(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、
前記改質部で生成された前記改質ガスに含まれる有害ガスをシフト反応により低減させるシフト部と、
前記シフト部の下流に配置され前記改質部で生成された前記改質ガスに含まれる有害ガスを酸素と反応させる酸化反応により低減させるＣＯ酸化部と、
前記シフト部に隣設され、前記ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスが供給される冷却通路をもち、前記ＣＯ酸化部に供給される前の前記酸素含有ガスで前記シフト部を冷却させる冷却部とを具備し、
前記冷却部は、前記シフト部の通路長の中間点よりも上流を上流領域とするとき、前記シフト部の該上流領域の少なくとも一部に隣設され、
前記冷却通路と連通し、前記シフト部の通路長方向に対して垂直方向に前記酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス通路を具備することを特徴とする燃料電池用改質装置。
【請求項２】
前記冷却部の前記冷却通路は、前記シフト部から吐出された前記改質ガスに前記酸素含有ガスを混合させた混合ガスを形成すると共に前記混合ガスを前記ＣＯ酸化部に供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項３】
前記冷却通路は、前記改質ガスおよび前記酸素含有ガスのうちの少なくとも一方の乱流化を促進させることにより、前記改質ガスおよび前記酸素含有ガスの混合性を高める乱流化要素を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項４】
前記冷却通路は、冷却面積を増加させる凹凸構造を有することを特徴とする請求項１〜３のうちの一項に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項５】
液相状の水を水蒸気化する蒸発部と、液相状の水を前記蒸発部に供給する水搬送源と、前記シフト部に設けられ前記シフト部の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの信号が入力され前記温度センサで測定された前記シフト部の温度が所定値よりも高いとき、前記蒸発部に供給する水の流量を増加させる水量増加制御を実行する制御部とを具備することを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項６】
前記冷却通路は、前記シフト部を冷却すると共に前記ＣＯ酸化部に繋がる第１冷却通路と、前記シフト部を冷却すると共に前記ＣＯ酸化部に繋がらない第２冷却通路とを有することを特徴とする請求項１〜５のうちの一項に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項７】
前記酸素含有ガスを前記冷却通路に供給する酸素含有ガス通路が設けられており、前記酸素含有ガス通路は、前記冷却通路に酸素含有ガスを供給することにより前記ＣＯ酸化部に供給する第１酸素含有ガス通路と、前記冷却通路を迂回しつつ前記酸素含有ガスを前記ＣＯ酸化部に供給する第２酸素含有ガス通路とを有することを特徴とする請求項１〜６のうちの一項に記載の燃料電池用改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質部、シフト部およびＣＯ酸化部を有する燃料電池用改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスをシフト反応により低減させるシフト部と、シフト部から吐出された改質ガスに含まれる有害ガスを酸素と反応させる酸化反応により低減させるＣＯ酸化部とを有する燃料電池用改質装置が開示されている。このものによれば、シフト部の全体にわたり、複数本のガス通路がシフト部の軸長方向に平行に並設されている。そしてシフト部およびＣＯ酸化部を暖機させるときには、高温の燃焼ガスをシフト部のガス通路およびＣＯ酸化部に直列に流すことにしている。更にシフト部およびＣＯ酸化部を冷却させるときには、空気をシフト部のガス通路およびＣＯ酸化部に直列に供給させることにしている。そして、シフト部およびＣＯ酸化部を冷却させた空気は、ＣＯ酸化部における酸化反応に使用されることはなく、切替弁の切替作用により、大気に放出されるか、あるいは、改質部の燃焼部に供給され、燃焼部における燃焼に使用される。ここで、改質装置の運転中に、シフト部におけるシフト反応は発熱を伴うため、シフト部は必要以上に高温領域となり易い。このため改質装置の運転中においてシフト部を冷却させることは有効である。
【０００３】
また、特許文献２には、改質部、シフト部およびＣＯ酸化部を、筒状の筐体内にこれの軸長方向に沿って直列に配置させ、ＣＯ酸化部の直上流において改質ガスに空気を混合させる改質装置が開示されている。ＣＯ酸化部の直上流において改質ガスに混合される空気は、シフト部で予熱されるものではない。
【特許文献１】特開２００４−１８９５１０号公報
【特許文献２】特開２００１−１７２００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献に係る技術によれば、シフト部における過剰高温化の抑制と、ＣＯ酸化部に供給される酸素含有ガスの予熱とを併せて行うことができるものではない。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、シフト部における過剰高温化の抑制と、ＣＯ酸化部に供給される酸素含有ガスの予熱とを併せて行うことができる燃料電池用改質装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃料電池用改質装置は、（ｉ）改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、（ｉｉ）改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスをシフト反応により低減させるシフト部と、（ｉｉｉ）シフト部の下流に配置され改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスを酸化反応により低減させるＣＯ酸化部と、（ｉｖ）シフト部に隣設され、ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスが供給される冷却通路をもち、ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスでシフト部を冷却させる冷却部とを具備することを特徴とする。
【０００７】
改質部は、改質用燃料原料から改質ガスを生成する。改質ガスは、燃料電池の燃料極における発電反応に寄与する活物質（例えば水素）を含む（例えば１０モル％以上含む）ガスである。改質ガスは一酸化炭素等の有害ガスを含む可能性がある。そこでシフト部およびＣＯ酸化部において改質ガスから一酸化炭素等の有害ガスを除去する。シフト部は、改質部で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素等の有害ガスをシフト反応により低減させる。ＣＯ酸化部は、シフト部の下流に配置されており、改質部で生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素等の有害ガスを酸素と反応させる酸化反応により低減させる。ここで、シフト部が過剰に高温になると、シフト反応が制約されるため、一酸化炭素等の有害ガスの濃度を低下させるには限界がある。
【０００８】
冷却部はシフト部に隣設されており、ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスが供給される冷却通路をもつ。ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスが冷却通路に供給されると、酸素含有ガスによりシフト部が冷却される。更に、ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスをシフト部で予熱させることができる。よってＣＯ酸化部における酸化反応が良好になし得る。酸素含有ガスは空気でもよく、酸素を富化した酸素富化ガスでも良く、純酸素ガスでも良い。
【０００９】
本発明に係る燃料電池用改質装置は、好ましくは、次の態様を含むことができる。
【００１０】
・好ましくは、シフト部の通路長の中間点よりも上流を上流領域とするとき、冷却部は、シフト部の上流領域の少なくとも一部（例えば入口付近）を冷却させる態様が採用できる。シフト部の上流領域ではシフト部の下流領域よりも、有害ガスの濃度が高い。このためシフト部の上流領域が必要以上に過剰高温化されると、上流領域におけるシフト反応が制限され、シフト部における有害ガス濃度を低減させる効果が低下し易い。そこで、シフト部の上流領域が冷却部の冷却通路の酸素含有ガスにより良好に冷却されると、上流領域におけるシフト反応が良好となり、有害ガス濃度を低減させる効果が良好に維持される。シフト部の通路長の全体の距離を１００と相対表示するとき、通路長の中間点は入口を起点として３０〜７０で表される範囲における途中点を意味する。シフト部の通路長の全体の距離を１００と相対表示するとき、入口付近は、入口を起点として０〜２０で表される距離における領域を意味する。また、シフト部の通路長の中間点よりも下流を下流領域とするとき、前記冷却部は、シフト部の下流領域の少なくとも一部を冷却させる態様が採用できる。この場合、シフト部の下流領域の過剰高温化が抑制される。
【００１１】
・好ましくは、冷却媒体は、ＣＯ酸化部における酸化反応で使用される酸素を含む酸素含有ガスである態様が採用できる。この場合、冷却部の冷却通路は、シフト部から吐出された改質ガスに酸素含有ガスを混合させた混合ガスを形成すると共に混合ガスをＣＯ酸化部に供給する態様が採用できる。
【００１２】
・好ましくは、改質装置は、液相状の水を水蒸気化する蒸発部と、液相状の水を蒸発部に供給する水搬送源と、シフト部に設けられシフト部の温度を測定する温度センサと、温度センサの信号が入力され温度センサで測定されたシフト部の温度が所定値よりも高いとき、蒸発部に供給する水の流量を増加させる水量増加制御を実行する制御部とを具備する態様が採用できる。シフト部の温度が所定値よりも高いとき、制御部は水量増加制御を実行する、水量増加制御は、冷却通路に酸素含有ガスを供給する操作と併せてあるいは独立して実施することができる。これによりシフト部の過剰高温化が一層抑制される。
【００１３】
・冷却通路は、シフト部を冷却すると共にＣＯ酸化部に繋がる第１冷却通路と、シフト部を冷却すると共にＣＯ酸化部に繋がらない第２冷却通路とを有する態様が挙げられる。第１冷却通路を流れる酸素含有ガスはＣＯ酸化部に供給され、ＣＯ酸化部における酸化反応に使用される。第２冷却通路を流れる酸素含有ガスはシフト部を冷却させるものの、ＣＯ酸化部には供給されない。ＣＯ酸化部に供給させる酸素含有ガスの単位時間当たりの流量を制限させつつ、シフト部を更に冷却させたいときには、第２冷却通路を流れる酸素含有ガスの単位時間あたりの流量を増加させれば良い。
【００１４】
・好ましくは、酸素含有ガスを冷却通路に供給する酸素含有ガス通路が設けられている態様が採用できる。この場合、酸素含有ガス通路は、冷却通路に酸素含有ガスを供給することによりＣＯ酸化部に供給する第１酸素含有ガス通路と、冷却通路を迂回しつつ酸素含有ガスをＣＯ酸化部に供給する第２酸素含有ガス通路とを有する態様が採用できる。起動時のようにシフト部が低温のときには、制御部は、第１酸素含有ガス通路に供給する酸素含有ガスの単位時間当たりの流量を低下させつつ、第２酸素含有ガス通路に供給する酸素含有ガスの単位時間当たりの流量を増加させることができる。これによりシフト部の立ち上がりを早期化できる。
【００１５】
・好ましくは、冷却部の冷却通路は、改質ガスおよび酸素含有ガスのうちの少なくとも一方の乱流化を促進させることにより、冷却通路における改質ガスおよび酸素含有ガスの混合性を高める乱流化要素を有する態様が挙げられる。改質ガスおよび酸素含有ガスの混合性が高められるため、ＣＯ酸化部における酸化反応が良好となる。
【００１６】
・好ましくは、冷却通路には方向変換部が設けられている態様が採用できる。方向変換部は、酸素含有ガスおよび改質ガスのうちの少なくとも一方を、他方に対して衝突させるように方向変換させる。これにより冷却通路における乱流化が進行し、改質ガスおよび酸素含有ガスの混合性が高められる。方向変換部は、改質ガスを酸素含有ガスに対して衝突させるように方向変換させる形態でも良いし、あるいは、酸素含有ガス通路から供給される酸素含有ガスを改質ガスに対して衝突させるように方向変換させる形態でも良い。『衝突』は、正面衝突および側方衝突を含む。上記した方向変換部としては、改質ガスおよび酸素含有ガスの流れ方向に対して傾斜している傾斜部が採用できる。
【００１７】
・好ましくは、冷却通路は、冷却面積を増加させる凹凸構造を有する態様が採用できる。凹凸構造は、蛇腹構造、複数の突起を有する構造、複数の凹部を有する構造のうちの少なくとも一つが挙げられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、改質装置の運転中において、ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスを冷却通路に供給することより、シフト部を積極的に冷却させる。この結果、シフト部における過剰高温化を抑制できる効果が得られる。更に、ＣＯ酸化部に供給される酸素含有ガスを予熱できる効果が併せて得られる。このようにＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスでシフト部を冷却できるため、専用の冷却機構を廃止でき、コストダウンが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図面を参照して具体的に説明する。本実施形態に係る改質装置は定置用、産業用または車両用の燃料電池システムに適用される。図１は改質装置１の全体概念を示す。図２および図３は改質装置１の主要部を示す。図１に示すように、改質装置１は、燃焼室２０を形成する改質部２と、燃焼室２０に挿入され改質部２を加熱する燃焼部２５と、蒸発部５０と、シフト部６０と、ＣＯ酸化部５３とをもつ。燃焼部２５には、燃焼用燃料（または燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガス）および燃焼用空気が供給される。改質部２は、鉛直方向に沿った中心軸線Ｐ１をもつ筒形状をなしており、改質用燃料（改質用燃料原料）を水蒸気により改質させ、水素を主要成分とする（例えば３０モル％以上）改質ガスを生成する。改質用燃料がメタンを含む場合には、下記の（１）式に基づく。
【００２０】
図２に示すように、改質部２は、外通路２１と、外通路２１に対して内側となるように同軸的に形成された内通路２２と、外通路２１の上部と内通路２２の上部とを繋ぐ折返通路２３とを有する。内通路２２および外通路２１は第２断熱層４７で仕切られている。外通路２１の下部は改質部２の入口２ｉとされている。内通路２２の下部は改質部２の出口２ｐとされている。外通路２１および内通路２２には、改質触媒を担持した触媒担体２０ａが収容されている。触媒担体２０ａは粒状とされている。
【００２１】
図２に示すように、改質部２の外周側には、筒形状をなす第１断熱層４１が設けられている。第１断熱層４１は、改質部２に同軸的な周壁層４１ａと、改質部２の上部を覆う天井層４１ｃとを有する。天井層４１ｃには中間蓋４２が取り付けられている。第１断熱層４１の内周面および外周面は、燃焼室２０に連通する筒形状をなす第１燃焼通路４３および第２燃焼通路４４を同軸的にそれぞれ形成する。第２燃焼通路４４は、外部に連通する燃焼排ガス通路４５に連通する。更に第１断熱層４１で区画される第２燃焼通路４４の外周側には、改質水を蒸発させる蒸発部５０が同軸的に形成されている。蒸発部５０は、空間幅が狭いリング形状または筒形状の空間で形成されている。蒸発部５０の下部には、改質水を供給する水入口５０ｉが形成されている。蒸発部５０の上部には、改質水を加熱して生成した水蒸気を吐出する水蒸気出口５０ｐが形成されている。このため蒸発部５０において水および水蒸気は上向きに流れる。但し、蒸発部５０において水および水蒸気を下向きに流すことにしても良い。液相状の水である改質水を蒸発部５０に供給する水搬送源として機能するポンプ５０ｍが設けられている。シフト部６０の入口６０ｉの温度を測定する温度センサ６０ｓがシフト部６０に設けられている。温度センサ６０ｓの信号が入力される制御部１００が設けられている。制御部１００はポンプ５０ｍ、バルブなどを制御する。
【００２２】
蒸発部５０の外周側には、筒形状をなす第３断熱層４８を介して、筒形状をなすＣＯ酸化部５３が同軸的に隣設されている。第３断熱層４８は、ＣＯ酸化部５３の熱が蒸発部５０に伝達されることを抑制し、ＣＯ酸化部５３の温度を確保するのに有効である。ＣＯ酸化部５３の下部には、後述する冷却通路８１に連通する入口５３ｉが形成されている。ＣＯ酸化部５３の上部には、燃料電池のアノードに連通する出口５３ｐが形成されている。
【００２３】
図１に示すように、燃焼室２０で燃焼された燃焼ガスは、第１燃焼通路４３を下降し，第２燃焼通路４４を上昇して流れ、燃焼排ガス通路４５から外部に向けて排出される。蒸発部５０は第２燃焼通路４４を流れる燃焼ガスにより加熱される。
【００２４】
更に、図１に示すように、改質装置１は、改質部２の下方に配置された熱交換部５４と、熱交換部５４の下方に配置されたシフト部６０と、シフト部６０と熱交換部５４との間に配置された電気式のヒータをもつ暖機部５５（起動時に使用）とを備えている。ここで、改質部２の下流（下方）に熱交換部５４が設けられている。熱交換部５４の下流（下方）にシフト部６０が設けられている。熱交換部５４は、互いに熱交換可能な第１熱交換通路５４ａおよび第２熱交換通路５４ｃを有する。熱交換部５４は、燃料原料としての改質用燃料（例えば炭化水素系ガス）を供給する原料入口５４ｉと、蒸発部５０で生成された水蒸気が供給される水蒸気入口５４ｋとを有する。
【００２５】
シフト部６０は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を利用するシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているＣＯを低減させる。ＣＯシフト部６０は、シフト反応を促進させるシフト触媒を有する触媒担体６０ａを有する。シフト触媒は例えば銅−亜鉛系触媒が採用されるが、これに限定されるものではない。触媒担体６０ａは粒状をなす。シフト部６０は、改質ガスを流す改質ガス通路を形成する改質ガス通路形成部材６１を有する。改質ガス通路形成部材６１は、内側の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）を形成する内筒６２と、外側の第２シフト通路６１ｓ（下流領域）を形成するように内筒６２に対して同軸的に配置された外筒６３と、内筒６２の先端部（下端部）側に設けられた円形状をなす第１ガス通過板６４と、内筒６２の基端部（上端部）側に設けられたリング形状をなす第２ガス通過板６５と、外筒６３の下面開口および内筒６２の下面開口を閉鎖する閉鎖板６６とを有する。第１シフト通路６１ｆおよび第２シフト通路６１ｓは、内筒６２で仕切られているため、内筒６２は仕切部材として機能する。第１シフト通路６１ｆおよび第２シフト通路６１ｓには、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａが収容されている。
【００２６】
第１ガス通過板６４および閉鎖板６６は折返通路６７を形成し、第１シフト通路６１ｆの改質ガスを矢印Ｅ方向にＵターンさせて第２シフト通路６１ｓに流す。第１ガス通過板６４は多数の通孔を有しており、ガス通過性を確保しつつ、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａが落下することを抑制する。第２ガス通過板６５は多数の通孔を有しており、ガス通過性を確保しつつ、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａが飛散することを抑制する。外筒６３には、酸素を含む空気（酸素含有ガス）が供給される空気通路７０（酸素含有ガス通路）を形成する第１形成部材７１（酸素含有ガス通路形成部材）が設けられている。
【００２７】
ＣＯ酸化部５３は、シフト部６０の下流に配置されており、シフト部６０で浄化された改質ガスに含まれているＣＯを下記の式（３）に基づいて、酸化させて低減させる酸化反応を促進させるものである。このためＣＯ酸化部５３は、酸化反応を促進させる酸化触媒を有する触媒担体５３ａを有する。触媒担体５３ａは粒状とされている。酸化触媒は例えばルテニウム系、白金系、白金−ルテニウム系等の貴金属触媒が採用されるが、これに限定されるものではない。
式（１）…ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ（吸熱反応）
式（２）…ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２（発熱反応）
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２（発熱反応）
次に改質装置１を作動させるときについて図１を参照して説明する。この場合、燃焼用空気を燃焼部２５に供給すると共に、燃焼用燃料を燃焼部２５に供給する。これにより燃焼部２５が着火され、燃焼室２０において燃料火炎２５ｃが生成される。燃焼用燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が採用できる。例えば、炭化水素系の都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。燃焼部２５により改質部２が改質反応に適するように高温（例えば４００〜９００℃）に加熱される。改質部２と共に蒸発部５０、シフト部６０およびＣＯ酸化部５３も加熱される。改質用燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が採用できる。例えば、炭化水素系の都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。
【００２８】
改質部２が適温領域にされたら、改質水（改質反応前の水）が蒸発部５０の水入口５０ｉに供給される。改質水は蒸発部５０において加熱されて水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部５０を上昇し、蒸発部５０の水蒸気出口５０ｐから水蒸気通路７５を経て熱交換部５４の水蒸気入口５４ｋを介して合流域５６に到達する。これに対して、改質用燃料（燃料原料）は熱交換部５４の原料入口５４ｉから熱交換部５４の合流域５６に供給される。これにより合流域５６において、改質用燃料と水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部５４の低温側の第１熱交換通路５４ａを流れて改質部２の外通路２１の入口２ｉに至る。このとき改質部２の内通路２２の出口２ｐから吐出された高温の改質ガスは、熱交換部５４の第２熱交換通路５４ｃを流れる。このため相対的に高温の改質ガスと、改質ガスよりも相対的に低温の混合流体とは互いに熱交換される。従って、改質反応前の混合流体が予熱される。混合流体は改質部２の外通路２１に流入して矢印Ａ方向（図２参照）に流れ、折返通路２３をＵターンして内通路２２に流入して矢印Ｂ方向（図２参照）に流れる。このとき水蒸気および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した（１）に示す改質反応により、水素リッチ（２０モル％以上）な改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む可能性がある。
【００２９】
更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部２の内通路２２の出口２ｐから熱交換部５４に矢印Ｃ方向（図２参照）に流入する。即ち、高温の改質ガスは、熱交換部５４の高温側の第２熱交換通路５４ｃを通過することにより、低温側の第１熱交換通路５４ａの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部５５を経て、シフト部６０の入口６０ｉからシフト部６０の第１シフト通路６１ｆに矢印Ｄ方向に流入する。シフト部６０においては、上記した式（２）に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素（有害ガス）が低減され、改質ガスは浄化される。改質ガスの流れは燃焼ガスの流れに対向する対向流とされている。これにより改質ガスの加熱効率を高めることができる。
【００３０】
更に、シフト部６０において浄化された改質ガスは、シフト部６０から折返通路６７を矢印Ｅ，Ｇ方向（図４参照）に流れ、第２ガス通過板６５を通過し、冷却通路８１に至る。更に、改質ガスは冷却通路８１を流れ、冷却通路８１の出口８１ｐから通路８５を矢印Ｈ，Ｉ方向（図２参照）に流れ、入口５３ｉからＣＯ酸化部５３内に流入する。ＣＯ酸化部５３においては、改質ガスは矢印Ｊ方向（上向き，図２参照）に流れる。ＣＯ酸化部５３において、上記した式（３）に示すように、酸素を利用した酸化反応（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）が行われる。この結果、改質ガスに含まれているＣＯが浄化されて更に低減される。このように浄化された改質ガスは、ＣＯ酸化部５３の出口５３ｐからアノードガスとして、燃料電池の燃料極（アノード）に供給される。カソードガスとして機能する空気は、燃料電池の酸化剤極（カソード）に供給される。これにより燃料電池において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガス（燃料電池のアノードから排出されたガス）は、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスは燃焼部２５に供給されて燃焼され、燃焼部２５の熱源となる。なお、改質装置１の全体は、断熱材料で形成された外殻状をなす被覆層２００（図１参照）で被覆されている。被覆層２００は、保温性を高めるともに、外方に対する断熱性を高める。
【００３１】
更に本実施形態の改質装置１について、図２を参照して説明を加える。改質装置１は、内周から外周に向かうにつれて、第１筒９１、第２筒９２、第３筒９３、第４筒９４、第５筒９５、第６筒９６、第７筒９７、第８筒９８および第９筒９９を中心軸線Ｐ１に対して同軸的に有する。各筒９１〜９９はほぼ円筒形状をなしており、金属（例えばステンレス鋼）で形成されている。ここで、改質部２は、第１筒９１と、第２筒９２と、第３筒９３と、第４筒９４とを同軸的に配置している。第１筒９１は有底形状をなしており、底部９１ｃと、底部９１ｃに溶接または取付具で固定された下向きに突出する係合ピン９１ｅとを有する。
【００３２】
図３に示すように、第１筒９１の外周面と第２筒９２の内周面とで、改質用の触媒担体２０ａが収容されている筒形状をなす内通路２２（ガス通路，触媒通路）が形成されている。第３筒９３の外周面と第４筒９４の内周面とで、改質用の触媒担体２０ａが収容されている筒形状をなす外通路２１（ガス通路，触媒通路）が形成されている。第４筒９４の外周面と第１断熱層４１の内周面とで、リング形状または筒形状をなす第１燃焼通路４３が形成されている。第５筒９５の内周面は第１断熱層４１を被覆している。第５筒９５の外周面と第６筒９６の内周面とで、リング形状をなす第２燃焼通路４４が形成されている。第６筒９６の上面開口は主蓋４９で閉鎖されている。第６筒９６の外周面と第７筒９７の内周面とで、リング形状または筒形状の空間で形成された蒸発部５０が形成されている。第７筒９７の外周面と第８筒９８の内周面とで、筒形状をなす第３断熱層４８が被覆されている。第８筒９８の外周面と第９筒９９の内周面とで、筒形状をなすＣＯ酸化部５３が形成されている。
【００３３】
図２に示すように、各筒の下方には金属製の主基体８６が配置されている。但し主基体８６はセラミックス製としても良い。主基体８６は、改質部２の外通路２１に連通する第１連通孔８６ｆと、改質部２の内通路２２に連通する第２連通孔８６ｓとを有する。第３筒９３の下端部、第４筒９４の下端部、第６筒９６の下端部は、金属製の主基体８６に溶接等で固定されている。第１筒９１の上端部と第４筒９４の上端部とには、リング形状の蓋８８が溶接等で接合されている。
【００３４】
改質部２の外通路２１の下部には、ガス通過性をもつ第１ガス通過部材１１０が配置されている。第１ガス通過部材１１０は中心軸線Ｐ１に対して同軸的なリング形状をなしており、厚み方向に貫通する多数の通孔１１０ｍを有する金属製のパンチングメタルまたは網部材で形成されている。第１ガス通過部材１１０は、外通路２１に収容されている触媒担体２０ａが落下することを抑制する。主基体８６には副基体８７が載せられている。副基体８７は耐火材または金属で形成されている。副基体８７と主基体８６とは、改質ガスを通過させるためにガス通過性をもつ主ガス通過部材１５０が保持されている。主ガス通過部材１５０は円形状をなしており、改質ガスを通過させるために、厚み方向に貫通する多数の通孔１５０ｍを有するパンチングメタルまたは網部材で形成されている。第１筒９１の係合ピン９１ｅは、主ガス通過部材１５０の係合孔１５０ｅに挿入されて係合している。これにより組付時において第１筒９１の位置決め精度が確保され、第１筒９１の同軸性が確保され易くなる。故に、内通路２２の通路幅をこれの周方向において均一化させるのに貢献できる。このため内通路２２における触媒反応のムラが低減され、改質反応を良好になし得る。係合ピン９１ｅからの伝熱により係合ピン９１ｅ付近、すなわち改質部２０の出口２ｐ付近の触媒担体２０ａを高温にでき、改質反応に適する。
【００３５】
図２および図３に示すように、ＣＯ酸化部５３のうち下部には、ガス通過性をもつ第２ガス通過部材１２０が保持されている。ＣＯ酸化部５３のうち上部には、ガス通過性をもつ第３ガス通過部材１３０が保持されている。第２ガス通過部材１２０および第３ガス通過部材１３０は、中心軸線Ｐ１に対して同軸的なリング形状をなしており、厚み方向に貫通する多数の通孔１２０ｍ，１３０ｍを有するパンチングメタルまたは網部材で形成されている。パンチングメタルまたは網部材に限定されるものではない。第２ガス通過部材１２０は、ＣＯ酸化部５３の触媒担体５３ａが落下することを抑制する。第３ガス通過部材１３０は、ＣＯ酸化部５３の触媒担体５３ａに対してガス通過性を確保しつつ蓋をしている。ＣＯ酸化部５３においては、第２ガス通過部材１２０の下方にリング形状をなす下部空間５３ｄが形成されていると共に、第２ガス通過部材１２０の上方にリング形状をなす上部空間５３ｕが形成されている。
【００３６】
図２および図３に示すように、第２燃焼通路４４には伝熱部材として機能する伝熱フィン４６が挿入されている。第６筒９６の下部には、径内方向に突出する突起９６ａ（係合体）が形成されている。突起９６ａは、第６筒９６の周方向において間隔を隔てて断続的に複数個設けられている。突起９６ａは、第５筒９５と第６筒９６との同軸性を高めるのに貢献できる。更に、伝熱フィン４６の落下は突起９６ａにより抑制されている。改質装置１の組付時に、改質装置１を構成する部品が上下逆に配置されることがある。このような場合であっても、中間蓋４２のフランジ部４２ｆにより伝熱フィン４６の落下が抑制される。
【００３７】
さて本実施形態によれば、図１および図４に示すように、冷却通路８１を有する冷却部８０がシフト部６０に隣設されている。冷却通路８１は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）の入口６０ｉに隣設されつつ、シフト部６０の第２シフト領域６１ｓ（下流領域）の出口６０ｐに隣設されている。換言すると、冷却通路８１は、シフト部６０の上流領域および下流領域の双方に隣設されている。冷却通路８１には、空気（大気）を供給する空気通路７０の入口７０ｉが連通する。
【００３８】
ここで、シフト反応は、上記した式（２）（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２）に基づき、発熱を伴う。改質装置１の運転条件、触媒担体２０ａ，５３ａ，６０ａの触媒の種類等によっても相違するが、入口６０ｉは一般的には１５０〜２５０℃の範囲、殊に１７０〜２２０℃の範囲となる。改質装置１の運転時において、シフト部６０が必要以上に過剰に高温化されると、上記した発熱を伴うシフト反応に基づくＣＯ濃度を低減させる効果が発現されにくくなる傾向がある。殊に、改質部２で改質された改質ガスが熱交換部５４を介してシフト部６０に供給されるため、シフト部６０は高温となりがちである。触媒担体５３ａの触媒の活性温度域よりも高くなり、触媒の活性が過剰に低下することもある。断熱性を有する被覆層２００でシフト部６０が包囲されているため、なおさらである。
【００３９】
この点について本実施形態によれば、図１に示すように、空気が供給されることにより冷却機能を果たす冷却通路８１は、シフト部６０に隣設されている。このため、改質装置１の運転中において、発熱を伴うシフト反応を行うシフト部６０を、冷却通路８１の空気（大気）により積極的に冷却させることができ、シフト部６０におけるＣＯ低減効果が良好に得られる。このようにＣＯ酸化部５３に供給される前の空気でシフト部６０を冷却させることができるため、専用の冷却機構を廃止でき、コストダウンが可能となる。冷却通路８１の空気の温度はシフト部６０の常用温度域よりも低いものであり、例えば常温にできる。
【００４０】
殊に本実施形態によれば、空気が供給される冷却通路８１は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）のうち入口６０ｉと、シフト部６０の第２シフト通路６１ｓ（下流領域）のうち出口６０ｐの双方に隣設されている。このため、発熱を伴うシフト反応を行うシフト部６０の入口６０ｉおよび出口６０ｐの双方を、空気（大気）により積極的に冷却させることができる。殊に、シフト部６０の上流領域を積極的に冷却させることは有効である。なかでも上流領域の入口６０ｉを積極的に冷却させることは有効である。その理由としては、改質部２から熱交換部５４を経た直後の改質ガス（ＣＯ濃度が高い）が入口６０ｉからシフト部６０の第１シフト通路６１ｆ（上流領域）に供給されるため、当該上流領域、殊に入口６０ｉを冷却させることは有効である。
【００４１】
冷却通路８１の中心軸線は、中心軸線Ｐ１と同軸である。冷却通路８１は、中心軸線Ｐ１の回りを１周するリング形状または筒形状の空間をなしており、シフト部６０（殊に入口６０ｉ）に対して同軸的とされている。このためシフト部６０（殊に入口６０ｉ）を冷却させる冷却面積を増加させるのに有利である。
【００４２】
なお、シフト部６０の入口６０ｉと出口６０ｐとの間の中間領域を空気で冷却させることも考えられる。しかしこの場合、シフト部６０の入口６０ｉと出口６０ｐとの間の中間領域に空気を供給させる必要があり、このため空気が供給される冷却通路をシフト部の中間領域に埋設しなければならず、構造が複雑となり易い。
【００４３】
更に説明を加える。冷却通路８１には、改質部２で生成された一酸化炭素を含む可能性がある改質ガス（シフト部６０を流れ且つＣＯ酸化部５３に供給される前の改質ガス）と、空気通路７０の入口７０ｉから空気（酸素含有ガス）とが供給されて混合される。従って、冷却通路８１は、改質ガスと空気とをＣＯ酸化部５３の上流において混合させる混合室として機能することができる。改質ガス通路としての第２シフト通路６１ｓは、冷却通路８１の軸線（中心軸線Ｐ１）に対して延設された通路を形成している。従って、第２シフト通路６１ｓ（改質ガス通路）は、第２シフト通路６１ｓが延設されている方向に沿って、つまり矢印Ｇ方向（上向き）に沿って、改質ガスを流す。
【００４４】
これに対して図４に示すように、酸素含有ガス通路として機能する空気通路７０は、空気（酸素含有ガス）を冷却通路８１の中心軸線Ｐ１に対して直角方向に沿って径内方向（矢印Ｒ方向）に向けて流す。ここで、図４に示すように、冷却通路８１の内周側には方向変換部８２が設けられている。方向変換部８２は、第２シフト通路６１ｓから供給される改質ガスと、空気とを互いに衝突させるように案内する機能を有する。具体的には、中心軸線Ｐ１を通る断面（図１および図４）において、方向変換部８２は、中心軸線Ｐ１の回りを１周するように設けられており、中心軸線Ｐ１に対してほぼ直状（断面直線状）に傾斜されている傾斜面８２ａを有する。中心軸線Ｐ１と平行な方向に対する傾斜面８２ａの傾斜角θ１は、２０〜８０度の範囲内、３０〜６０度の範囲内、あるいは、３５〜５５度の範囲内とすることができる。
【００４５】
図４に示すように、方向変換部８２は、冷却通路（改質部２）の中心軸線Ｐ１に対して傾斜されている。方向変換部８２は、重力方向の下方に向かうにつれて縮径するように傾斜している。すなわち方向変換部８２は、上方に向かうにつれて拡径するように傾斜している。空気が冷却通路８１に供給されていないとき、方向変換部８２は、第２シフト通路６１ｓを矢印Ｇ方向（中心軸線Ｐ１に沿った方向）に流れる改質ガスを、冷却通路８１において径外方向（矢印Ｓ方向）に指向させる。更に、改質ガスが流れていないとき、方向変換部８２は、空気通路７０は、矢印Ｒ方向に流れる空気を冷却通路８１において冷却通路８１の軸線（中心軸線Ｐ１）が延設されている方向（図４に示す矢印Ｔ方向）に指向させる。この結果、冷却通路８１において、改質ガスと空気とを互いに対向させて衝突させるように、方向変換部８２は改質ガスおよび空気を案内させる。このため、冷却通路８１において改質ガスおよび空気同士が衝突流となり易い。故に、冷却通路８１において乱流化が進行し、冷却通路８１における改質ガスおよび空気同士の混合性を高めることができる。
【００４６】
本実施形態によれば、方向変換部８２は、内筒６２の基端部６２ｂを径外方向に円錐形状に拡径加工させることにより形成されている。上記したように方向変換部８２は内筒６２の一部分で形成されているため、別部品を必要とせず、部品の点数を低減できる。上記した内筒６２は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆと冷却部８０とを仕切る仕切部材として機能する。冷却通路８１は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆと冷却部８０とを仕切る内筒６２（仕切部材）を用いて形成されている。この場合、内筒６２（仕切部材）を介してシフト部６０の第１シフト通路６１ｆおよび冷却部８０は隣設されている。
【００４７】
図６は、混合状態を平面から視認する概念形態を模式的に示す。図６に示すように、冷却通路８１に供給された改質ガスは、方向変換部８２により径外方向（矢印Ｓ方向）に指向する。これに対して、空気通路７０の入口７０ｉから冷却通路８１に供給される空気は、径内方向（矢印Ｒ方向）に向かい、更に方向変換部８２に当たると、矢印Ｔ方向（図４参照）に指向する。このため、殊に空気通路７０の入口７０ｉ付近においては、空気と改質ガスとの対向流としての衝突度が高くなる。これにより冷却通路８１における乱流化が促進される。故に、冷却通路８１における空気と改質ガスとの均一混合性が増加する。殊に空気通路７０の入口７０ｉ付近においては、上記した均一混合性が増加する。
【００４８】
ここで、空気通路７０の入口７０ｉは、冷却通路８１において出口８１ｐから最も遠い位置に設けられている。空気通路７０の入口７０ｉから冷却通路８１に供給された空気は、冷却通路８１の周方向に沿って流れ、冷却通路８１の出口８１ｐから吐出される。上記したように空気と改質ガスとの冷却通路８１における混合性が向上すれば、空気を含む改質ガスが入口５３ｉからＣＯ酸化部５３に供給されたとき、ＣＯ酸化部５３におけるＣＯ酸化反応を良好に実施することができる。ここで、改質ガス（シフト部通過後のガス）量に対して混合する空気の量が圧倒的に少ないので、両者を均一に混合させにくい。また改質ガスの主要成分は水素であり、空気の主要成分は酸素および窒素であり、比重がかなり異なり、改質ガスと空気とを均一に混合させにくい。両者の反応を促進させるためには、均一に混合させることが重要である。上記した冷却通路８１に方向変換部８２を形成する構成を採用すれば、冷却通路８１における水素と酸素との均一混合性が向上される。
【００４９】
なお、図６によれば、空気通路７０の入口７０ｉが単数である形態を示す。更に図７に示すように、空気通路７０の入口７０ｉが冷却通路８１の周方向において複数個設けられている形態でも良い。この場合、空気と改質ガスとの均一混合性が更に増加する。図４から理解できるように、シフト部６０の入口６０ｉにおいて、外周側を流れる改質ガスが方向変換部８２の傾斜面８２ｃに当たると、改質ガスは矢印ＫＡ方向（図４参照）に中心軸線Ｐ１に向けて指向するように案内される。
【００５０】
更に本実施形態によれば、図６に示すように、冷却通路８１は中心軸線Ｐ１の回りにリング形状または筒形状に延設されている。故に、冷却通路８１自体を流れる通路距離（入口７０ｉから出口８１ｐまでの通路距離）が確保される。故に、冷却通路８１において空気と改質ガスとを混合させる混合距離を確保でき、空気と改質ガスとを混合性を更に向上させるのに有利となる。
【００５１】
加えて本実施形態によれば、図１に示すように、シフト部６０に隣設されている冷却部８０の冷却通路８１の出口８１ｐからＣＯ酸化部５３の入口５３ｉまで延設されている通路８５が延設されている。すなわち冷却部８０の冷却通路８１はＣＯ酸化部５３の上流に配置されており、冷却通路８１とＣＯ酸化部５３とを繋ぐ通路８５の通路距離が存在している。このため、空気を含む改質ガスが通路８５を流れるとき、改質ガスと空気とを通路８５（ＣＯ酸化部５３の上流の配管）において拡散などで更に混合させることができ、混合性を更に一層高めることを期待できる。よってＣＯ酸化部５３における酸化反応性を一層向上させるのに有利となる。
【００５２】
更に本実施形態によれば、前述したように、図４に示すように、シフト部６０は、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａを収容すると共に改質ガスを流す第１シフト通路６１ｆを形成する内筒６２と、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａを収容すると共に改質ガスを流す第２シフト通路６１ｓを形成する外筒６３と、内筒６２の先端部６２ｃに対向するように内筒６２および外筒６３の軸直角方向に沿って配置された第１ガス通過板６４とを有する。第１ガス通過板６４は厚み方向に貫通する通孔６４ｍをもつ。
【００５３】
図５に示すように、隙間幅Ｋ１を有する微小隙間６８が内筒６２の先端部６２ｃと第１ガス通過板６４との間に形成されている。これにより内筒６２の軸線方向に沿った熱膨張が大きいときであっても、内筒６２の先端部６２ｃが第１ガス通過板６４が過剰に衝突しないようにされている。従って第１ガス通過板６４、内筒６２の薄肉化を図りつつ、これらの長寿命化および耐久性が確保される。殊に、多数の通孔６４ｍをもつ第１ガス通過板６４の変形が抑制される。
【００５４】
（実施形態２）
図８は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。冷却通路８１において、入口７０ｉから出口８１ｐにかけて、複数のピン状をなす突起８１ｍが突設されている。空気および改質ガスが冷却通路８１の出口８１ｐに向けて周方向に流れるにあたり、突起８１ｍに当たり、ガス速度によっては、カルマン渦を生成させることを期待できる。この場合、突起８１ｍは、乱流化促進要素として機能することができる。この場合、均一混合性を向上させる。本実施形態においても、ＣＯ酸化部５３に供給される前の空気を冷却通路８１に供給することより、シフト部６０の上流領域、殊に入口６０ｉを冷却させる。この結果、シフト部６０における過剰高温化を抑制できる。殊にシフト部６０の上流領域、殊に入口６０ｉにおける過剰高温化を抑制できる。更に、ＣＯ酸化部５３に供給される空気を予熱でき、ＣＯ酸化部５３における酸化反応を促進させるのに有利となる。
【００５５】
（実施形態３）
図９は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。但し、内筒６２の基端部６２ｂには、断面で波状をなす蛇腹部（凹凸構造）で形成された方向変換部８２Ｂが形成されている。断面で、蛇腹部は凹凸構造をなしており、互いに異なる向きに傾斜する傾斜面８２ｕ，８２ｖを形成するように山部および谷部をもつ。山部および谷部は改質部の中心軸線回りで延設されている。このような蛇腹部は冷却面積を増加させ、冷却通路８１の冷却能力を高めるのに有利である。更に、空気通路７０から空気は、冷却通路８１の径内方向（矢印Ｒ方向）に向けて流れる。空気は、冷却通路８１において方向変換部８２Ｂに当たると、方向変換され、乱流化が促進される。改質ガスも同様である。これにより冷却通路８１における改質ガスと空気との混合性が向上する。方向変換部８２Ｂは、空気の乱流化を促進させる乱流化促進要素として機能することができる。本実施形態においても、ＣＯ酸化部５３に供給される前の空気を冷却通路８１に供給することより、シフト部６０の上流領域、殊に入口６０ｉを冷却させることができる。この結果、シフト部６０における過剰高温化を抑制できる。殊にシフト部６０の上流領域、殊に入口６０ｉにおける過剰高温化を抑制できる。更に、ＣＯ酸化部５３に供給される空気を予熱でき、ＣＯ酸化部５３における酸化反応を促進させるのに有利となる。
【００５６】
（実施形態４）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示し、図１を準用する。温度センサ６０ｓは、シフト部６０の入口６０ｉ側の温度を測定する。温度センサ６０ｓで測定されたシフト部６０の入口６０ｉ付近の温度が所定値よりも高いとき、制御部１００は、蒸発部５０に供給する改質水（液相）の流量を増加させる指令をポンプ５０ｍに出力し、水量増加制御を実行する。これによりシフト部６０に供給される改質ガスに含まれる水蒸気量が増加し、気化熱が増加するため、シフト部６０の入口６０ｉ側の過剰高温化が抑制される。よって、シフト部６０におけるシフト反応が良好に確保される。所定値は改質装置１の種類に応じて適宜選択する。
【００５７】
（実施形態５）
図１０は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。冷却通路８１は、第２ガス通過板６５および内筒６２の基端部６２ｂにより、断面で四角リング形状をなす空間として形成されている。本実施形態においても、改質装置１の運転中において、冷却通路８１はシフト部６０に隣設されている。そして、ＣＯ酸化部５３に供給される前の空気（大気）を冷却通路８１に供給する。これにより改質ガスと空気とをＣＯ酸化部５３の上流において混合させることができる。この結果、シフト部６０の上流領域である第１シフト通路６１ｆを空気で積極的に冷却させることができる。殊に、入口６０ｉおよび出口６０ｐの双方を冷却させることができる。この結果、シフト部６０における過剰高温化を抑制できる。更に、ＣＯ酸化部５３に供給される前の空気を冷却通路８１で予熱でき、ＣＯ酸化部５３における酸化反応を促進させるのに有利となる。
【００５８】
（実施形態６）
図１１は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。冷却通路８１は、リング形状をなす第１冷却通路８１ｆとリング形状をなす第２冷却通路８１ｓとで形成されている。冷却通路８１ｆ，８１ｓは、リング形状をなす仕切部材８１ｘで互いに非連通状態に仕切られている。第１冷却通路８１ｆは、シフト部６０の上流領域である第１シフト通路６１ｆを冷却すると共に、ＣＯ酸化部５３に連通する。第２冷却通路８１ｓは、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆの入口６０ｉを冷却すると共に、ＣＯ酸化部５３に非連通である。図１１に示すように、空気通路７０は、第１冷却通路８１ｆに連通する第１空気通路７０ｆと、第２冷却通路８１ｓに連通する第２空気通路７０ｓと、第１冷却通路８１ｆを流れる空気の流量を調整する流量調整要素として機能する第１調整弁７０ｍと、第２冷却通路８１ｓを流れる空気の流量を調整する流量調整要素として機能する第２調整弁７０ｎとを有する。
【００５９】
図１１から理解できるように、第１冷却通路８１ｆを流れる空気は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆを冷却することにより予熱され、その後、出口８１ｐおよび通路８５を介してＣＯ酸化部５３に供給され、ＣＯ酸化部５３における酸化反応に使用される。これに対して、第２冷却通路８１ｓを流れる空気は、シフト部６０の入口６０ｉを冷却させるものの、ＣＯ酸化部５３には供給されず、大気または燃焼部２５に放出される。ここで、シフト部６０の入口６０ｉを更に冷却させたいときには、制御部１００は第２調整弁７０ｎを制御し、第２冷却通路８１ｓを流れる空気の単位時間あたりの流量を増加させれば良い。ＣＯ酸化部５３に供給する空気の流量を増加させるときには、制御部１００は第１調整弁７０ｍを制御し、第１空気通路７０ｆに供給する空気流量を増加すれば良い。
【００６０】
（実施形態７）
図１２は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。冷却部８０Ｅの冷却通路８１Ｅは冷却専用であり、改質装置１の筐体内においてシフト部６０の入口６０ｉに隣設されている。冷却通路８１Ｅは、シフト部６０に対して仕切板８１０で気密に仕切られている。冷却通路８１Ｅには触媒担体６０ａは収容されていない。冷却用の空気は冷却通路８１Ｅに供給され、シフト部６０を冷却させ、その後、大気または燃焼部２５に供給される。シフト部６０におけるシフト反応を経た改質ガスは、冷却通路８１Ｅにおいて空気と混合されず、出口８１ｐから通路８５を介してＣＯ酸化部５３に供給される。なお、ＣＯ酸化部５３には図略の空気通路から酸化用の空気が供給される。
【００６１】
（実施形態８）
図１３は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。図１３に示すように、酸素含有ガス通路として機能できる空気通路７０は、入口７０ｉを介して冷却通路８１を介してＣＯ酸化部５３に連通する第１空気通路７０ｆ（第１酸素含有ガス通路）と、第１冷却通路８１を迂回すると共にＣＯ酸化部５３に連通する第２空気通路７０ｓ（第２酸素含有ガス通路）と、第１空気通路７０ｆおよび第２空気通路７０ｓに分配する空気の流量を調整する三方弁で形成された流量調整要素として機能する調整弁７０ｖとを有する。
【００６２】
図１３から理解できるように、第１空気通路７０ｆを流れる空気は、冷却通路８１を流れ、シフト部６０の入口６０ｉを冷却することにより予熱され、その後、出口８１ｐおよび通路８５を介してＣＯ酸化部５３に供給され、ＣＯ酸化部５３における酸化反応に使用される。これに対して、第２空気通路７０ｓを流れる空気は、シフト部６０を迂回し、ＣＯ酸化部５３に供給される。ここで、起動時等のようにシフト部６０が適温領域よりも低温であるときには、制御部１００は調整弁７０ｖを制御し、第２空気通路７０ｓを流れる空気の流量を増加させると共に、第１空気通路７０ｆを流れる空気の流量を減少させるかゼロとする。起動時におけるシフト部６０の立ち上がり性が向上する。
【００６３】
（実施形態９）
図１４は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を示す。被覆層２００は断熱材料で形成されており、全体として筒形状をなす。被覆層２００は、横方向（矢印Ｘ５方向）において複数個（２個）に分割された第１被覆層２１０と第２被覆層２２０とで形成されている。第１被覆層２１０および第２被覆層２２０は、それぞれ水平断面でＣ形状をなしており、バンド２８１，２８２により接合され、全体として筒形状を形成する。第１被覆層２１０は、鉛直方向に沿って延設された端面２１１を有する。第２被覆層２２０は、鉛直方向に沿って延設された端面２２１を有する。端面２１１および端面２２１は互いに対面して接合される。
【００６４】
端面２１１にはＣ形状の凹部２１３が複数個形成されている。端面２２１にはＣ形状の凹部２２３が複数個形成されている。第１被覆層２１０と第２被覆層２２０とが一体に組み付けられると、凹部２１３，２２３は、それぞれ嵌合孔２５１〜２５５を形成する。ここで、嵌合孔２５１は、燃料電池に向かう改質ガスの出口５３ｐの配管に嵌合する。嵌合孔２５２は、蒸発部に水を供給する水入口５０ｉの配管に嵌合する。嵌合孔２５３は、改質部に燃料原料を供給する原料入口５４ｉの配管に嵌合する。嵌合孔２５４は、冷却通路８１に空気（冷却兼用酸化用空気）を供給する入口７０ｉの第１形成部材７１の配管にそれぞれ嵌合する。嵌合孔２５５は、燃焼用空気または燃焼用燃料の配管に嵌合する。
【００６５】
図１４に示すように、第１被覆層２１０および第２被覆層２２０のうちの一方または双方には、厚み方向に圧縮可能な寸法誤差吸収用のシート状の断熱材２５０が貼り合わされている。凹部２１３の内面，凹部２２３の内面にも、断熱材２５０が貼り合わされている。このため寸法公差の影響等を回避しつつ、第１被覆層２１０および第２被覆層２２０が精度良く接合され、被覆層２００の気密性が向上する。
【００６６】
（その他）
上記した実施形態１では、改質ガスを方向変換部８２に当てて冷却通路８１において径外方向に向けて方向変換させているが、これに限らず、改質ガスを方向変換部に当てて冷却通路において径内方向に向けて方向変換させ、空気と衝突させることにしても良い。この場合、空気を径外方向に指向するように冷却通路８１に供給する。冷却通路８１には空気を供給させているが、これに限らず、純酸素ガスを供給させることにしても良い。酸素濃度を濃縮させた酸素富化ガスを供給させることにしても良い。方向変換部８２は、重力方向の下方に向かうにつれて縮径するように傾斜しているが、これに限らず、重力方向の上方に向かうにつれて縮径するように傾斜している構造とすることもできる。この場合、下向きに流れる改質ガスが方向変換部に当たり、方向変換される。
【００６７】
実施形態１では、改質部２は内通路２１および外通路２２の双方を有するが、これに限らず、いずれか一方のみとしても良い。蒸発部５０は改質部２と一体的であるが、これに限らず、蒸発部５０は改質部２から分離されていても良い。シフト部６０が改質部２に一体的に連設されているが、これに限らず、シフト部６０は改質部２から分離されていても良い。場合によっては、シフト部６０を廃止しても良い。暖機部５５は必要に応じて設ければ良い。改質部２がシフト部６０の上方に配置されているが、これに限らず、改質部２がＣＯシフト部６０の下方または横方に配置されていても良い。改質部２の上側に燃焼部２５が配置されているが、改質部２の下部側に配置されても良い。場合によっては、第１断熱層４１，第２断熱層４７，第３断熱層４８を廃止しても良い。
【００６８】
実施形態１では、改質部２、ＣＯ酸化部５３および蒸発部５０が同軸的に配置されているが、同軸でなくても良く、非同軸タイプでも良い。各触媒は上記したものに限定されるものではない。上記した改質触媒を担持する触媒担体２０ａ、シフト触媒を担持する触媒担体６０ａ、酸化触媒を担持する触媒担体５３ａは、粒状とされているが、これに限らず、モノリス構造体としても良い。実施形態１では、冷却通路８１にはシフト触媒を担持する触媒担体６０ａが収容されていないが、場合によっては、収容しても良い。
【００６９】
被覆層２００、伝熱フィン４６、突起９６ａ、係合ピン９１ｅは、必要に応じて設ければ良い。上記した第１筒９１〜第９筒９９等に使用されるステンレス鋼はＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４、ＮＣＡ−１（日新製鋼株式会社，アルミニウム含有の高温酸化用のステンレス鋼）等が例示される。改質装置１に用いられる配管はＳＵＳ３１６Ｌが例示される。本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。上記した記載から次の技術的思想も把握される。
【００７０】
（付記項１）改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスをシフト反応により低減させるシフト部と、シフト部の下流に配置され改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスを酸化反応により低減させるＣＯ酸化部と、シフト部を有する筐体は、ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスと改質ガスとを混合させる混合室を有することを特徴とする燃料電池用改質装置。
【００７１】
（付記項２）改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスをシフト反応により低減させるシフト部と、前記シフト部の下流に配置され前記改質部で生成された改質ガスに含まれる有害ガスを酸化反応により低減させるＣＯ酸化部と、前記改質部、前記シフト部、前記ＣＯ酸化部の外側を被覆させる断熱材料を基材とする被覆層とを具備することを特徴とする燃料電池用改質装置。改質部、シフト部およびＣＯ酸化部の保温性が向上する。
【００７２】
（付記項３）改質用燃料原料から改質ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記改質ガスに含まれる有害ガスをシフト反応により低減させるシフト部と、前記シフト部の下流に配置され前記改質部で生成された前記改質ガスに含まれる有害ガスを酸素と反応させる酸化反応により低減させるＣＯ酸化部と、前記ＣＯ酸化部に供給される前の酸素含有ガスが供給される冷却通路をもち、前記ＣＯ酸化部に供給される前の前記酸素含有ガスで前記シフト部を冷却させる冷却部とを具備することを特徴とする燃料電池用改質装置。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は燃料電池システムに使用される改質装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施形態１に係り、改質装置を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係り、改質装置の改質部付近を示す断面図である。
【図３】実施形態１に係り、改質装置の改質部付近を拡大して示す断面図である。
【図４】実施形態１に係り、改質装置の冷却通路に隣設するＣＯシフト部付近を拡大して示す断面図である。
【図５】実施形態１に係り、ＣＯシフト部の内筒の先端部付近を拡大して示す断面図である。
【図６】空気通路の入口が単数設けられているとき、冷却通路における流れ形態を模式的に示す平面図である。
【図７】空気通路の入口が複数設けられているとき、冷却通路における流れ形態を模式的に示す平面図である。
【図８】実施形態２に係り、空気通路の入口が単数設けられているとき、冷却通路における流れ形態を模式的に示す平面図である。
【図９】実施形態３に係り、冷却通路付近を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施形態５に係り、冷却通路およびシフト部付近を断面図である。
【図１１】実施形態６に係り、冷却通路およびシフト部付近を断面図である。
【図１２】実施形態７に係り、冷却通路およびシフト部付近を断面図である。
【図１３】実施形態８に係り、冷却通路およびシフト部付近を断面図である。
【図１４】実施形態９に係り、改質装置に被着されている被覆層を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１は改質装置、２は改質部、２０は燃焼室、２１は外通路、２２は内通路、２５は燃焼部、４１は第１断熱層、４３は第１燃焼通路、４４は第２燃焼通路、４６は伝熱フィン、５０は蒸発部、５０ｍはポンプ（水搬送源）、５３はＣＯ酸化部、５４は熱交換部、６０はシフト部、６０ｓは温度センサ、６１は改質ガス通路形成部材、６１ｆは第１シフト通路（上流領域，改質ガス通路）、６１ｓは第２シフト通路（下流領域，改質ガス通路）、６２は内筒、６３は外筒、６４は第１ガス通過板、６５は第２ガス通過板、６６は閉鎖板、７０は空気通路（酸素含有ガス通路）、７１は第１形成部材（酸素含有ガス通路形成部材）、７５は水蒸気通路、８０は冷却部、８１は冷却通路、８２は方向変換部、１００は制御部、１１０は第１ガス通過部材、１２０は第２ガス通過部材、１５０は主ガス通過部材を示す。
【図１】
0005198091.tif 000002
【図２】
0005198091.tif 000003
【図３】
0005198091.tif 000004
【図４】
0005198091.tif 000005
【図５】
0005198091.tif 000006
【図６】
0005198091.tif 000007
【図７】
0005198091.tif 000008
【図８】
0005198091.tif 000009
【図９】
0005198091.tif 000010
【図１０】
0005198091.tif 000011
【図１１】
0005198091.tif 000012
【図１２】
0005198091.tif 000013
【図１３】
0005198091.tif 000014
【図１４】
0005198091.tif 000015