伝導防止構造を有するので、断熱構造体に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、分割された被覆シートの間に熱伝導防止構造を有するので、断熱構造体に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。断熱構造体が燃料電池に供給する燃料ガスを生成する燃料処理装置の場合は、燃料処理装置が運転されて燃料処理装置に温度分布が生じても高温部における放熱量を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１を参照して本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１を示す片側縦断面図である。燃料処理装置１は、原料燃料ｍと改質剤ｓとを導入して水素に富む改質ガスを生成する改質部１１と、改質部を加熱する加熱部１２と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して一酸化炭素低減ガスｇを水素に富む燃料ガスとして生成する一酸化炭素低減部２２とを含んで構成されている。一酸化炭素低減部２２は、改質ガス中の一酸化炭素を変成する変成部２１と、改質ガス中の一酸化炭素を除去する選択酸化部１５とを含んで構成されている。さらに変成部２１は、比較的反応温度が高い高温変成部１３と、比較的反応温度が低い低温変成部１４とを含んで構成されている。
【００１９】
改質部１１は、原料燃料ｍと改質剤ｓから改質反応により水素に富む改質ガスを生成するように構成されている。改質部１１には、改質触媒が充填されている。改質反応は、通常５５０〜８００℃の高温下において改質触媒により原料燃料ｍ中の炭化水素と水分とから、水素と二酸化炭素、一酸化炭素を生成する反応である。改質反応は、水蒸気改質の場合は吸熱反応であり、改質反応のために外部より熱を供給する必要がある。改質部１１は、改質触媒を収容した略円筒形状とするのが、強度的にも製造上も好適である。ただし、高温に保つために、その内部に、後述する加熱部１２が配置されているとよい。改質触媒は、改質反応を促進させるニッケル系やルテニウム系の触媒で、効率的な改質反応を行なう観点から粒状、円柱状、ハニカム状等の形状を有している。
【００２０】
原料燃料ｍは、都市ガス、ＬＰＧ、消化ガス、メタノール、ＧＴＬ（Ｇａｓ ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄ）、灯油等の炭化水素系の燃料が用いられる。改質剤ｓは、本実施の形態では水蒸気改質が行なわれるので水蒸気が用いられる。なお、改質剤ｓは、部分酸化改質の場合は空気が用いられ、オートサーマル方式の改質の場合は水蒸気と空気とが用いられる。
【００２１】
加熱部１２は、改質反応に必要な熱を改質部１１に供給するように構成されている。加熱部１２は、灯油、都市ガス、ＬＰＧ等の原料燃料ｍや燃料電池５のアノードオフガスｐ（図４参照）など、多種の燃料に対応できるバーナーノズルを有している。あるいはそれぞれ異なるバーナーノズルを有していてもよい。加熱部１２は、定常運転時には、燃料電池５の燃料極のオフガスであるアノードオフガスｐを燃料として燃焼空気ａ１と共に燃焼させて、改質部１１を加熱するように構成されている。原料燃料ｍが灯油などの液体であるときに備えて気化器を有していることが好ましい。加熱部１２は、改質部１１を加熱する装置であるので、改質部１１と一体で形成されることが好ましく、改質部１１の中央に配置され、加熱部１２で燃焼することにより周囲の改質部１１を加熱する構成としてもよいし、加熱部１２で燃焼した高温ガスが改質部１１の周囲に流れて改質部１１を加熱する構成としてもよく、改質部１１を加熱すればどのような構成であってもよい。なお、改質方式が水蒸気改質方式ではなく、部分酸化改質方式やオートサーマル改質方式の場合は、加熱部１２は設けなくてよい。
【００２２】
高温変成部１３は、改質部１１で生成された改質ガス中の一酸化炭素と水分との変成反応により二酸化炭素と水素を生成するように構成されている。高温変成部１３は、Ｆｅ−Ｃｒ系の変成触媒充填層を備えている。変成反応は通常１６０〜２８０℃の温度範囲で行なわれる発熱反応である。変成反応の反応温度を低くすると、変成後の改質ガスのＣＯ濃度が低くなる利点と、反応速度が遅くなる欠点があるが、高温変成部１３では比較的反応温度を高くして反応速度を早くしている。
【００２３】
低温変成部１４は、改質部１１で生成された改質ガス中の一酸化炭素と水分との変成反応により二酸化炭素と水素を生成するように構成されている。低温変成部１４は、Ｃｕ−Ｚｎ系の変成触媒充填層を備えている。上述の通り変成反応は発熱反応であり、反応温度を低くすると、変成後の改質ガスのＣＯ濃度が低くなる利点と反応速度が遅くなる欠点とがあるが、低温変成部１４では比較的反応温度を低くして変成後の改質ガスのＣＯ濃度を低くしている。すなわち、高温変成部１３で反応速度を早くし、低温変成部１４でガスのＣＯ濃度を低くすることで、総合的な変成反応の効率を高めている。変成触媒充填層は、高温変成部１３及び低温変成部１４共に、効率的な改質反応を行なう観点から、粒状、円柱状、ハニカム状等の形状を有している。
【００２４】
選択酸化部１５は、変成部２１で生成された変成ガス中の一酸化炭素を、外部より供給される空気ａ２中の酸素との一酸化炭素選択酸化反応により、さらに低減・除去するように構成されている。選択酸化部１５は、Ｐｔ−Ｒｕ系の選択酸化触媒充填層を備えている。選択酸化反応は通常１００〜２５０℃の温度範囲で行なわれる発熱反応である。選択酸化触媒充填層は、効率的な改質反応を行なう観点から、粒状、円柱状、ハニカム状等の形状を有している。
【００２５】
容器１６は、略円筒形状で、改質部１１の改質触媒充填層と高温変成部１３の変成触媒充填層と低温変成部１４の変成触媒充填層と選択酸化部１５の選択酸化触媒充填層とをここに示した順序で階層状に収容している。容器１６は、略円筒形状の軸線が鉛直方向になるように配置される。また、容器１６は、改質に必要な原料燃料ｍ及び改質剤ｓとバーナー燃焼用のアノードオフガスｐ及び燃焼空気ａ１と選択酸化反応用の空気ａ２とをそれぞれ導入する導入口を有している。また、生成した燃料ガスとしての一酸化炭素低減ガスｇとバーナーで燃焼した排ガスｅをそれぞれ導出する導出口を有している。上述の通り、ここに示した順序では、改質部１１の温度が最も高く、順に温度が低くなり、選択酸化部１５の温度が最も低い。したがって運転中の燃料処理装置１の容器１６は、改質部１１の外周部の温度が最も高く、選択酸化部１５の外周部の温度が最も低い温度勾配を持つようになる。容器１６は、典型的には、主としてステンレス鋼でできた金属製の容器で、熱伝導率はアルミニウムの１０分の１程度である。発熱反応である変成部２１及び選択酸化部１５に相当する部分を収容している容器１６の外周部分には、冷却用の水管１７が巻かれている。
【００２６】
断熱材１８は、容器１６に収容されている各触媒充填層１１、１３、１４、１５からの放熱を防ぎ、また、人が接触して火傷等を負わないために、高温になる燃料処理装置１の温度に対して十分な耐熱を有する、けい酸カルシウム等のシリカ系やロックウール系の材料で、適切な厚さのものが用いられる。断熱材１８は、略円筒状の容器１６がその外周部に隙間がなく覆われるように構成されている。
【００２７】
被覆シート１９は、断熱材１８を外傷から守り、容器１６に密着させて型崩れしないように補強し、熱を持つ容器１６からの輻射熱を反射するように構成されている。被覆シート１９は、典型的にはアルミニウムや銅でできた金属シートである。したがって、通常は熱伝導率も高い。被覆シート１９は、略円筒状の容器１６を覆った断熱材１８をさらに覆うもので、円筒状の周方向に巻かれる。被覆シート１９は、階層方向（本実施の形態における円筒状の軸方向）に３つに分割されて断熱材１８を覆うように構成されている。３つに分割された被覆シート１９のそれぞれの間には、階層方向に全周にわたって隙間３１を有している。また、断熱材１８を補強する観点から、この隙間３１を熱伝導率の低い材料で作られた被覆帯３２で覆うことが好ましい。この隙間３１の部分が熱伝導を防止する実質的な非接触の構造として構成されている。なお、隙間３１を有していることの副次的な効果として、被覆シート１９の温度変化に伴う伸縮にも対応できる。
【００２８】
なお、図２は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る燃料処理装置１の片側縦断面図であり、特に分割された被覆シート１９の間の熱伝導防止構造３０が異なっている。本変形例では、分割された被覆シート１９の間に階層方向に隙間を設けずに、例えば一方の被覆シート１９ｂに他方の被覆シート１９ａの端部が断熱シート３３を介して重なるように構成されている。熱伝導防止構造３０は、隣接する被覆シート同士が断熱シート３３を挟んで重なる構造を有しており、実質的に非接触の構造として構成されている。
【００２９】
また、図３は、本発明の第１の実施の形態の別の変形例に係る燃料処理装置１の片側縦断面図であり、特に分割された被覆シート１９の間の熱伝導防止構造３０が異なっている。本別の変形例では、図３（ａ）に示すように、被覆シート１９は、階層方向に所定間隔をあけて周方向に多数の孔３５を有している。このような被覆シート１９により断熱材１８の補強と各被覆シート１９間の熱伝導の抑制とを達成している。多数の孔３５は、円形、正方形、長方形等さまざまな形状を採用することができる。被覆シート１９間の熱伝導抑制の観点から、孔３５の大きさＷ１は、隣合う孔３５の間隔Ｗ２よりも大きい方がよい。この場合の被覆シート１９は、形式的には階層方向に分割されていないが、多数の孔３５の存在により被覆シート１９間の熱伝導が抑制されるため実質的に階層方向に分割されていると見ることができる。すなわち、ここに示す被覆シート１９も階層方向に分割されているものとする。多数の孔３５は熱伝導率が低い材料で作られた被覆帯３２で覆われている。さらに図３（ｂ）に示すように、熱伝導防止構造３０として、分割された被覆シート１９の間をスリット状の被覆シート１９１で覆うことにより、断熱材１８の補強と各被覆シート１９間の熱伝導の抑制とを達成してもよい。これら多数の孔３５を有する被覆シート１９及びスリット状の被覆シート１９１による熱伝導防止構造３０は被覆シート１９同士が実質的に非接触となるものではないが、各被覆シート１９間の熱を伝導する路が細くなっているので熱伝導を抑制することができる。本発明においては、このような熱伝導を抑制する構造も熱伝導防止構造３０に含まれるものとする。
【００３０】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムを示すブロック図である。燃料電池発電システム１００は、図１で詳細に説明した燃料処理装置１と、燃料電池５とを備えている。
【００３１】
燃料電池５は固体高分子形燃料電池である。燃料電池５は、水素に富む燃料ガスである一酸化炭素低減ガスｇが導入される燃料極（アノード）５１と酸化剤ガスｔが導入される空気極（カソード）５２と水素イオンが通過する電解質膜（不図示）とを備えている。燃料極５１は、水素を電子と水素イオンに分解する燃料極触媒を有している。空気極５２は、水素イオンと酸素と電子とを結合して水を生成する空気極触媒を有している。燃料極５１と空気極５２との間には、電子が通過し電流が流れる外部電気回路（不図示）が設けられている。電解質膜は固体高分子膜が用いられる。なお、燃料電池５は、固体高分子形燃料電池以外の、りん酸形燃料電池等であってもよい。
【００３２】
引き続き図１及び図４を参照して本発明の実施の形態に係る燃料処理装置１及び燃料電池発電システム１００の作用について説明する。
燃料処理装置１が起動状態に入ると加熱部１２のバーナーが点火し、原料燃料ｍ及び改質剤ｓがそれぞれ不図示の供給装置により燃料処理装置１に導入されて気化された後、改質部１１に導入される。改質部１１の改質触媒充填層においては、主に燃料の水蒸気改質反応が行なわれる。例えば原料燃料ｍがメタンの場合、次式による水蒸気改質反応が行なわれる。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２  ・・・（１）
定常運転時、改質部１１の温度は約５５０〜８００℃に達している。
【００３３】
改質部１１の改質反応により生成された改質ガスは高温変成部１３及び低温変成部１４に導入される。高温変成部１３及び低温変成部１４の変成触媒充填層においては、下式の変成反応が行なわれる。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２  ・・・（２）
この変成反応は発熱反応であり、反応温度を低くすれば、変成後の改質ガスのＣＯ濃度が低くなる利点と、反応速度が遅くなる欠点がある。ここでは高温変成部１３の温度を比較的高くして反応速度を早くし、低温変成部１４の温度を比較的低くしてガスのＣＯ濃度を低くしている。変成部１３、１４では約１６０〜２８０℃の温度範囲で変成反応が行なわれている。
【００３４】
低温変成部１４を出た変成ガスは選択酸化部１５に導かれる。選択酸化部１５の選択酸化触媒においては、変成ガスと選択酸化用の空気との間で下式のＣＯ選択酸化反応が行なわれる。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２→ＣＯ２  ・・・（３）
選択酸化部１５では約１００〜２５０℃の温度範囲で選択酸化反応が行なわれている。選択酸化部１５で生成された一酸化炭素低減ガスｇは燃料ガスとして燃料電池５へ送られる。
【００３５】
燃料処理装置１にて生成された一酸化炭素低減ガスｇは燃料電池５の燃料極５１に導入される。空気極５２には酸化剤ガスｔが導入される。燃料電池５は、燃料極５１に導入された一酸化炭素低減ガスｇと空気極５２に導入された酸化剤ガスｔとの電気化学的反応により発電する。一般に、炭化水素の改質ガスを燃料とする燃料電池発電の場合、改質ガス中の水素の７０〜８０％が消費され、残りの水素がアノードオフガスｐとして排出される。本実施の形態では、燃料電池５のアノードオフガスｐをバーナー燃料として用いることができる。空気極５２からはカソードオフガスｑが排出される。
【００３６】
このように運転される燃料電池発電システム１００の燃料処理装置１の容器１６は、階層状に収容されたそれぞれ反応温度が異なる触媒充填層の影響により、階層方向に温度勾配を有している。容器１６の外周は断熱材１８に覆われているが、一酸化炭素低減部２２に相当する部分の容器１６の外周部に巻かれた水管１７並びに断熱材１８の材料や厚さの条件によっては断熱材１８の外表面も階層方向に温度勾配を有することがある。そうすると、断熱材１８を補強すると共に輻射熱を反射するために断熱材１８を覆っている金属製の被覆シート１９は熱伝導率が高いため、被覆シート１９に生じている熱勾配を均一化する方向に熱を伝える。すなわち、高温部における放熱量を増加させようとする。
【００３７】
ここで、被覆シート１９は階層方向に隙間を有しているので、分割されている被覆シート１９間では被覆シートを通じて熱が伝わることがない。また、被覆シート１９間の隙間３１部分は熱伝導率が低いガラスクロスの被覆帯３２が巻かれて補強されており、被覆帯３２を伝わって被覆シート１９間で熱伝導が行なわれることはない。したがって、熱勾配を均一化しようとする作用は、分割された各被覆シート１９内で行なわれている。
【００３８】
図５は、燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図であり、図５（ａ）は従来の燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図、図５（ｂ）は本発明の実施の形態に係る燃料処理装置１の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図である。上述の通り断熱材外表面は階層方向に温度勾配を有する場合があり、この場合の断熱材外表面の温度勾配Ｓｚは、断熱材外表面の改質部１１側の最高温度ＴｚＨ（ＴｚａＨ）と選択酸化部１５側の最低温度ＴｚＬ（ＴｚｃＬ）とを結ぶ直線で示され、被覆シートを分割したか否かに関係なく同一になる。
【００３９】
図５（ａ）に示す従来の燃料処理装置の被覆シートの温度勾配Ｓｐは、断熱材外表面の最高温度ＴｚＨと最低温度ＴｚＬとの略中間の温度ＴｚＭよりも若干高い温度ＴｐＨと若干低い温度ＴｐＬとを結ぶ直線で示される。被覆シートの温度勾配直線Ｓｐと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘｐに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。
【００４０】
図５（ｂ）に示す本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートの温度勾配は、３分割された被覆シートごとに、それぞれ独立した温度勾配を有している。階層方向の最も高温部側に配置される被覆シート１９ａ（図１参照）の温度勾配Ｓａは、被覆シート１９ａと接触している範囲の断熱材外表面の最高温度ＴｚａＨと最低温度ＴｚａＬとの略中間の温度ＴａＭよりも若干高い温度ＴａＨと若干低い温度ＴａＬとを結ぶ直線で示される。被覆シート１９ａの温度勾配直線Ｓａと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは、被覆シート１９ａと接触している範囲の燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘａに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。
【００４１】
階層方向の中央に配置される被覆シート１９ｂ（図１参照）の温度勾配Ｓｂは、被覆シート１９ｂと接触している範囲の断熱材外表面の最高温度ＴｚｂＨと最低温度ＴｚｂＬとの略中間の温度ＴｂＭよりも若干高い温度ＴｂＨと若干低い温度ＴｂＬとを結ぶ直線で示される。被覆シート１９ｂの温度勾配直線Ｓｂと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは、被覆シート１９ｂと接触している範囲の燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘｂに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。
【００４２】
階層方向の最も低温部側に配置される被覆シート１９ｃ（図１参照）の温度勾配Ｓｃは、被覆シート１９ｃと接触している範囲の断熱材外表面の最高温度ＴｚｃＨと最低温度ＴｚｃＬとの略中間の温度ＴｃＭよりも若干高い温度ＴｃＨと若干低い温度ＴｃＬとを結ぶ直線で示される。被覆シート１９ｃの温度勾配直線Ｓｃと断熱材外表面の温度勾配直線Ｓｚとは、被覆シート１９ｃと接触している範囲の燃料処理装置の階層方向の略中間点で交差する。そして、図中の斜線で示した三角形の面積Ｘｃに比例する熱量が高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量に相当する。
【００４３】
ここで、高温部から低温部への熱伝導により失われるおおよその熱量を比較してみる。図５（ａ）に示す分割されていない従来の燃料処理装置の被覆シートを被覆している場合におけるおおよその放熱量は、燃料処理装置の階層方向の長さをｈとすると、面積Ｘｐ＝０．５ｈ×（ＴｚＨ−ＴｐＨ）×０．５に比例する熱量になる。一方、図５（ｂ）に示す３分割されている本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートを被覆している場合におけるおおよその放熱量は各被覆シートの放熱量を合計した値となる。被覆シート１９ａ（図１参照）に対応する部分の放熱量は面積Ｘａ＝（１／３）×０．５ｈ×（ＴｚａＨ−ＴａＨ）×０．５に比例する熱量になる。ここで、各被覆シート間に存在する熱伝導防止構造である隙間分は計算の便宜上無視している。各被覆シートは階層方向の長さが等しく、かつ同じ傾きの温度勾配を持つと仮定すると、（ＴｚａＨ−ＴａＨ）は図５（ａ）における（ＴｚＨ−ＴｐＨ）の約１／３になることが図５より把握できる。そうすると面積Ｘａは、Ｘａ＝（１／３）×０．５ｈ×（１／３）×（ＴｚＨ−ＴｐＨ）×０．５となる。上述の仮定条件より各被覆シートにおける放熱量は等しいので、本発明の実施の形態に係る３分割された燃料処理装置の被覆シートを被覆している場合におけるおおよその放熱量は面積Ｘａを３倍した値である、面積Ｘａｂｃ＝０．５ｈ×（１／３）×（ＴｚＨ−ＴｐＨ）×０．５に比例する熱量になる。すなわち、本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートの高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量は、従来の燃料処理装置の被覆シートの高温部から低温部への熱伝導により失われる熱量のおよそ３分の１となり、放熱量が抑制されていることがわかる。
【００４４】
以上の説明では断熱構造体は燃料処理装置として説明したが、他の温度勾配を有する断熱構造体にも適用可能である。
【００４５】
以上の説明では一酸化炭素低減部２２は高温変成部１３、低温変成部１４、選択酸化部１５に分かれているものとして説明したが、改質ガス中の一酸化炭素を十分に低減できるような構成であればよく、例えば選択酸化部１５を備えない構成とすることができる。この場合は装置をよりコンパクトな構成とすることができる。
【００４６】
以上の説明では被覆シート１９は３つに分割していたが、抑制したい放熱量と工数の複雑化とを勘案して被覆シートの分割数を決定することができる。
【００４７】
以上の説明では燃料電池５は固体高分子型燃料電池として説明したが、これ以外のりん酸形燃料電池等であってもよい。
【００４８】
以上で説明した本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置１によれば、被覆シートの高温部から低温部への熱伝導による放熱量を抑制することができる。また、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システム１００によれば、熱伝導による放熱量を抑制することができる燃料処理装置を備えているので燃料ガス生成のための反応効率の悪化を抑制することができ、効率のよい燃料電池発電システムになる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料処理装置を示す片側縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る燃料処理装置を示す片側縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の別の変形例に係る燃料処理装置を示す片側縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムを示すブロック図である。
【図５】燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図である。図５（ａ）は従来の燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図であり、図５（ｂ）は本発明の実施の形態に係る燃料処理装置の被覆シートの温度勾配の状態を示す模式図である。
【図６】従来の燃料処理装置を示す片側縦断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    燃料処理装置
５    燃料電池
１１  改質部
１３  高温変成部
１４  低温変成部
１５  選択酸化部
１６  容器
１８  断熱材
１９  被覆シート
２１  変成部
２２  一酸化炭素低減部
３０  熱伝導防止構造
３１  隙間
３２  被覆帯
３３  断熱シート
３５  孔
５１  燃料極
５２  空気極
１００  燃料電池発電システム
１９１  被覆シート
ｍ    原料燃料
ｓ    改質剤
ｇ    一酸化炭素低減ガス
Ｓｚ  断熱材の温度勾配
Ｓｐ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ  被覆シートの温度勾配
【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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