(57)【要約】【課題】効率的な燃焼ガスの流通により短時間で起動可能となる燃料電池用燃料改質器を提供する。【解決方法】容器の側面側に少なくとも２以上の触媒部を有する燃料電池用燃料改質器であって、該容器内部で鉛直方向に燃焼を行う加熱用バーナと、該加熱用バーナの外側で該バーナによる燃焼ガスを容器外部に流通させる、少なくとも２以上のガス流路と、該燃焼ガスの流通する経路を該２以上のガス流路間で切り替える、切替装置とを備え、かつ、前記加熱用バーナの燃焼方向に対して、前記２以上の触媒部がそれぞれ異なる位置に配置されるとともに、燃焼方向に対して、前記２以上のガス流路の各燃焼ガス導入口がそれぞれ異なる位置に設置されていることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。【選択図】      図１
2005005011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の側面側に少なくとも２以上の触媒部を有する燃料電池用燃料改質器であって、
該容器内部で鉛直方向に燃焼を行う加熱用バーナと、該加熱用バーナの外側で該バーナによる燃焼ガスを容器外部に流通させる、少なくとも２以上のガス流路と、該燃焼ガスの流通する経路を該２以上のガス流路間で切り替える、切替装置とを備え、かつ、
前記加熱用バーナの燃焼方向に、前記２以上の触媒部がそれぞれ異なる位置に配置されるとともに、該燃焼方向に、前記２以上のガス流路の各燃焼ガス導入口がそれぞれ異なる位置に設置されていることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
【請求項２】
前記２以上の触媒部が、改質触媒部およびＣＯ変成触媒部を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器。
【請求項３】
さらに加えて、前記２以上の触媒部がＣＯ除去触媒部を含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用燃料改質器。
【請求項４】
前記２以上の流路が前記加熱バーナの外側の半径方向に積層して構成されており、容器の内側に備えられる流路が外側に備えられる流路より短い流路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用燃料改質器。
【請求項５】
前記切替装置は、該２以上のガス流路を同時に開放してガスを流通させることができることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用燃料改質器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に供給する水素含有ガスを製造するのに好適な燃料改質器に関し、さらに詳しくは、効率的な燃焼ガスの流通により短時間で起動可能となる燃料電池用燃料改質器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムでは、水素を多く含むガスを用いるため、燃料となるガス等を、水素を多く含むガスに改質することが行われる。燃料としては、例えば都市ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等のガス燃料や、灯油などの液体燃料が使用される。
燃料の改質は、原料を水蒸気と混合して触媒層に流通させ、水蒸気改質反応とＣＯ変成反応（ＣＯシフト反応）を起こさせることにより行われる。水蒸気改質反応に使用される触媒は改質触媒、ＣＯ変成反応に使用される触媒はＣＯ変成触媒と呼ばれる。ＣＯ変成触媒は反応温度別に触媒種が異なり、一般に、４００℃前後の高温側で作動するＨＴＳ触媒と、２００℃前後の低温側で作動するＬＴＳ触媒がある。また、得られるガスをＣＯ選択酸化触媒（ＰＲＯＸ触媒）又はＣＯメタン化触媒に流通させて、燃料電池を被毒させるＣＯ（一酸化炭素）の濃度を極力下げることが行われる。
【０００３】
従来、燃料改質に用いられる改質器には種々の形態が存在しており、例えば単管円筒式改質器が報告されている（特許文献１参照）。従来の燃料改質器は容器内に、バーナと、改質触媒層と、ＣＯ変成触媒と、ＣＯ選択酸化触媒とを備えている。このような改質器では、原料の改質に用いられる各触媒層を、バーナからの熱を利用して昇温し、これによって原料ガスを触媒層に流通して改質することができる。
【０００４】
しかしながら、このような従来の改質器では、起動時におけるＣＯ変成触媒およびＣＯ選択酸化触媒の昇温速度が遅く、定常状態で原料ガスを改質できるようになるまでには長い時間がかかるという問題があった。システムの起動時には、バーナで燃焼を開始してから、燃焼ガス等により各触媒層が昇温して作動温度に到達するまで、一定の時間が必要である。従って、各触媒層に原料ガスを導入して改質を開始するのは、各触媒層が作動温度に到達した以降である。従来の改質器は、この起動時における昇温が遅く、定常状態で改質ガスを生成できるようになるまで長時間を要した。よって、燃料電池システムでは、この起動時間を短くすることが重要な課題であり、特に日中運転を行い夜間には停止を繰り返す運転（ＤＳＳ：  Ｄａｉｌｙ  Ｓｔａｒｔｕｐ  ａｎｄ  Ｓｈｕｔｄｏｗｎ）では、日ごとの起動に要する時間を短縮する必要があった。
【０００５】
図３に、従来の改質装置を用いた場合の起動時における、各触媒層の温度変化をグラフで示す。バーナの最も近傍に配置された改質触媒層が早期に定格温度である６５０〜７００℃に到達する。よって、同じレベルでバーナによる燃焼を継続させると、改質触媒層が高温になり過ぎてしまい、触媒の劣化が早まる。このことから、従来は改質触媒層が所定の温度に到達した以降には、バーナによる焚き込み量を減少させていた。よって、バーナから遠い位置に配置されたＣＯ変成触媒層やＣＯ除去触媒層は昇温するのに時間がかかっていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８７７０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記問題点に鑑み、改質器の起動時における起動時間を短縮できるとともに、定常運転時においても安定的に改質ガスを生成可能な燃料電池用改質器を開発すべく、鋭意検討した。
その結果、本発明者らは、バーナによる排ガスの流路を２以上設けて、改質触媒部を他の触媒部よりも昇温速度が遅くなるように調整することによって、バーナの焚き込み量を減少させることなく短時間で各触媒を昇温できることを見出した。本発明は、かかる見地より完成されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、容器の側面側に少なくとも２以上の触媒部を有する燃料電池用燃料改質器であって、該容器内部で鉛直方向に燃焼を行う、加熱用バーナと、該加熱用バーナの外側で該バーナによる燃焼ガスを容器外部に流通させる、少なくとも２以上のガス流路と、該燃焼ガスの流通する経路を該２以上のガス流路間で切り替える、切替装置とを備える、燃料電池用燃料改質器を提供するものである。本発明の改質器は、前記加熱用バーナの燃焼方向に対して、前記２以上の触媒部がそれぞれ異なる位置に配置されるとともに、燃焼方向に対して、前記２以上のガス流路の各燃焼ガス導入口がそれぞれ異なる位置に設置されている。
【０００９】
ここで、前記２以上の触媒部としては、改質触媒部およびＣＯ変成触媒部を含む態様が挙げられる。前記２以上の触媒部には、更に加えてＣＯ除去触媒部としてＣＯ選択酸化触媒部又はＣＯメタン化触媒部を含む態様が挙げられる。また、ガス流路としては２つの流路を有する場合の他、３つ又は４つの流路を有する態様も含まれる。各触媒層の所望する運転温度域が異なる場合には、異なる温度域の触媒層に応じて、複数の流路を設けることが可能である。
本発明の燃料電池用燃料改質器では、前記２以上の流路が前記加熱バーナの外側の半径方向に積層して構成されており、容器の内側に備えられる流路が外側に備えられる流路より短い流路とすることが好適である。また、前記燃焼ガス切替装置は、上記２以上のガス流路を同時に開放して、複数の流路からガスを流通できるものであってもよい。
【００１０】
本発明の燃料改質器を用いれば、燃料電池システムの起動時における起動時間を大幅に短縮できる。また、水素製造を定常的に行う運転時においても、１つのバーナによる複数の各触媒部の加熱を安定的におこなうことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料改質器に関して、詳細に説明する。
本発明の改質器は、都市ガスなどの炭化水素等と水蒸気を原料として、水蒸気改質反応によって水素を製造するものであり、ＣＯ濃度を極力低下させた改質ガスを供給可能であり、燃料電池に好適に用いられる。原料ガスとしては、都市ガス、ＬＰＧ、灯油、ジメチルエーテル等の炭化水素を原料とする。
【００１２】
実施の形態（その１）
図１に、本発明の燃料電池用燃料改質器における好適な一実施の形態を示す。
図１に示すように、本実施の形態の燃料改質器は、円筒容器１０の内部に、バーナ１、第１の排ガス流路Ａ、第２の排ガス流路Ｂを有する。そして、円筒容器１０の側面側には、改質触媒部２、ＣＯ変成触媒部（シフト触媒）３、および、ＣＯ除去触媒部４が備えられている。ＣＯ変成触媒部（シフト触媒）３には、ＨＴＳ触媒層（高温用ＣＯ変成触媒層）およびＬＴＳ触媒層（低温用ＣＯ変成触媒層）の少なくとも１つが用いられる。ＣＯ除去触媒部４には、ＣＯ選択酸化触媒又はＣＯメタン化触媒が用いられる。
【００１３】
図１において、円筒容器１０は側面側に筒状の面５を有しており、その面５の外側の外周に各触媒部、改質触媒部２、ＣＯ変成触媒部３およびＣＯ除去触媒部４が配置されている。本発明では、これらの触媒部の更に外側の外周に、円筒容器１０の外周面（図示せず）を有していてもよく、この場合、筒状の面５を内筒として、触媒部の更に外側に設けられる外周面を外筒として構成される。この形態では、内筒は外筒の半径方向内側に間隔を置いて同心円状に配置されていることが好ましい。
【００１４】
容器１０の上部に設けられる蓋（図示せず）には、排ガスＡの出口、排ガスＢの出口が、それぞれ別々に開口している。また、円筒容器１０内に各触媒部を有する場合には、改質する原料ガスの入口、および、改質したガスの出口がそれぞれ設けられている。
バーナ１は、円筒容器１０内部の略中央に備えられている。第１および第２の排ガス流路は、バーナ１の外周を囲うように設置される筒状の仕切板によって、積層して形成されている。具体的には、第２の仕切板７はバーナ１の半径方向外側に間隔を置いて同心円状に配置され、第１の仕切板６は第２の仕切板７の半径方向外側に間隔を置いて同心円状に配置されている。側面５の下端部は、円筒容器１０の底に固定され封止されているが、仕切板６および７のそれぞれの下端部は封止されず、底との間に隙間をおいて開放され、ガス流路の各燃焼ガス導入口を形成している。
【００１５】
更に、このように仕切板によって区切られた空間は、加熱用燃焼ガスの流路を形成する。本実施の形態では、円筒容器の側面５と第１の仕切板６によって仕切られた空間が第１の排ガス流路Ａを形成し、第１の仕切板６と第２の仕切板７によって区切られた空間が第２の排ガス流路Ｂを形成する。
そして、第１の排ガス流路Ａと第２の排ガス流路Ｂは加熱バーナ１の外側に積層して構成されているが、円筒容器１０の内側に備えられる排ガス流路Ｂは、外側に備えられる排ガス流路Ａより短い流路を有する。具体的には、第１の仕切板６よりも第２の仕切板７を、燃焼方向に対して短く設置することによって、ガス流路を短くできる。
バーナ１、側面５、仕切板６および仕切板７のそれぞれの上端部は、容器１０の蓋によって固定され、封止されている。
【００１６】
図１の形態では、加熱用バーナ１の燃焼方向に対して、下部から改質触媒２、シフト触媒３、ＣＯ除去触媒４、の順序で上部に向かい異なる位置で各触媒部が設置されている。
【００１７】
改質触媒２は、容器の側面５に最も近接した位置で、円筒容器１０下部の周囲を例えば断面環状のドーナツ状に形成されている。改質触媒２は、水蒸気を含む原料ガスを水蒸気改質反応により、ＣＨ４，ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２を含むガスに転換する。改質触媒２としては、例えばアルミナ粒子を担体にしたＮｉ系やＲｕ系の金属が使用されている。なお、改質触媒層は、触媒粒子を充填した層に限らず、ハニカム構造の触媒によって構成されていてもよい。
【００１８】
改質触媒２では下記のような水蒸気改質反応によって、混合ガスから水素、一酸化炭素及び二酸化炭素が生成する。
2005005011.tif 000003
ここで例えば、原料としてメタンを用いる場合には、以下の反応式によって、水蒸気改質反応が行われる。実際にはＣＯ２やＣＨ４も存在するが、ここでは生成物としてＣＯとＨ２を生成する反応式として示している。
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ  →  ３Ｈ２＋ＣＯ  （吸熱反応）        ・・・（３）
上記の反応は吸熱反応であり、通常、６００〜８００℃付近で行われる。また、水と炭化水素中の炭素（Ｃ）とのモル比であるＳ／Ｃ（ｓｔｅａｍ／ｃａｒｂｏｎ比）が２以上のスチームリッチの条件で行われる。
【００１９】
ＣＯ変成触媒（シフト触媒）３は、容器の側面５に近接し且つ上記改質触媒２よりも鉛直上部方向に設置され、円筒容器１０の周囲を例えば断面環状のドーナツ状に形成されている。このＣＯ変成触媒３は、改質触媒２が形成されている下部の領域から円筒容器１０の底に近い部分の隙間を介して連通している。よって、改質触媒２で生成された改質ガスは、容器の下部を通って折り返し、ＣＯ変成触媒３に流通してくる。原料ガスおよび改質ガスの流れは、改質触媒２とＣＯ変成触媒３とでは対向流となる関係にある。
改質ガスはＣＯ変成触媒３を流通することで、ガス中のＣＯが水素に転換される。ＣＯは燃料電池本体の働きを阻害する被毒物質であり、ＣＯ変成反応（４）によってＣＯの大部分を除去するようにしており、ＣＯを例えば０．３〜０．４％程度にまで減少させる。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋Ｈ２      ・・・（４）
【００２０】
このＣＯ変成触媒３は、３５０℃±５０℃前後で作動するＨＴＳ触媒層（高温用ＣＯ変成触媒層）および２５０℃±５０℃前後で作動するＬＴＳ触媒層（低温用ＣＯ変成触媒層）の両方、あるいは、ＬＴＳ触媒層単独で構成される。ＨＴＳ触媒層およびＬＴＳ触媒層を両方設置する場合には、ＨＴＳ触媒層を改質ガス流れ方向の上流側（図１では下部）に配置し、ＬＴＳ触媒層はＨＴＳ触媒層に続いて、改質ガス流れ方向の下流側（図１では上部）に配置する。
ＨＴＳ触媒層としては、例えばＦｅやＣｒ等の金属を触媒成分とする粒子を充填したものが使用される。ＬＴＳ触媒層としては、例えばＣｕ／Ｚｎ等の金属を触媒成分とする粒子を充填したものが使用される。なお、ＨＴＳ触媒層およびＬＴＳ触媒層は、触媒粒子を充填した層に限らず、ハニカム構造の触媒によって構成されていてもよい。
【００２１】
ＣＯ除去触媒４は、容器の側面５に近接し且つ上記ＣＯ変成触媒３よりも上部で略同じ外周範囲に設置され、円筒容器１０の周囲を例えば断面環状のドーナツ状に形成されている。このＣＯ除去触媒４は、ＣＯ変成触媒３が形成されている領域と連通しており、ＣＯ変成触媒３で変性された改質ガスは、ＣＯ除去触媒４に流通してくる。
改質ガスはＣＯ除去触媒４を流通することで、ＣＯメタン化触媒の場合にはメタネーション反応、ＣＯ選択酸化触媒の場合にはＣＯ選択酸化反応、により、ガス中のＣＯが一層除去される。
【００２２】
ＣＯは燃料電池本体の被毒物質となるため、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に下げる必要がある。ＣＯ選択酸化触媒は、次の化学式（５）で示すＣＯ選択酸化反応により、ＣＯ濃度を下げる。
ＣＯ＋１／２Ｏ２  →  ＣＯ２      ・・・（５）
また、ＣＯメタン化触媒は、次の化学式（６）に示すメタネーション反応により、ＣＯ濃度を下げる。
ＣＯ＋３Ｈ２  →  ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ    ・・・（６）
【００２３】
上述の触媒部の配置構成により、定常状態においては、例えば、改質触媒部２が６００〜７００℃、ＣＯ変成触媒部３のＨＴＳ触媒層が３５０〜４５０℃、ＬＴＳ触媒層が２００〜３００℃、ＣＯ除去触媒部４が１２０〜２００℃の温度範囲にて、運転を行うことができる。なお、第１の仕切板６がバーナ火炎により加熱されて熱を輻射するので、改質触媒層２はこの輻射熱も受け取ることとなる。
【００２４】
図１の形態では、バーナ１による燃焼方向に対して、改質触媒２、ＣＯ変成触媒３およびＣＯ除去触媒４がそれぞれ異なる位置に配置されていると同時に、２つの排ガス流路ＡおよびＢについて各燃焼ガス導入口がそれぞれ異なる位置に設置されている。第１の仕切板６と容器の側面５との間には、第１の燃焼ガス導入口が形成されており、第２の仕切板７と第１の仕切板６との間には、第２の燃焼ガス導入口が形成されている。第１の燃焼ガス導入口は、容器１０の下部に近い位置に設定され、燃焼方向に対して改質触媒２下部と略同じ位置に設定される。また、第２の燃焼ガス導入口は、改質触媒の上部に設けられたＣＯ変成触媒３下部と略同じ位置に設定される。ここでは、第１の仕切板６よりも第２の仕切板７が短いので、ガス流路も第１の排ガス流路Ａが長く、第２の排ガス流路Ｂが短く設定されている。
【００２５】
本実施の形態では、第１の排ガス流路Ａと第２の排ガス流路Ｂは共に、容器１０の外部に排ガスを排出する配管を有している。２つの配管は、三方弁８などの切替装置を介して、１つの配管として排ガスを後流に送る。燃焼ガスの流通する経路を２以上のガス流路間で切り替える切替装置は、三方弁８に限られるものではなく、サーモバルブや容器１０の蓋の一部備えられた配管を塞ぐ上蓋などであってもよい。これらの切替装置は、電気式、電動式、あるいは熱感知式など種々の作動形式を用いることができる。
さらに、この切替装置は２以上の燃焼排ガス流路を同時に開放して、複数の流路からガスを流すことができる同時開放の機能を有していてもよい。複数の流路を切り替える際には、一時いずれの流路も閉じてしまい、バーナ１の火炎が消えてしまう事態もあり得る。よって、上記機能を有している切替装置では、切替時に複数の流路を同時に開放して、火炎が消えてしまうことを有効に防止することができる。
【００２６】
次に、本実施の形態の燃料改質器を用いる場合の動作を説明する。
本発明の燃料改質器では、起動時における原料ガスを流すまでの触媒部加熱時間を短縮可能であり、以下のように運転する。先ず、第１段階として、弁８を用いて第２の流路Ｂのみを外部に向けて開放し、第１の流路Ａを閉じた状態にする。この状態で、バーナ１を燃焼させて燃焼ガスを容器内に充満させる。高温に燃焼されたガスは、外部と流通している第２の流路Ｂから排気され、第１の流路Ａにはガスの流通が起こらない。よって、高温に熱せられたガスが流通している部分、すなわち第２の燃焼ガス導入口から容器上部の蓋までが高温に昇温される。この昇温された部分は、その外周にＣＯ変成触媒３およびＣＯ除去触媒４が設置されているため、これらの触媒が所望の温度域まで加熱される。
【００２７】
次いで、第２段階として、弁８を用いて第１の流路Ａを外部に向けて開放し、第２の流路Ｂを閉じた状態にする。なお、本実施の形態では三方弁８を用いた場合であるが、他の弁などを切替装置に用いた場合、切替操作における排ガスの流通割合は任意に定めることができる。例えば、第１の流路Ａと第２の流路Ｂの流通量にて、第１段階で０〜４０：６０〜１００（流路Ａ：流路Ｂ）から第２段階で１００〜６０：４０〜０に切替を行うことによって適宜起動時の運転を行うことができる。
【００２８】
第２段階においては、既に燃焼ガスが容器内に充満しているので、高温に燃焼されたガスは、外部と流通している第１の流路Ａから排気され、第２の流路Ｂにはガスの流通が起こらない。よって、高温ガスが流通している部分、すなわち第１の燃焼ガス導入口付近から一層高温に昇温が行われる。第１の燃焼ガス導入口には、その外周に側面５を介して改質触媒２が設置されているため、改質触媒が所望の高温域まで加熱される。
このように、切替装置を用いた第１段階および第２段階からなる工程を経ることによって、本発明の燃料改質器では、各触媒部を所望の温度まで加熱する時間を大幅に短縮可能である。
【００２９】
図２に、本発明の改質器を用いて、起動を行った場合の各触媒層の温度上昇をグラフに示す。図２中のバーナ排ガス切替時が、上記した第１段階から第２段階に切り替えた時点である。図２から分かるように、第１段階では、改質触媒２の温度上昇と共に、シフト触媒３（ＬＴＳ触媒層）も急な温度上昇を続けて、さらにＣＯ除去触媒も温度上昇を続けている。第２段階では、改質触媒層が所望の改質運転温度である６５０〜７００℃まで一気に上昇したのとは対照的に、シフト触媒層は殆ど温度上昇を示さず、第１段階で既に到達した２００〜２５０℃の運転温度を維持している。ＣＯ除去触媒は徐々に温度上昇を続けて、運転温度である１２０〜２００℃に到達する。この運転方法によれば、原料ガス改質の起動時は、改質触媒層２が所望温度域に到達した時点となり、上述した図３の起動時よりも大幅に時間短縮が可能となる。
【００３０】
起動時以降の定常状態の運転においては、第１の仕切板６と側面５との間で形成されるドーナツ状の第１の排ガス流路Ａが主に排ガス流通に用いられる。この場合、仕切板６と円筒容器１０の側面５との間に形成される第１の燃焼ガス導入口を介して、排ガスが円筒状の空間を上部に流通し、第１の排ガス流路Ａの上端出口に至る。
【００３１】
定常状態の運転時には、例えば都市ガスなどの原料と水蒸気とを混合した原料ガスを触媒部に流通させて、改質を行う。改質触媒２の出口部分での温度は６５０〜７００℃となる。改質触媒２で生成した改質ガスは、円筒容器１０の底で折り返し、隣接するＣＯ変成触媒３に送られる。ＣＯ変成触媒３にてＣＯ変成反応により、改質ガス中の一酸化炭素は減少する。通常、ＣＯ変成触媒３のうち、ＨＴＳ触媒層の出口では改質ガス温度が約３５０℃程度である。よって、ＨＴＳ触媒層およびＬＴＳ触媒層の両方を有するＣＯ変成触媒部の場合には改質ガスをＬＴＳ触媒層の適正作動温度域（２５０℃前後）まで下げる必要があり、冷却装置等により改質ガスを冷却する。ＬＴＳ触媒層３を流通した改質ガスは、出口ガス温度が通常２００℃程度となっており、必要に応じて適宜冷却してから、ＣＯ除去触媒４に導入する。
【００３２】
本実施の形態の燃料改質器は、改質ガスの配管を燃料電池本体に接続し、改質ガスを燃料電池の水素極（アノード）に供給することができる。これにより、起動時間の短縮された、効率的な燃料電池発電システムが提供可能である。
【００３３】
実施の形態（その２）
図４に、本発明の燃料電池用燃料改質器における他の例を説明するための一実施の形態を示す。図４に示す各部の構成は、図１と同様である。
容器１０底からの距離Ｈ、および、第１の排ガス流路Ａ、第２の排ガス流路Ｂのそれぞれの幅δは、各触媒層２、３、４の昇温速度を調整するために適宜変更することができる。
【００３４】
具体的には、第２の流路Ｂの幅δ１は、ＣＯ変成触媒３、ＣＯ除去触媒４までの熱抵抗を低減させる観点からは、可能な限り小さくすることが望ましい。一方で、あまり小さくし過ぎると、圧力損失が生じたり、周方向の偏流が生じやすくなるため好ましくない。よって、幅δ１は好ましくは１〜３ｍｍ程度、例えば２ｍｍとすることができる。
また、第１の流路Ａの幅δ２は、通常２〜７ｍｍ程度である。流路の幅δは、円筒状の円周方向あるいは上下方向でいずれも一様である場合の他、一方のみが一様でない場合、いずれも一様でない場合など特に制限されることなく実施可能である。
【００３５】
バーナ１の長さによるＨ１の距離は、短くする程に改質触媒２の作動温度を高く設定することができる。よって、原料ガスの種類によって、改質触媒２の作動温度を変更したい場合に、Ｈ１を調整する。
例えば水蒸気改質反応を用いて改質ガスを生成する場合、都市ガスやＬＰＧその他の石油系燃料では、６５０〜７００℃（改質触媒出口部）になるように調整し、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）では、３００〜４００℃になるように調整する。このことから、ＤＭＥを原料とする場合には、メタン系ガスを原料にする場合に比べて、Ｈ１の距離を長く設定する。
【００３６】
第２の仕切板７の長さによるＨ２の距離は、長くする程にＣＯ除去触媒４の作動温度を高く設定することができる。よって、ＣＯ除去触媒４の種類によって、作動温度を変更したい場合に、Ｈ２を調整する。
例えばＣＯ除去触媒として、メタネーション触媒を用いて一酸化炭素除去を行う場合、ＣＯメタン化触媒の作動温度は１５０〜２００℃なので、Ｈ２が長くなるように設定する。逆に、ＣＯ除去触媒として、ＣＯ選択酸化触媒を用いて一酸化炭素除去を行う場合、ＰＲＯＸ触媒の作動温度が１００〜１５０℃なので、Ｈ２が短くなるように設定する。
【００３７】
図５に、本発明の燃料電池用燃料改質器における他の好適な一実施の形態を示す。この態様では、ＣＯ除去触媒４はＣＯメタン化触媒を用い、図４におけるＨ２が長く、仕切板７が短く設定されている。第２の流路Ｂにおける燃焼ガス導入口が、ＣＯ除去触媒４の下部と略同じ位置にある。原料ガスは都市ガス等の燃料である。
図５下には、その改質器で運転を行った際の各触媒部の温度変化をグラフで示す。この態様では、弁の作用によって第２の流路Ｂを燃焼ガスが流通する第１段階で、ＣＯメタン化触媒４が所定の温度域（１５０〜２００℃）に到達する。弁を切り替えた後の第２段階で、改質触媒（ＳＲ）２およびＣＯ変成触媒３は昇温を続け、共に所定の温度域に到達して起動する。
【００３８】
図６に、本発明の燃料電池用燃料改質器における他の好適な一実施の形態を示す。この態様では、図５と同様にＣＯ除去触媒４はＣＯメタン化触媒を用い、Ｈ２が長く、仕切板７が短く設定されている。また、原料ガスとしてはＤＭＥを用いるので、図４におけるＨ１を長く、バーナ１の長さが短く設定されている。これによって、仕切板６と側面５との間に形成される第１の流路Ａの燃焼ガス導入口は、バーナ１の燃焼部から離れるので定常状態の運転で改質触媒２の温度上昇が抑制される。
図６下には、その改質器で運転を行った際の各触媒部の温度変化をグラフで示した。この態様では、図５と同様に、第１段階でＣＯメタン化触媒４が所定の温度域（１５０〜２００℃）に到達した後、弁を切り替えた後の第２段階で、改質触媒（ＳＲ）２およびＣＯ変成触媒３は昇温を続けるが、改質触媒の温度は３００〜４００℃の間に抑えられる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の燃料改質器を用いれば、燃料電池システムの起動時における起動時間を大幅に短縮できる。また、水素製造を定常的に行う運転時においても、１つのバーナによる複数の各触媒部の加熱を安定的におこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池用燃料改質器の好適な一例を、模式的に示す構成図である。
【図２】本発明による改質器を用いて、起動を行った場合の時間に対する各触媒層の温度上昇を示すグラフである。
【図３】従来の改質器を用いて、起動を行った場合の時間に対する各触媒層の温度上昇を示すグラフである。
【図４】本発明の燃料改質器の他の例を説明するための図である。
【図５】本発明の燃料改質器の好適な他の一例を示す構成図、および、その場合の各触媒層の温度上昇を示すグラフである。
【図６】本発明の燃料改質器の好適な他の一例を示す構成図、および、その場合の各触媒層の温度上昇を示すグラフである。
【符号の説明】
１    バーナ
２    改質触媒
３    シフト触媒（ＣＯ変成触媒）
４    ＣＯ除去触媒
５    側面
６    第１の仕切板
７    第２の仕切板
８    弁
１０  容器
【図１】
2005005011.tif 000004
【図２】
2005005011.tif 000005
【図３】
2005005011.tif 000006
【図４】
2005005011.tif 000007
【図５】
2005005011.tif 000008
【図６】
2005005011.tif 000009