(57)【要約】【課題】燃料改質部に対する断熱性能を高め、しかも改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることなどが可能な改質装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料改質部２の周囲を囲む断熱材４と、断熱材４の周囲を囲む円筒２７の外周面に螺旋状に巻回した水冷チューブ５とを有し、この水冷チューブ５内を流通する第１原料水３１が、断熱材４の内側から断熱材４介して水冷チューブ５へ伝わる（断熱材４から漏れる）燃料改質部２（改質触媒層１８）の熱を吸収して沸騰する構成とする。【選択図】図１
2007308318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質燃料と原料水の混合蒸気が流通する燃料改質部の改質触媒層を、前記燃料改質部の内側に形成された排ガス流路を流れるバーナ燃焼排ガスによって加熱することにより、前記改質燃料を水蒸気改質して水素ガスを含有する改質ガスを生成する構成の改質装置において、
前記燃料改質部の周囲を囲む断熱材と、
前記断熱材の周囲を囲む筒の外周面に巻回した水冷チューブとを有し、
この水冷チューブ内を流通する原料水が、前記断熱材の内側から前記断熱材を介して前記水冷チューブへ伝わる前記燃料改質部の熱を吸収して沸騰する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載の改質装置において、
前記水冷チューブから排出される沸騰原料水中に改質燃料を混入する混合部を有し、
この混合部から排出される原料水と改質燃料の混合流体を蒸発させる混合流体蒸発手段とを有し、
この混合流体蒸発手段から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項３】
請求項２に記載の改質装置において、
前記混合流体蒸発手段は、前記原料水と改質燃料の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器であること特徴とする改質装置。
【請求項４】
請求項３に記載の改質装置において、
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴とする改質装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する低温ＣＯ変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温ＣＯ変成部を有することを特徴とする改質装置。
【請求項６】
請求項５に記載の改質装置において、
前記間隙にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、前記低温ＣＯ変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項７】
請求項６に記載の改質装置において、
前記間隙を流れるバーナ燃焼排ガスが、前記燃料改質部で前記改質触媒層を加熱し、更に前記混合流体蒸発器で前記混合流体を加熱することにより、前記低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層の温度と前記水冷チューブ及び前記筒の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間に供給される構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか１項に記載の改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する高温ＣＯ変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温ＣＯ変成部を有し、
この高温ＣＯ変成部から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項９】
請求項８に記載の改質装置において、
原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温ＣＯ変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の改質装置において、
鉛直方向に沿って配置された１体又は複数体のＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記ＣＯ選択酸化触媒層を冷却する構成のＣＯ選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記原料水蒸発器の前記チューブに供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の改質装置において、
前記ＣＯ選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記ＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記ＣＯ選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の改質装置において、
改質燃料と原料水の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器を有し、
この混合流体蒸発器から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたこと特徴とする改質装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の改質装置において、
前記燃料改質部の前記改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記混合流体蒸発器の前記間隙に流す構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の改質装置において、
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴とする改質装置。
【請求項１５】
請求項１２〜１４の何れか１項に記載の改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する低温ＣＯ変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温ＣＯ変成部を有することを特徴とする改質装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の改質装置において、
前記燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記間隙に流すことにより、前記低温ＣＯ変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する高温ＣＯ変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温ＣＯ変成部を有し、
この高温ＣＯ変成部から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の改質装置において、
前記水冷チューブから排出される原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温ＣＯ変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の改質装置において、
鉛直方向に沿って配置された１体又は複数体のＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記ＣＯ選択酸化触媒層を冷却する構成のＣＯ選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記水冷チューブに供給する構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の改質装置において、
前記ＣＯ選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記ＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記ＣＯ選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴とする改質装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の改質装置において、
予熱運転時には前記水冷チューブと前記低温ＣＯ変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とし、定常運転時には前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とする排出切替手段を備えたことを特徴とする改質装置。
【請求項２２】
請求項１１に記載の改質装置の運転方法であって、
予熱運転時には、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温ＣＯ変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層、前記低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層及び前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層を加熱して所定の予熱温度とし、
この予熱運転後に、前記水冷チューブへの原料水の供給と前記混合部への改質燃料の供給とを開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温ＣＯ変成部及び前記低温ＣＯ変成部でのＣＯ変成と、前記ＣＯ選択酸化部でのＣＯ選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記ＣＯ選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層の温度及び前記低温ＣＯ変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴とする改質装置の運転方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の改質装置の運転方法であって、
予熱運転時には、前記排出切替手段を、前記水冷チューブと前記低温ＣＯ変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態とし、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温ＣＯ変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層、前記低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層及び前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層を加熱して所定の温度とし、
この予熱運転後に、前記排出切替手段を、前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態に切り替えて、前記混合流体蒸発器への改質燃料と原料水の混合流体の供給を開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温ＣＯ変成部及び前記低温ＣＯ変成部でのＣＯ変成と、前記ＣＯ選択酸化部でのＣＯ選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記ＣＯ選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層の温度及び前記低温ＣＯ変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴とする改質装置の運転方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載の改質装置の運転方法において、
定常運転時には、
前記燃料改質部の改質触媒層の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの燃料供給量を制御し、
且つ、前記混合流体蒸発器から排出されて前記燃料改質部に供給される前記混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの空気供給量を制御することを特徴とする改質装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質燃料を水蒸気改質することによって水素ガスを含有する改質ガスを生成する改質装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質装置は改質燃料を水蒸気改質することによって水素ガスを含有する改質ガスを生成するものであり、この改質ガスは燃料電池の燃料などとして利用される。かかる改質装置の従来例としては、例えば下記の特許文献１〜３に開示されたものがある。
【０００３】
（１）  特許文献１，２，４には発電出力が５ｋＷクラスの燃料電池に適用される改質装置が開示されており、この改質装置では燃料改質部の断熱手段として真空断熱容器を用いている。
（２）  特許文献３には発電出力が１ｋＷクラスの燃料電池に適用される改質装置が開示されており、この改質装置では燃料改質部の断熱手段として真空断熱容器は用いず、一般的な断熱材を用いている。
（３）  また、特許文献３の改質装置では、低温ＣＯ変成触媒層（ＬＴＳ触媒層）を原料水で直接的に冷却することによって、ＬＴＳ触媒層の発熱を原料水の蒸発熱として利用している。
（４）  また、特許文献４の改質装置では、改質燃料として灯油を使用する場合、バーナの燃焼排ガスを利用して灯油の一部を蒸発させ、この灯油に過熱水蒸気を混合することより、未蒸発の残灯油を完全に蒸発させた後、この灯油と水蒸気の混合蒸気を改質触媒層に流入している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２７４０５号公報
【特許文献２】特開２００４−０７５４３５号公報
【特許文献３】特開２００４−１２３４６４号公報
【特許文献４】特開２００５−１０８７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の改質装置は次のような問題点を有している。
【０００６】
（１）  特許文献１，２，４の改質装置で用いている真空断熱容器は高い断熱性能を有する反面、非常に高価である。このため改質装置の製造コストを低減することが難しい。
（２）  一方、特許文献３の改質装置では真空断熱容器を用いず、一般的な断熱材を用いているため、改質装置の製造コストを低減することができる。しかしながら、７００℃の改質触媒層に対して断熱材のみで断熱する構成であるため、この構成を例えば発電出力が５ｋＷ以上の燃料電池に適用される改質装置に採用しようとすると、断熱材の厚さを非常に厚くする必要があるため、改質装置全体に占める断熱材の体積の割合が非常に増大して、改質装置の大型化を招いてしまう。
（３）  また、特許文献３の改質装置では１５０℃〜２５０℃で作動するＬＴＳ触媒層を沸騰水によって直接的に冷却するため、ＬＴＳ触媒層が冷えすぎてしまう。このため、ＣＯ選択酸化部（ＰＲＯＸ部）の酸化反応熱をＬＴＳ触媒層に供給して両者の温度をバラスさせる必要がある。
（４）  また、特許文献４の改質装置では灯油を予め灯油沸点よりも低い温度のバーナ燃焼排ガスで部分蒸発させ、次に過熱水蒸気と混合して完全蒸発させるが、この方法では灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が必要になり、且つ、灯油は多成分系であるため、沸点以下で加熱すると分離して蒸発振動が発生し易く、改質触媒層への供給が不均一になってしまう。
【０００７】
従って本発明は上記の事情に鑑み、燃料改質部に対する断熱性能を高め、しかも改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができ、更にはＬＴＳ触媒層の冷えすぎを防止すること、灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が不要で且つ燃料改質部への改質燃料の供給を均一に行うことなどが可能な改質装置及びその運転方法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】
【０００８】
上記課題を解決する第１発明の改質装置は、改質燃料と原料水の混合蒸気が流通する燃料改質部の改質触媒層を、前記燃料改質部の内側に形成された排ガス流路を流れるバーナ燃焼排ガスによって加熱することにより、前記改質燃料を水蒸気改質して水素ガスを含有する改質ガスを生成する構成の改質装置において、
前記燃料改質部の周囲を囲む断熱材と、
前記断熱材の周囲を囲む筒の外周面に巻回した水冷チューブとを有し、
この水冷チューブ内を流通する原料水が、前記断熱材の内側から前記断熱材を介して前記水冷チューブへ伝わる前記燃料改質部の熱を吸収して沸騰する構成としたことを特徴とする。
【０００９】
また、第２発明の改質装置は、第１発明の改質装置において、
前記水冷チューブから排出される沸騰原料水中に改質燃料を混入する混合部を有し、
この混合部から排出される原料水と改質燃料の混合流体を蒸発させる混合流体蒸発手段とを有し、
この混合流体蒸発手段から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたことを特徴する。
【００１０】
また、第３発明の改質装置は、第２発明の改質装置において、
前記混合流体蒸発手段は、前記原料水と改質燃料の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器であること特徴する。
【００１１】
また、第４発明の改質装置は、第３発明の改質装置において、
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴する。
【００１２】
また、第５発明の改質装置は、第１〜第４発明の何れかの改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する低温ＣＯ変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温ＣＯ変成部を有することを特徴する。
【００１３】
また、第６発明の改質装置は、第５発明の改質装置において、
前記間隙にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、前記低温ＣＯ変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
【００１４】
また、第７発明の改質装置は、第６発明の改質装置において、
前記間隙を流れるバーナ燃焼排ガスが、前記燃料改質部で前記改質触媒層を加熱し、更に前記混合流体蒸発器で前記混合流体を加熱することにより、前記低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層の温度と前記水冷チューブ及び前記筒の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間に供給される構成としたことを特徴する。
【００１５】
また、第８発明の改質装置は、第５〜第７発明の何れかの改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する高温ＣＯ変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温ＣＯ変成部を有し、
この高温ＣＯ変成部から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴する。
【００１６】
また、第９発明の改質装置は、第８発明の改質装置において、
原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温ＣＯ変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴する。
【００１７】
また、第１０発明の改質装置は、第９発明の改質装置において、
鉛直方向に沿って配置された１体又は複数体のＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記ＣＯ選択酸化触媒層を冷却する構成のＣＯ選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記原料水蒸発器の前記チューブに供給する構成としたことを特徴する。
【００１８】
また、第１１発明の改質装置は、第１０発明の改質装置において、
前記ＣＯ選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記ＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記ＣＯ選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
【００１９】
また、第１２発明の改質装置は、第１発明の改質装置において、
改質燃料と原料水の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器を有し、
この混合流体蒸発器から排出される前記混合流体の蒸気を前記燃料改質部に供給する構成としたこと特徴する。
【００２０】
また、第１３発明の改質装置は、第１２発明の改質装置において、
前記燃料改質部の前記改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記混合流体蒸発器の前記間隙に流す構成としたことを特徴する。
【００２１】
また、第１４発明の改質装置は、第１２又は第１３発明の改質装置において、
前記混合流体蒸発器は、前記間隙に伝熱促進材を充填した構成であることを特徴する。
【００２２】
また、第１５発明の改質装置は、第１２〜第１４発明の何れかの改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する低温ＣＯ変成部であって、前記水冷チューブとの間に間隙を保持した状態で前記水冷チューブの周囲を囲むように配置された低温ＣＯ変成部を有することを特徴する。
【００２３】
また、第１６発明の改質装置は、第１５発明の改質装置において、
前記燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、前記間隙に流すことにより、前記低温ＣＯ変成部の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
【００２４】
また、第１７発明の改質装置は、第１５又は第１６発明の改質装置において、
前記燃料改質部で生成した前記改質ガスをＣＯ変成する高温ＣＯ変成部であって、前記燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、前記燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成とした高温ＣＯ変成部を有し、
この高温ＣＯ変成部から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴する。
【００２５】
また、第１８発明の改質装置は、第１７発明の改質装置において、
前記水冷チューブから排出される原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる前記高温ＣＯ変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有し、
前記原料水蒸発器から排出される前記原料水の蒸気を前記燃料改質部に供給し、前記原料水蒸発器から排出される改質ガスを前記低温ＣＯ変成部に供給する構成としたことを特徴する。
【００２６】
また、第１９発明の改質装置は、第１８発明の改質装置において、
鉛直方向に沿って配置された１体又は複数体のＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記ＣＯ選択酸化触媒層を冷却する構成のＣＯ選択酸化部を有し、
前記冷却部の上端部から排出される前記原料水を、前記水冷チューブに供給する構成としたことを特徴する。
【００２７】
また、第２０発明の改質装置は、第１９発明の改質装置において、
前記ＣＯ選択酸化部は、前記燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、前記ＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、前記ＣＯ選択酸化触媒層の加熱が可能な構成としたことを特徴する。
【００２８】
また、第２１発明の改質装置は、第２０発明の改質装置において、
予熱運転時には前記水冷チューブと前記低温ＣＯ変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とし、定常運転時には前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出を可能とする排出切替手段を備えたことを特徴する。
【００２９】
また、第２２発明の改質装置の運転方法は、第１１発明の改質装置の運転方法であって、予熱運転時には、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温ＣＯ変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層、前記低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層及び前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層を加熱して所定の予熱温度とし、
この予熱運転後に、前記水冷チューブへの原料水の供給と前記混合部への改質燃料の供給とを開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温ＣＯ変成部及び前記低温ＣＯ変成部でのＣＯ変成と、前記ＣＯ選択酸化部でのＣＯ選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記ＣＯ選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層の温度及び前記低温ＣＯ変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴する。
【００３０】
また、第２３発明の改質装置の運転方法は、第２１発明の改質装置の運転方法であって、予熱運転時には、前記排出切替手段を、前記水冷チューブと前記低温ＣＯ変成部との間の前記間隙から排出されるバーナ燃焼排ガス及び前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態とし、バーナを着火して、バーナ燃焼排ガスを、前記燃料改質部の内側に形成された前記排ガス流路と、前記低温ＣＯ変成部と前記水冷チューブとの間の間隙と、前記ＣＯ選択酸化部の前記排ガス流路とに流すことにより、前記燃料改質部の改質触媒層、前記高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層、前記低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層及び前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層を加熱して所定の温度とし、
この予熱運転後に、前記排出切替手段を、前記混合流体蒸発器から排出されるバーナ燃焼排ガスの排出が可能な状態に切り替えて、前記混合流体蒸発器への改質燃料と原料水の混合流体の供給を開始することにより、前記燃料改質部での改質燃料の水蒸気改質と、前記高温ＣＯ変成部及び前記低温ＣＯ変成部でのＣＯ変成と、前記ＣＯ選択酸化部でのＣＯ選択酸化とを開始し、且つ、前記水冷チューブへの原料水の供給と同時に又は同原料水の供給よりも遅れて、前記ＣＯ選択酸化部の冷却部への原料水の供給も開始することにより、前記ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層の温度及び前記低温ＣＯ変成部に流入する改質ガスの温度を所定の温度にすることを特徴する。
【００３１】
また、第２４発明の改質装置の運転方法は、第２２又は第２３発明の改質装置の運転方法において、
定常運転時には、
前記燃料改質部の改質触媒層の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの燃料供給量を制御し、
且つ、前記混合流体蒸発器から排出されて前記燃料改質部に供給される前記混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するように前記バーナへの空気供給量を制御することを特徴する。
【発明の効果】
【００３２】
第１発明の改質装置によれば、断熱材の周囲を囲む筒の外周面に巻回した水冷チューブと有し、この水冷チューブ内を流通する原料水が、断熱材の内側から断熱材を介して水冷チューブへ伝わる燃料改質部の熱を吸収して沸騰する構成としたことより、断熱材から漏れた燃料改質部の熱を、水冷チューブで原料水の蒸発熱として回収することができるため、断熱材として安価で断熱性能の低いものを用い、且つ、断熱材を薄くしても、放熱量の増加による効率低下を招くことがない。このため、改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができる。
【００３３】
第２発明の改質装置によれば、水冷チューブで沸騰した原料水中に改質燃料を混入することにより、改質燃料として例えば灯油を用いる場合にも、灯油の予備蒸発が不要で灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が不要であり、しかも、沸騰して流速が増加（例えば２０〜３０ｍ／ｓ）した原料水の水蒸気中に改質燃料を混入することになるため、特別なミキサーを用いなくても、容易に原料水（水蒸気）に対して改質燃料を均一に混合することができる。また、混合流体蒸発手段では改質燃料が原料水（水蒸気）とともに蒸発（例えば約４００℃まで温度上昇）するため、蒸発振動を生じることなく燃料改質部への改質燃料の供給を均一に行うことができ、且つ、カーボンの析出などもない。
【００３４】
第３発明の改質装置によれば、混合流体蒸発手段としての混合流体蒸発器が、原料水と改質燃料の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成であるため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。
【００３５】
第４発明の改質装置によれば、二重の筒の内壁面とチューブとの間の間隙に伝熱促進材を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接チューブの管壁に伝わるだけではなく、伝熱促進材を介してもチューブの管壁に伝わることになるため、混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、伝熱促進材はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。
【００３６】
第５発明の改質装置によれば、低温ＣＯ変成部と水冷チューブとの間に間隙を保持することにより、水冷チューブ内を流通する原料水が、前記間隙を介して低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層を放射冷却することになるため、低温ＣＯ変成触媒層の過冷却を防止して、低温ＣＯ変成触媒層をＣＯ変成反応に適した温度（例えば２００℃付近）に保持することができる。
【００３７】
第６発明の改質装置によれば、低温ＣＯ変成部と水冷チューブとの間の間隙にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、低温ＣＯ変成部の加熱が可能な構成であるため、起動時（予熱運転時）には、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層を予熱することができる。
【００３８】
第７発明の改質装置によれば、低温ＣＯ変成部と水冷チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスが、燃料改質部で前記改質触媒層を加熱し、更に混合流体蒸発器で混合流体を加熱することにより、低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層の温度と水冷チューブ及び筒の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間に供給される構成であるため、前記バーナ燃焼排ガスが、特に低温ＣＯ変成触媒層の改質ガス流れ方向の上流側における温度の低下を緩和して、低温ＣＯ変成触媒層における改質ガス流れ方向の上流（高温部）から下流（低温部）までの温度の変化を理想的な直線的変化に近づけることができる。
【００３９】
第８発明の改質装置によれば、高温ＣＯ変成部を、燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時（予熱運転時）には燃料改質部の改質触媒層をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時に高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易に高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層の予熱も行うことができる。
【００４０】
第９発明の改質装置によれば、原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる高温ＣＯ変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に原料水を蒸発させることができる。即ち、原料水の加熱（蒸発）と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。
【００４１】
第１０発明の改質装置によれば、ＣＯ選択酸化部を、鉛直方向に沿って配置された１体又は複数体のＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記ＣＯ選択酸化触媒層を冷却する構成としたことにより、原料水を冷却部の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易に冷却部内の原料水全体を沸騰温度（例えば１００℃）にすることができる。即ち、原料水を冷却部の上端部から供給する場合には沸騰した原料水はなかなか下方には流れていかずに冷たい原料水だけが先に下方へ流れていくため、冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、原料水を冷却部の下端部から供給する場合には沸騰した原料水が直ぐに上方へ流れていくため、容易に冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易にＣＯ選択酸化触媒層全体の温度をＣＯ選択酸化反応に適した温度にすることができる。
【００４２】
第１１発明の改質装置によれば、ＣＯ選択酸化部は、燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、ＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、ＣＯ選択酸化触媒層の加熱が可能な構成であるため、起動時（予熱運転時）にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層を予熱することができる。
【００４３】
第１２発明の改質装置によれば、改質燃料と原料水の混合流体を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブ内に流通させて、二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の混合流体蒸発器を有するため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。
【００４４】
第１３発明の改質装置によれば、燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、混合流体蒸発器の間隙に流す構成としたため、改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して混合流体を蒸発させることができる。
【００４５】
第１４発明の改質装置によれば、二重の筒の内壁面とチューブとの間の間隙に伝熱促進材を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接チューブの管壁に伝わるだけではなく、伝熱促進材を介してもチューブの管壁に伝わることになるため、混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、伝熱促進材はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。
【００４６】
第１５発明の改質装置によれば、低温ＣＯ変成部と水冷チューブとの間に間隙を保持することにより、水冷チューブ内を流通する原料水が、前記間隙を介して低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層を放射冷却することになるため、低温ＣＯ変成触媒層の過冷却を防止して、低温ＣＯ変成触媒層をＣＯ変成反応に適した温度（例えば２００℃付近）に保持することができる。
【００４７】
第１６発明の改質装置によれば、燃料改質部の改質触媒層を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、低温ＣＯ変成部と水冷チューブとの間に間隙に流すことにより、低温ＣＯ変成部の加熱が可能な構成としたため、起動時（予熱運転時）にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、低温ＣＯ変成部の低温ＣＯ変成触媒層を予熱することができる。
【００４８】
第１７発明の改質装置によれば、高温ＣＯ変成部を、燃料改質部の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時（予熱運転時）には燃料改質部の改質触媒層をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時に高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易に高温ＣＯ変成部の高温ＣＯ変成触媒層の予熱も行うことができる。
【００４９】
第１８発明の改質装置によれば、水冷チューブから排出される原料水を、二重の筒内に設けた螺旋状のチューブに流通させて、前記二重の筒の内壁面と前記チューブとの間の間隙を流れる高温ＣＯ変成部からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の原料水蒸発器を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に原料水を蒸発させることができる。即ち、原料水の加熱（蒸発）と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。
【００５０】
第１９発明の改質装置によれば、ＣＯ選択酸化部を、鉛直方向に沿って配置された１体又は複数体のＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って鉛直方向に延びた冷却部を備え、原料水を前記冷却部の下端部から供給して前記冷却部内を上方へと流通させることにより前記ＣＯ選択酸化触媒層を冷却する構成としたことにより、原料水を冷却部の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易に冷却部内の原料水全体を沸騰温度（例えば１００℃）にすることができる。即ち、原料水を冷却部の上端部から供給する場合には沸騰した原料水はなかなか下方には流れていかずに冷たい原料水だけが先に下方へ流れていくため、冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、原料水を冷却部の下端部から供給する場合には沸騰した原料水が直ぐに上方へ流れていくため、容易に冷却部内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易にＣＯ選択酸化触媒層全体の温度をＣＯ選択酸化反応に適した温度にすることができる。
【００５１】
第２０発明の改質装置によれば、ＣＯ選択酸化部は、燃料改質部の改質触媒層を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、ＣＯ選択酸化触媒層の側面に沿って設けた排ガス流路に流すことにより、ＣＯ選択酸化触媒層の加熱が可能な構成であるため、起動時（予熱運転時）にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、ＣＯ選択酸化部のＣＯ選択酸化触媒層を予熱することができる。
【００５２】
第２１発明の改質装置によれば、排出切替手段によって、起動の際の予熱運転時にだけＣＯ選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはＣＯ選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流さないようにすることができるため、ＣＯ選択酸化部における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、冷却部を流れる原料水の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもＣＯ選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて、放熱ロスを低減することができる。
【００５３】
第２２発明の改質装置の運転方法によれば、起動の際の予熱運転時にはバーナ燃焼排ガスによって燃料改質部、高温ＣＯ変成部、低温ＣＯ変成部及びＣＯ選択酸化部の各触媒層を効率的に加熱し、予熱運転後（各触媒層が所定の予熱温度に到達した後）に水冷チューブへの原料水の供給と混合部への改質燃料の供給とＣＯ選択酸化部の冷却部への原料水の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。
【００５４】
第２３発明の改質装置の運転方法によれば、排出切替手段によって、起動の際の予熱運転時にだけＣＯ選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはＣＯ選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流さないようにするため、ＣＯ選択酸化部における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、冷却部を流れる原料水の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもＣＯ選択酸化部の排ガス流路にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて放熱ロスを低減することができ、また、予熱運転後（各触媒層が所定の予熱温度に到達した後）に原料水と改質燃料の混合流体の混合流体蒸発器への供給とＣＯ選択酸化部の冷却部への原料水の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。
【００５５】
第２４発明の改質装置の運転方法によれば、定常運転時には、燃料改質部の改質触媒層の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナへの燃料供給量を制御し、且つ、混合流体蒸発器から排出されて燃料改質部に供給される混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナへの空気供給量を制御するため、前記改質触媒層の最高温度と前記混合流体の蒸気温度とを、それぞれの所定の温度範囲内に確実に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５７】
＜実施の形態例１＞
図１は本発明の実施の形態例１に係る改質装置の本体部の構成を示す断面図、図２は前記改質装置のＣＯ選択酸化部の構成を示す断面図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図、図５は図１のＣ−Ｃ線矢視断面図、図６は図２のＤ−Ｄ線矢視断面図、図７は図１のＥ部拡大断面図である。また、図８は前記改質装置に備えた温度制御系のブロック図、図９は低温ＣＯ変成触媒層の温度勾配を示す説明図である。
【００５８】
図１及び図２に示すように、本実施の形態例１の改質装置は改質装置本体部１００と、ＣＯ選択酸化部１０１（以下、ＰＲＯＸ部と称する）とを有している。
【００５９】
図１及び図３〜図５に示すように、改質装置本体部１００は中央部にバーナ１１の燃料燃焼部１を有している。そして、改質装置本体部１００の下側にはバーナ１１を中心として、燃料改質部２、高温ＣＯ変成部３（以下、ＨＴＳ部と称する）、断熱材４、水冷チューブ５、低温ＣＯ変成部６（以下、ＬＴＳ部と称する）、断熱材７などが同心円状に配設される一方、改質装置本体部１００の上側にはバーナ１１を中心として、断熱材１９、混合流体蒸発器（混合流体蒸発手段）としての第１蒸発器８、断熱材９、原料水蒸発器としての第２蒸発器１０、断熱材７などが同心円状に配設されている。
【００６０】
詳述すると、改質装置本体部１００の中央部にはステンレス等の金属製の鉛直管１３が配置されており、この鉛直管１３の内部が燃料燃焼部１となっている。鉛直管１３は上端が端板１４によって閉じられる一方、下端が開口１５となっている。なお、鉛直管１３は下側に比べて上側の方が径が大きくなっている。バーナ１１は鉛直管１３内の中心部に挿入され、燃料燃焼部１の上方に位置している。従って、バーナ１１の上方から燃料１０９及び空気１１０をバーナ１１へ供給してバーナ１１を着火すると、燃料燃焼部１ではバーナ１１から噴射される燃料が燃焼して火炎１２が下方へと延びる。燃料燃焼部１（鉛直管１３）は、このときのバーナ１１の燃焼によって生じる高温（例えば約１０００℃）の燃焼排ガス（以下、バーナ燃焼排ガスと称する）を高温のまま保持して、その下端の開口１５から放出することできるようになっている。
【００６１】
そして、改質装置本体部１００の下側では、燃料改質部２が、燃料燃焼部１（鉛直管１３）の周囲を囲むようにして燃料燃焼部１（鉛直管１３）と同心円状に配設されている。燃料改質部２は改質触媒存在化で灯油などの改質燃料を水蒸気改質することにより、水素ガスを含有する改質ガスを生成する部分である。詳述すると、燃料改質部２は二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒１６と外円筒１７の間に例えば直径３ｍｍの改質触媒を充填してなる改質触媒層１８を収容した構成のものであり、鉛直管１３との間に円筒状の排ガス流路２０が形成されるように鉛直管１３に対して適当な間隙を隔てた状態で鉛直管１３の周囲を囲むようにして燃料燃焼部１（鉛直管１３）と同心円状に配設されている。
【００６２】
従って、燃料改質部２では、第１蒸発器８及び第２蒸発器１０（詳細後述）を経て、その上端から供給される改質燃料と原料水との混合流体の蒸気や原料水の蒸気が、燃料改質部２の改質触媒層１８を下方へと流れて改質触媒層１８の下端から排出される間に、燃料改質部１の下端の開口１５から下方へと排出され後に反転して排ガス流路２０内に流入し、排ガス流路２０内を上昇する高温のバーナ燃焼排ガスと、内円筒１６を介して間接的に向流接触することにより、改質燃料の水蒸気改質に必要な熱を、前記バーナ燃焼排ガスから受けることが可能である。
【００６３】
また、燃料改質部２の周囲にはステンレス等の金属製の円筒２１が、燃料改質部２の外円筒１７に対して適当な間隔を隔てて燃料改質部２と同心円状に配設されている。燃料改質部２の外円筒１７は径が一定の円筒であるのに対し、円筒２１は下側に比べて上側の方が径が大きくなっている。このため、外円筒１７と円筒２１との間の間隙は、下側よりも上側の方が幅が大きくなっている。そして、外円筒１７と円筒２１との間の間隙の下側部分が改質ガス反転上昇部２２となっており、この改質ガス反転上昇部２２の下端が燃料改質部２の下端に連通している。また、燃料改質部２の内円筒１６の下端と円筒２１の下端との間は円環状の端板２３によって閉じられている。従って、燃料改質部２（改質触媒層１８）から下方へと排出された改質ガスが、反転して改質ガス反転上昇部２２内に流入し、改質ガス反転上昇部２２内を上方へと流れることができるようになっている。
【００６４】
一方、外円筒１７と円筒２１との間の間隙の上側部分には粒状の高温ＣＯ変成触媒（ＨＴＳ触媒）を充填してなる高温ＣＯ変成触媒層２４（以下、ＨＴＳ触媒層と称する）が収容されており、このことによってＨＴＳ部３が構成されている。即ち、ＨＴＳ部３は円筒状のものであり、燃料改質部２の周囲を囲むようにして燃料改質部２と同心円状に配設されている。ＨＴＳ部３は改質ガス反転上昇部２２と連通しているため、改質ガス反転上昇部２２内を上昇してきた改質ガスは、ＨＴＳ部３内に流入して、ＨＴＳ部３内（ＨＴＳ触媒２４中）を上方へと流れる。このときＨＴＳ部３では改質ガスのＣＯとＨ2ＯとをＣＯ2とＨ2とに変成する。なお、改質ガス反転上昇部２２内を上昇してＨＴＳ部３へと向かう改質ガスは、燃料改質部２内を下降するガス（改質燃料と水蒸気の混合蒸気や改質ガス）と燃料改質部２の外円筒１７を介して間接的に向流接触するため、この燃料改質部２内を下降するガスに対して熱を与え、自らはＨＴＳ部３でのＣＯ変成に適した温度に減温される。即ち、改質ガス反転上昇部２２は熱交換部としても機能する。
【００６５】
また、燃料改質部２の内円筒１６の外周面には水平環状板２５が結合されており、この水平環状板２５の下面に燃料改質部２の外円筒１７の上端と、円筒２１の上端とが結合されている。即ち、燃料改質部２及びＨＴＳ部３の上端面は水平環状板２５によって閉じられている。但し、水平環状板２５には、燃料改質部２に対しては前記混合蒸気を供給のための複数の小孔２５ａが開けられ、ＨＴＳ部３に対しては改質ガスを排出するための複数の小孔２５ｂが開けられている。なお、ＬＴＳ部６だけで十分にＣＯ変成を行うことが可能の場合には、必ずしもＨＴＳ部３は設けなくてもよい。この場合には外円筒１７と円筒２１との間の間隙の上側部分にＨＴＳ触媒層２４を設けず、同間隙の下から上までが改質ガス反転上昇部２２となる。
【００６６】
断熱材４は円筒状のものであり、燃料改質部２の周囲を囲むようにして燃料改質部２と同心円状に配置されている。なお、図示例ではＨＴＳ部３を設けているため、断熱材４は燃料改質部２の周囲を囲むようにしてＨＴＳ部３とも同心円状になるように配置されている。詳述すると、二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒２６と外円筒２７が、燃料改質部２（ＨＴＳ部３）の周囲を囲むようにして燃料改質部２（ＨＴＳ部３）と同心円状に配設されており、これらの内円筒２６と外円筒２７との間にセラミックファイバ等の断熱材４が設けられている。内円筒２６及び外円筒２７の上端は水平環状板２５の下面に結合されている。
【００６７】
一方、内円筒２６の下端面は端板２８によって閉じられ、外円筒２７の下端面は端板２９によって閉じられており、これらの端版２８と端板２９との間にはセラミックファイバ等の水平円板状の断熱材３０が設けられている。これらの断熱材４，３０は燃料改質部２（改質触媒層１８）の熱が、改質装置の外部へ漏れる（放熱される）のを防ぐためのものである。なお、断熱材３０の上面（端板２８）と鉛直管１３の下端（開口１５）との間には適当な上下幅の空間が形成されているが、これは熱膨張による鉛直管１３の伸びシロ（約１０ｍｍ）を確保するためのものである。
【００６８】
一方、改質装置本体部１００の上側では、セラミックファイバ等の円筒状の断熱材１９が、鉛直管１３の周囲を囲むようにして鉛直管１３と同心円状に配設されている。第１蒸発器８はバーナ燃焼排ガスの持つ熱を回収することにより、改質燃料と原料水の混合流体を加熱して蒸発させる機能を有するものである。第１蒸発器８は螺旋状チューブ３４を備えた円筒状のものであり、断熱材１９の周囲を囲むようにして断熱材１９と同心円状に配設されている。なお、改質燃料としてはメタンガスなどの気体燃料又は灯油などの液体燃料を用いる。改質燃料として液体燃料を用いる場合には、当該液体燃料も、第１蒸発器８においてバーナ燃焼排ガスの熱により蒸発することになる。
【００６９】
図１及び図７に基づいて詳述すると、第１蒸発器８は、二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒３２と外円筒３３との間にステンレス等の金属製の螺旋状チューブ３４（例えば外径８ｍｍ、肉厚１ｍｍのチューブ）を設けられ、且つ、螺旋状チューブ３４と内円筒３２との間の間隙８ａ及び螺旋状チューブ３４と外円筒３３との間の間隙８ｂにそれぞれ、伝熱促進材としてのセラミック製又はステンレス製のボール３５（例えば直径５ｍｍ）が充填された構成となっている。
【００７０】
また、内円筒３２と外円筒３３との間にはパンチングメタル（多孔板）で製作した円筒３８が設けられており、この円筒３８の外周面に溶接などによって螺旋状チューブ３４が固定されている。第１蒸発器８の内円筒３２と外円筒３３との間の上端面は円環状の端板３９によって閉じられる一方、外円筒３３の下端には円環状の端板４０の外周縁が結合されており、この端版４０の内周縁には燃料改質部２の内円筒１６の上端が結合されている。円筒３８の上端と下端はそれぞれ、端板３９と端板４０とに溶接などによって固定されている。また、内円筒３２の外周面の上下両側には、ボール３５を支持するための円環状の多孔板（パンチングメタル）３６ａ，３６ｂが溶接などによって固定されており、内円筒３３の内周面の上下両側にも、ボール３５を支持するための円環状の多孔板（パンチングプレート）３７ａ，３７ｂが溶接などによって固定されている。
【００７１】
内径や外径の寸法精度のよい螺旋状チューブ３４を製作することは難しく、螺旋状チューブ３４を単に端板３９，４０や外円筒３３などに固定するだけでは、螺旋状チューブ３４の内側と外側にボール３５を充填するための間隙８ａ，８ｂを確実に確保することは難しいが、上記のように円筒３８を用いて、この円筒３８の外周面に螺旋状チューブ３４を固定する構成とすれば、容易且つ確実に螺旋状チューブ３４の内側と外側に間隙８ａ，８ｂを確保することができる。なお、この場合、螺旋状チューブ３４は円筒３８の外周面に限らず、円筒３８の内周面に固定してもよい。
【００７２】
また、内円筒３２の下端部には多数の孔４１が形成されており、この孔４１を介して第１蒸発器８内の間隙８ａ，８ｂと排ガス流路２０とが連通している。一方、第１蒸発器８の上端部には排ガスチューブ４２が接続され、この排ガスチューブ４２と第１蒸発器８内の間隙８ａ，８ｂとが連通している。排ガスチューブ４２は断熱材７の内側で下方へ延びた排ガスチューブ４３と、断熱材７の外側へと延びた排ガスチューブ４４とに分岐されている。
【００７３】
従って、排ガス流路２０内を上昇してきたバーナ燃焼排ガスは、孔４１を介して第１蒸発器８内に流入し、第１蒸発器８内の間隙８ａ，８ｂを上方へと流通した後、排ガスチューブ４２へ排出され、排ガスチューブ４３と排ガスチューブ４４とに分配される。一方、螺旋状チューブ３４は上端の入口３４ａがステンレス等の金属製のチューブ４５を介して混合部４６に接続され、下端の出口３４ｂがステンレス等の金属製のチューブ４７を介してミキサーチューブ４８に接続されている。従って、混合部４６からチューブ４５を介して供給される改質燃料と原料水の混合流体は、上端の入口３４ａから螺旋状チューブ３４内に流入し、螺旋状チューブ３４内を下方へと流通した後、下端の出口３４ｂから螺旋状チューブ３４外へ排出され、チューブ４７（例えば外径１２ｍｍ、肉厚１ｍｍ）を介してミキサーチューブ４８へと流れる。
【００７４】
このため、第１蒸発器８内では螺旋状チューブ３４内を流れる混合流体と螺旋状チューブ３４の外側を流れるバーナ燃焼排ガスとが螺旋状チューブ３４の管壁を介して間接的に向流接触することになる。しかも、このときバーナ燃焼排ガスはボール３５の間を通るようにして流れるため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接螺旋状チューブ３４の管壁に伝わるだけではなく、ボール３５を介しても螺旋状チューブ３４の管壁に伝わることになる。即ち、ボール３５はバーナ燃焼排ガスから螺旋状チューブ３４への伝熱を促進するための伝熱促進材として機能する。更に、ボール３５はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗としての機能や、燃料電池の負荷変動などによって混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たす。なお、ボール３５は螺旋状チューブ３４の内側と外側にそれぞれ１層ずつとすることにより、バーナ燃焼排ガスがボール３５の間を通過するときの圧損を低減させるとともに、ボール３５の多層化による必要以上の熱容量の増大を防止している。熱容量が増大すると、後述する起動時（予熱運転時）のバーナ燃焼排ガスによるＬＴＳ部６やＰＲＯＸ部１０１の昇温が遅くなってしまう。
【００７５】
断熱材９はセラミックファイバ等からなる円筒状のものであり、第１蒸発器８の周囲を囲むようにして第１蒸発器８と同心円状に配設されている。第２蒸発器１０は断熱材１９を介して第１蒸発器８の周囲に第１蒸発器８と同心円状に配設されている。詳述すると、第２蒸発器１０は、二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒４９と外円筒５０との間にステンレス等の金属製の螺旋状チューブ５１（例えば外径８ｍｍ、肉厚１ｍｍのチューブ）を設けてなるものである。螺旋状チューブ５１は内円筒４９の外周面に螺旋状に巻回されており、外円筒５０との間にガス流路となる間隙１０ａを有している。なお、図示は省略するが、螺旋状チューブ５１と外円筒５０との間に確実に間隙１０ａを確保するためには、例えば複数本のワイヤ（例えば直径２ｍｍ）を、螺旋状チューブ５１と外円筒５０との間に鉛直方向に挿入することが望ましい。内円筒４９と外円筒５０の間の上端面と下端面は円環状の端板５４，５５によって閉じられている。
【００７６】
そして、第２蒸発器１０の上端部はステンレス等の金属製のチューブ５２を介してＬＴＳ部６に接続され、チューブ５２と第２蒸発器１０内の間隙１０ａとが連通している。また、第２蒸発器１０の下端部はステンレス等の金属製のチューブ５３を介してＨＴＳ部３に接続され、チューブ５３と第２蒸発器１０内の間隙１０ａとが連通している。従って、ＨＴＳ部３からの改質ガスは、チューブ５３を介して第２蒸発器１０の下端部から第２蒸発器１０内に流入し、第２蒸発器１０内の間隙１０ａを上方へと流通した後、第２蒸発器１０の上端部から排出され、チューブ５２を介してＬＴＳ部６へと流れる。一方、螺旋状チューブ５１は上端の入口５１ａがステンレス等の金属製のチューブ５６を介してＰＲＯＸ部１０１に接続され（詳細後述）、下端の出口５１ｂがステンレス等の金属製のチューブ５７（例えば外径８ｍｍ、肉厚１ｍｍ）を介してミキサーチューブ４８に接続されている。
【００７７】
従って、ＰＲＯＸ部１０１からの原料水は、上端の入口５１ａから螺旋状チューブ５１内に流入し、螺旋状チューブ５１内を下方へと流れた後、下端の出口５１ｂから螺旋状チューブ５１外へ排出され、チューブ５７を介してミキサーチューブ４８へと流れる。従って、第２蒸発器１０ではＨＴＳ部３からの改質ガスとＰＲＯＸ部１０１からの原料水とが、螺旋状チューブ５１の管壁を介して間接的に向流接触し、改質ガスの持つ熱が原料水によって回収されることにより、改質ガスを例えば４５０℃から２５０℃に減温にする一方、原料水を蒸発させる。
【００７８】
なお、第２蒸発器１０にはボール（伝熱促進材）を採用せず、ガス流路の間隙１０ａのみを採用したのは、ＨＴＳ部３からの改質ガスが空気に比較して５倍近くの熱伝導率を有していることから、ボールなどによる伝熱促進の必要性が低いためである。
【００７９】
ミキサーチューブ４８はステンレス等の金属製のチューブ（例えば外径１２ｍｍ、肉厚１ｍｍ）であり、第１蒸発器８及び第２蒸発器１０の下方で且つ水平環状板２５の上方に配置されている。ミキサーチューブ４８は第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４からの蒸気（改質燃料と原料水の混合蒸気）と第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１からの蒸気（原料水の蒸気）とを混合して、この混合蒸気を燃料改質部２へ供給するためのものである。
【００８０】
また、燃料改質部２の上にはヘッダ５８が設けられている。ヘッダ５８は円環状のものであり、内周面が燃料改質部２の内円筒１６の外周面に結合され、下面が水平環状板２５に結合されている。そして、このヘッダ５８とミキサーチューブ４８とが、ステンレス等の金属製のチューブ５９，６０（例えば直径８ｍｍ、肉厚１ｍｍ）を介して接続されている。チューブ５９，６０はヘッダ５８の周方向の点対称位置に接続されている。従って、ミキサーチューブ４８から排出される混合蒸気は、チューブ５９，６０により、一旦二分されてヘッダ５８の周方向の点対称位置からヘッダ５８内に流入して周方向に分配され、更に水平環状板２５の小孔２５ａを経て燃料改質部２内へ、周方向に均一に分配されて供給されることになる。
【００８１】
一方、改質装置本体部１００の下側では、ＬＴＳ部６が、断熱材４（外円筒２７）の周囲を囲むようにして断熱材４（外円筒２７）と同心円状に配設されている。ＬＴＳ部６は第２蒸発器１０で冷却された改質ガスの組成をＣＯ変成によってＨ2が増大する側へ移行させる機能を有するものである。詳述すると、ＬＴＳ部６は二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒６１と外円筒６２との間に低温ＣＯ変成触媒（ＬＴＳ触媒）を充填してなる低温ＣＯ変成触媒層６４（以下、ＬＴＳ触媒層と称する）を収容した構成のものである。内円筒６１と外円筒６２との間の上端面は水平環状板２５によって閉じられ、下端面は円環状の端板６５によって閉じられている。外円筒６２の下端面は端板２９によって閉じられている。また、ＬＴＳ部６の上端の入口６ａはチューブ５２を介して第２蒸発器１０の出口側に接続され、ＬＴＳ部６の下端の出口６ｂはチューブ７１を介してＰＲＯＸ部１０１に接続されている（詳細後述）。従って、第２蒸発器１０から排出された改質ガスは、チューブ５２を介して上端の入口６ａからＬＴＳ部６内に流入し、ＬＴＳ部６内（ＬＴＳ触媒層６４中）を下方へと流れた後、下端の出口６ｂから排出され、チューブ７１を介してＰＲＯＸ部１０１へと流れる。このときＬＴＳ部６では改質ガスのＣＯとＨ2Ｏとを、ＣＯ2とＨ2とに変成する。
【００８２】
そして、このときのＬＴＳ部６内のＣＯ変成に伴う発熱を除去するためにＬＴＳ部６（内円筒６１）と、断熱材４の周囲を囲む外円筒２７との間にはＬＴＳ冷却空間部６３としての適当な幅の間隙が設けられており、このＬＴＳ冷却空間部６３に水冷チューブ５が設けられている。
【００８３】
水冷チューブ５はステンレス等の金属製のチューブ（例えば外径７ｍｍ、肉厚１ｍｍ）であり、断熱材４の周囲を囲む外円筒２７の外周面に螺旋状に巻回されている。しかも、水冷チューブ５とＬＴＳ部６（内円筒６１）との間には適当な距離の間隙６６が確保されている。即ち、水冷チューブ５はＬＴＳ部６（内円筒６１）に接していない。水冷チューブ５の下端の入口５ａは図示しないポンプ等の原料水供給装置に接続され、水冷チューブ５の上端の出口５ｂはチューブ６８を介して混合部４６に接続されている。
【００８４】
従って、前記原料水供給装置から供給される第１原料水３１は、下端の入口５ａから水冷チューブ５内に流入し、水冷チューブ５内を上方へと流通した後、上端の出口５ｂから排出され、チューブ６８、混合部４６及びチューブ４５を介して第１蒸発器８へと流れる。なお、第１原料水３１は前記原料水供給装置から送給される原料水を２分配したうちの一方の原料水である。そして、第１原料水３１は水冷チューブ５内を流通する間に断熱材４の内側から断熱材４を介して伝わる（漏れる）燃料改質部２の改質触媒層１８の熱や、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４の熱を吸収して沸騰し、一部が蒸発する（完全には蒸発せずに沸騰未完了で１００℃の気液混相状態となる）。
【００８５】
このとき、ＬＴＳ部６と水冷チューブ５との間には間隙６６が確保されているため、水冷チューブ５（第１原料水３１）ではＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）を放射冷却することになり、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）の過冷却が防止される。つまり、水冷チューブ５は高温の燃料改質部２からＬＴＳ部６へ断熱材４を介して熱が伝わらないように同熱を遮断（即ち断熱材４を補助して断熱性能を強化）する機能と、ＬＴＳ部６内のＣＯ変成に伴う発熱を除去するためにＬＴＳ部６を冷却して、ＬＴＳ部６をそのＣＯ変成反応に適した温度に保持する機能とを有している。
【００８６】
また、混合部４６では水冷チューブ５から排出された第１原料水３１に改質燃料（液体燃料又は気体燃料）１０５が混入される。水冷チューブ５から排出された第１原料水３１は、その一部が蒸発しているために流速が例えば２０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓに増大している。このため、混合部４６で混入される改質燃料は、この第１原料水３１中に、その高流速の攪拌力によって均一に分散（混合）される。この場合、改質燃料が灯油などの液体燃料であり、また、その供給体積流量が例えば１０ｃｃ／ｍｉｎの少量であっても、高流速の第１原料水３１中に滴下された液体燃料は均一に分散（混合）される。従って、原料水中に改質燃料を混入するときに特別なミキサーなどを必要しない。
【００８７】
また、ＬＴＳ冷却空間部６３は、上端の入口６３ａが排ガスチューブ４３に接続され、下端の出口６３ｂが排ガスチューブ７０に接続されている。従って、第１蒸発器８から排出されたバーナ燃焼排ガスの一部は、排ガスチューブ４２，４３を介して上端の入口６３ａからＬＴＳ冷却空間部６３に流入し、ＬＴＳ冷却空間部６３内を下方へと流れた後、下端の出口６３ｂから排ガスチューブ７０へと排出される。この第１蒸発器８から排出されるバーナ燃焼排ガスの温度は、第１蒸発器８での前記混合流体との熱交換によって例えば約１６０℃に低減されており、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４の温度（例えば２００℃付近）と、水冷チューブ５や外円筒２７の壁面（冷却面）の温度（例えば１００℃〜１３０℃）との調度中間的な温度である。なお、第１蒸発器８から排出されるバーナ燃焼排ガスの温度は、どの負荷でも、例えば１３０〜１６０℃の温度範囲を維持しており、ＬＴＳ触媒層６４の温度と水冷チューブ５や外円筒２７の壁面（冷却面）の温度との中間的な温度域にある。
【００８８】
従って、起動時（予熱運転時）には、バーナ燃焼排ガスの熱によってＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）の昇温（予熱）を行うことができ、定常運転時には、バーナ燃焼排ガスの熱を水冷チューブ５の第１原料水３１によって回収することができる。そして更にはＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）における改質ガス流れ方向の上流（上端）から下流（下端）までの温度の変化を、理想的な直線的変化に近づけることができる（図９参照：詳細後述）。
【００８９】
なお、水冷チューブ５の巻回ピッチｐは、図示例（図１）では等ピッチとなっているが、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）の改質ガス流れ方向の上流部に対応する上部では大きくし、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）の改質ガス流れ方向の下流部に対応する下部では小さくすることが好ましい。例えば、水冷チューブ５の巻回ピッチｐを、上２／３の部分では１００ｍｍ程度とし、下１／３の部分では５０ｍｍ程度とする。その理由は、第２蒸発器１０で冷却されて約２５０℃になった改質ガスに対し、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）の改質ガス流れ方向の上流部（例えば上２／３の部分）では比較的高いＣＯ変成の反応速度を確保するため、そのＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）での発熱を除去するだけで冷却（減温）は抑制する一方、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）の改質ガス流れ方向の下流部（例えば下１／３の部分）ではＰＲＯＸ部１０１でのＣＯ選択酸化に適した温度（例えば１００℃〜１５０℃）に減温するよう、その冷却を強化するという要求に基づくものである。水冷チューブ５内を流通する第１原料水３１は沸騰未完了で１００℃の気液混相状態であるため、ＬＴＳ触媒層６４を冷却し過ぎることはなく、ＬＴＳ触媒層６４の温度は低くても１００℃を保持することができる。
【００９０】
断熱材７はＬＴＳ部６からの外気への放熱を低減するためのセラミックファイバ等からなる円筒状の断熱材であり、ＬＴＳ部６の周囲を囲むようにしてＬＴＳ部６と同心円状に配設されている。また、断熱材７は第２蒸発器１０の周囲も囲んでおり、第２蒸発器１０に対しても同心円状に配設されている。なお、図示例（図１）では、断熱材７と第２蒸発器１０との間に隙間があるが、この隙間にも定形又は不定形の断熱材を充填するようにしてもよい。
【００９１】
図１及び図６に示すように、ＰＲＯＸ部１０１は改質装置本体部１００とは隣接して別に設けられている。二重円筒を構成するステンレス等の金属製の内円筒８１と外円筒８２との間にはＣＯ選択酸化触媒（ＰＲＯＸ触媒）を充填してなるＣＯ選択酸化触媒層（以下、ＰＲＯＸ触媒層と称する）が、第１ＰＲＯＸ触媒層８３と第２ＰＲＯＸ触媒層８４とに上下に２分割されて収容されている。内円筒８１と外円筒８２との間の上下端面及び内円筒８１の上下端面は円環状の端板８７，８８で閉じられている。また、二重円筒（外円筒８２）の下端部にはチューブ７１が接続されており、このチューブ７１の途中ではＬＴＳ部６からＰＲＯＸ部１０１へと流れる改質ガス中に図示しないブロア等の空気供給装置から送られてくる、ＰＲＯＸ反応に必要な例えば３Ｌ／ｍｉｎの第１ＰＲＯＸ用空気８６が、混合されるようになっている。二重円筒（外円筒８２）の上端部にはチューブ９０が接続されている。また、第１ＰＲＯＸ触媒層８３と第２ＰＲＯＸ触媒層８４の間の円筒状の空間はキシングチャンバ８５となっており、このミキシングチャンバ８５では第１ＰＲＯＸ触媒層８３から流出した改質ガスに第２ＰＲＯＸ用空気８９が混合されるようになっている。
【００９２】
従って、ＬＴＳ部６からの改質ガスと第１ＰＲＯＸ用空気８６との混合ガスがチューブ７１を介して第１ＰＲＯＸ触媒層８３に流入し、この第１ＰＲＯＸ触媒層８３において改質ガス中のＣＯが選択的に酸化される。更に、第１ＰＲＯＸ触媒層８３からの改質ガスと第２ＰＲＯＸ用空気８９との混合ガスがミキシングチャンバ８５を介して第２ＰＲＯＸ触媒層８４に流入し、この第２ＰＲＯＸ触媒層８４において更に改質ガス中のＣＯが選択的に酸化される。その結果、第２ＰＲＯＸ触媒層８４から流出する改質ガスは非常にＣＯ濃度が低くなり（例えば１０ｐｐｍ以下）、この改質ガスがチューブ９０を介して図示しない燃料電池に供給される。
【００９３】
そして、このＰＲＯＸ部１０１には外円筒８２の外側に設けられたＰＲＯＸ冷却部９２が装備されており、このＰＲＯＸ冷却部９２では第２原料水９３が下から供給されて上方へと流れるようになっている。詳述すると、ＰＲＯＸ冷却部９２は、ステンレス等の金属製の円筒９１を外円筒８２の周囲を囲むようにして外円筒８２と同心円状に配設し、円筒９１と外円筒８２の間の上下端面を端板１０２，１０３で閉じた構成となっており、円筒９１の下端部にはチューブ９４が接続され、円筒９１の上端部にはチューブ５６が接続されている。
【００９４】
従って、図示しないポンプ等の原料水供給装置からチューブ９４を介して供給される第２原料水９３は、円筒９１と外円筒８２の間（ＰＲＯＸ冷却部９２）の下端部へと流入し、円筒９２と外円筒８２の間（ＰＲＯＸ冷却部９２）を上方へと流れた後、円筒９１と外円筒８２の間（ＰＲＯＸ冷却部９２）の上端部から流出し、チューブ５６を介して第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１へと流れる。そして、このときにＰＲＯＸ部１０１では第２原料水９３が、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４での改質ガスのＰＲＯＸ反応に伴う発熱を沸騰伝熱により除去して、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４を例えば１００℃の水沸騰温度に維持するように構成されている。
【００９５】
また、起動時に第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４を予熱するため、内円筒８１の内側には上下端面が端版９５，９６で閉じられたステンレス等の金属製の円筒９７が設けられており、この円筒９７と内円筒８１との間の円筒状の間隙が排ガス流路９９となっている。更に、円筒９７の中央を貫通するようにしてステンレス等の金属製の鉛直管９８が設けられており、この鉛直管９８の上端部は端版８７を貫通して上方へと延び、排ガスチューブ４４に接続されている。また、端版８７には、鉛直管９７と同心円状に配置された鉛直管部１０４ａと、これに続く水平管部１０４ｂとからなる排ガスチューブ１０４の入口側が接続されている。排ガスチューブ１０４の出口側は、排ガスチューブ１１８に接続され、且つ、排ガスチューブ７０の出口側も、排ガスチューブ１１８に接続されている。従って、図２に矢印で示すように、第１蒸発器８から排出されたバーナ燃焼排ガスの一部が、予熱ガスとして、排ガスチューブ４２，４４を介して鉛直管９８に流入し、鉛直管９８内を下方へと流れ、反転して排ガス流路９９内を上方へと流れた後、排ガスチューブ１０４へと排出される。その後、排ガスチューブ１０４に排出されたバーナ燃焼排ガスと、排ガスチューブ７０に排出されたバーナ燃焼排ガスが合流し、排ガスチューブ１１８を介して排出される。
【００９６】
ここで本改質装置の起動運転（予熱運転）時、及び、定常運転（改質運転）時の運転方法について説明する。
【００９７】
はじめに起動時の各部の予熱について説明する。起動時には、まず、バーナ１１に燃料１０９と空気１１０を供給してバーナ１１を着火する。その結果、高温のバーナ燃焼排ガスが発生し、このバーナ燃焼排ガスが、燃料燃焼部１の開口１５から下方に噴出された後、反転して排ガス流路２０内を上昇する。このときバーナ燃焼排ガスが燃料改質部２の内円筒１６と接触することにより、燃料改質部２（改質触媒層１８）が予熱される。同時にＨＴＳ部３（ＨＴＳ触媒層２４）の予熱も、このときのバーナ燃焼排ガスにより、燃料改質部２を介して行われる。その後、排ガス流路２０から流出して第１蒸発器８及び流排ガスチューブ４２を通過した例えば最高４００℃のバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ４３と排ガスチューブ４４とに分岐される。
【００９８】
排ガスチューブ４３に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、ＬＴＳ冷却空間部６３内に流入し、ＬＴＳ冷却空間部６３内（間隙６６）を下方へと流れる。このときバーナ燃焼排ガスがＬＴＳ部６の内円筒６１と接触することにより、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）は予熱され、バーナ燃焼排ガスの温度は例えば約１００℃〜１５０℃にまで低下する。一方、排ガスチューブ４４に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、ＰＲＯＸ部１０１の鉛直管９８内に流入し、鉛直管９８内を下方へと流れた後、反転して排ガス流路９９内を上昇する。このとき第２ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４は例えば原料水が凝縮しない温度（例えば１００℃強）まで予熱される。最後にＬＴＳ冷却空間部６３を通過したバーナ燃焼排ガスと、排ガス流路９９を通過したバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ７０と排ガスチューブ１０４とを経由して合流した後、排ガスチューブ１１８を介して排気される。
【００９９】
上記のバーナ燃焼排ガスによる予熱（加熱）を所定時間（例えば４０分ほど）継続すると、燃料改質部２の改質触媒層１８の温度が例えば約７００℃、ＨＴＳ部３のＨＴＳ触媒層２４の温度が例えば４００℃、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４の温度が例えば２００℃〜１５０℃、ＰＲＯＸ部１０１の第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の温度が例えば約１００℃強に達して、予熱が完了する。各触媒層１８，２４，６４，８３，８４が所定の予熱温度に達したか否かの判定は、例えば温度計による各触媒層１８，２４，６４，８３，８４の温度計測値が所定の予熱温度に達したか否かを判定することや、予熱運転開始後（バーナ着火後）の経過時間が所定時間に達したか否かを判定することなどの適宜の手段によって行うことができる。
【０１００】
この予熱段階では第１原料水３１及び第２原料水９３の供給はまだ行われない。即ち、ＬＴＳ冷却空間部６３、第１蒸発器８及び第２蒸発器１０の各チューブ５，３４，５１への原料水の導入はまだ行われない。
【０１０１】
続いて、改質反応を開始するにあたり、最初に第１原料水３１をＬＴＳ冷却空間部６３の水冷チューブ５に供給する。第２原料水９３は、第１原料水３１の供給開始と同時に又は第１原料水３１の供給開始よりも遅れて、ＰＲＯＸ部１０１のＰＲＯＸ冷却部９２へ供給する。勿論、改質反応を開始する際には、混合部４６への改質燃料の供給も開始する。なお、原料水と改質燃料の供給量はＳ／Ｃが例えば３．０〜３．３になるように設定する。また、改質反応を開始する際には、ＰＲＯＸ部１０１への第１ＰＲＯＸ用空気８６及び第２ＰＲＯＸ用空気８９の供給も開始する。
【０１０２】
水冷チューブ５に供給された第１原料水３１は、水冷チューブ５内を流通して上昇する間に燃料改質部２から断熱材４を介して伝わる（漏れる）熱を回収し、また、ＬＴＳ冷却空間部６３内の間隙６６を下方へと流れるバーナ燃焼排ガス（例えば１５０℃〜４００℃）と熱交換して、沸騰する。このときバーナ燃焼排ガスが常にＬＴＳ冷却空間部６３内の間隙６６を流れることにより、前述の予熱運転において予熱されたＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）を、水冷チューブ５内を流れる第１原料水３１によって冷却し過ぎることはない。
【０１０３】
また、定常運転時には、水冷チューブ５内を流れる第１原料水３１は、ＬＴＳ冷却空間部６３内の間隙６６を介してＬＴＳ部６を放射冷却することにより、ＬＴＳ部６のＣＯ変成に伴う発熱を吸収（除去）する。具体的には、ＬＴＳ部６のＣＯ変成に伴う発熱は、水冷チューブ５の管壁と円筒２７の管壁とによって放射冷却される。水冷チューブ５（第１原料水３１）によるＬＴＳ部６の発熱の除去がなく、また、断熱材４からの放熱が水冷チューブ５（第１原料水３１）で吸収されずにＬＴＳ部６に伝わると、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４の温度が例えば３５０℃にも達して、ＬＴＳ触媒層６４の寿命を縮めることになる。
【０１０４】
水冷チューブ５から排出された第１原料水３１は混合部４６へと流れる。混合部４６では、図示しないポンプやブロア等の改質燃料供給装置から供給される改質燃料１０５（液体燃料又は気体燃料）を、第１原料水３１に混入する。このとき第１原料水３１は約１００℃の沸騰水であり例えば約２０ｍ／ｓの高流速となっているため、改質燃料は、この第１原料水３１の流れの中に、その攪拌力をもって均一に攪拌される。
【０１０５】
混合部４６から排出された第１原料水３１と改質燃料１０５との混合流体は、第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４内を流れる。このとき、第１蒸発器８内には既に最高５００℃のバーナ燃焼排ガスが流入して間隙８ａ，８ｂを流れており、このバーナ燃焼排ガスと前記混合流体とが熱交換するため、第１蒸発器８を通過した前記混合流体中の第１原料水３１は、改質触媒反応が生じる例えば約４００℃の過熱水蒸気となる。なお、改質燃料１０５が液体燃料の場合には、当該液体燃料も第１蒸発器８においてバーナ燃焼排ガスの熱で蒸発することになる。
【０１０６】
第１蒸発器８から排出された第１原料水３１と改質燃料１０５との混合蒸気は、ミキサーチューブ４７及びヘッダ５８を介して燃料改質部２内に流入し、燃料改質部２の改質触媒層１８中を下方へと流れる。このとき燃料改質部２では改質触媒と接する混合蒸気中の改質燃料１０５が、混合蒸気中の水蒸気とともに排ガス流路２０を上昇するバーナ燃焼排ガスと間接的に向流接触することにより、同バーナ燃焼排ガスから熱を受けて水素ガスを含有する改質ガスに改質される。
【０１０７】
燃料改質部２で生成された改質ガスは、改質ガス反転上昇部２２を介してＨＴＳ部３内に流入し、ＨＴＳ触媒層２４中を上方へと流れる。ＨＴＳ部３から排出された改質ガスは、第２蒸発器１０（螺旋状チューブ５１）を介してＬＴＳ部６内に流入し、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４中を下方へと流れる。このときＬＴＳ部３及びＨＴＳ部６では改質ガスが、上述のようなそれぞれの温度レベルでＣＯ変成して、改質ガス中の水素含有率が増大する。続いて、ＬＴＳ部６から排出された改質ガスは、ＰＲＯＸ部１０１の第１ＰＲＯＸ触媒層８３中及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４中を、第１ＰＲＯＸ用空気８６及び第２ＰＲＯＸ用空気８９とともに順次上方へと流れ、この間に第１ＰＲＯＸ用空気８６及び第２ＰＲＯＸ用空気８９によって改質ガス中の改質ガス中のＣＯが選択的に酸化されることにより、ＣＯ濃度が燃料電池において使用可能な濃度（例えば１０ｐｐｍ以下）となる。
【０１０８】
一方、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４ではＣＯの選択的酸化反応が進行すると発熱し、このままでは第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の温度が高くなり過ぎてＰＲＯＸ触媒が適正に作用しなくなってしまう。ＰＲＯＸ触媒が適正に作用するには、その温度を例えば１００℃に維持する必要がある。このため、ＰＲＯＸ部１０１のＰＲＯＸ冷却部９２には第２原料水９３が供給される。この第２原料水９３はＰＲＯＸ冷却部９２に下から流入し、ＰＲＯＸ冷却部９３内を上方へと流れる。この間に第２原料水９３は、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の発熱を受けて一部が沸騰し、気液混相状態となる。この気液混相状態の第２原料水９３は伝熱係数が著しく高く、また、沸騰完了による過熱状態にはならないため、その温度が約１００℃で一定である。従って、この第２原料水９３の冷却により、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４は、極めて容易に最適な温度（例えば１００℃）に維持され、その特性を最適な状態で発揮することが可能になる。
【０１０９】
ＰＲＯＸ冷却部９２から流出した第２原料水９３は、第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１に流入し、螺旋状チューブ５１内を下方へと流れる。この間に第２原料水９３と、第２蒸発器１０の間隙１０ａを上方へと流れる改質ガスとが熱交換することにより、第２原料水９３は完全に蒸発して例えば約４００℃の過熱蒸気となり、改質ガスはＨＴＳ部３から第２蒸発器１０に流入するときの例えば約４５０℃の温度から、ＬＴＳ部６に適した例えば約２５０℃〜２００℃の温度に減温する。つまり、第２原料水９３の水量は、第２蒸発器１０での第２原料水９３と改質ガスの熱交換量が、例えば約４５０℃の改質ガスを約２５０℃〜２００℃に減温することができる熱交換量となるように設定する。そして、この第２原料水９３を、燃料改質部２での改質燃料の改質に必要な全原料水量から差し引いた水量を、第１原料水３１の水量として設定する。第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１から流出した第２原料水８３は、ミキサーチューブ４８で第１蒸発器８からの混合蒸気と混合され、ヘッダ５８を介して燃料改質部２へ供給されることにより、燃料改質部２での改質反応に利用される。
【０１１０】
次に、図１及び図８に基づいて、定常運転時における燃料改質部２の温度制御と第１蒸発器８の温度制御について説明する。
【０１１１】
図１に示すように、燃料改質部２の改質触媒層１８の下端部には、第１温度計１０６が設置され、第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４の出口３４ｂに接続されたチューブ４７には、第２温度計１０７が設置されている。第１温度計１０６では、燃料改質部２の最高温度を検出する。即ち、改質触媒層１８の下端部は燃料燃焼部１の開口１５から噴出された直後の最も温度の高いバーナ燃焼排ガス（例えば約１０００℃）によって加熱されるため、改質触媒層１８全体のなかで最も温度の高い部分となり、この下端部の温度が第１温度計１０６によって計測される。一方、第２温度計１０７では第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４から排出されて燃料改質部２に供給される混合蒸気の温度を検出する。
【０１１２】
図８に示すように、第１温度計１０６の温度計測信号と第２温度計１０７の温度計測信号は、何れも温度制御装置１０８に入力される。温度制御装置１０８では、第１温度計１０６による、改質触媒層１８の下端部温度（最高温度）の温度計測値に基づいて、ポンプやブロア等の燃料供給装置１１１を制御することにより、燃料供給装置１１１からバーナ１１へ供給される燃料１０９（液体燃料又は気体燃料）の供給量を制御して、前記温度計測値を所定の温度範囲（例えば７００℃±１０℃の範囲）内に維持する。この場合、燃料供給装置１１１の制御としては、例えば燃料流量調整弁の開度制御や燃料供給ポンプ又はブロアの出力（吐出量）制御などがある。また、温度制御装置１０８では、第１温度計１０７による、螺旋状チューブ３４から排出されて燃料改質部２に供給される混合蒸気の温度計測値に基づいて、ブロア等の空気供給装置１１２を制御することにより、空気供給装置１１２からバーナ１１へ供給される空気１１０の供給量（希釈空気量）を制御して、前記温度計測値を所定の温度範囲（例えば４００℃±５０℃の範囲）内に維持する。この場合、空気供給装置１１２の制御としては、例えば空気流量調整弁の開度制御や空気供給ブロアの出力（吐出量）制御などがある。
【０１１３】
燃料１０９の供給量を増やすと、バーナ燃焼排ガス温度が上がるため、改質触媒層１８の下端部温度は上昇し、逆に燃焼１０９の供給量を減らすと、バーナバーナ燃焼排ガス温度が下がるため、改質触媒層１８の下端部温度は低下する。従って、温度制御装置１０８では、改質触媒層１８の下端部の温度計測値が、所定の温度範囲以上（例えば７００℃＋１０℃以上）となったときには燃料１０９の供給量を減らし、所定の温度範囲以下（例えば７００℃−１０℃以下）となったときには燃料１０９を増やすように燃料供給装置１１１を制御する。
【０１１４】
また、空気１１０の供給量を増やすと、当該空気で希釈されてバーナ燃焼排ガス温度が下がることにより、バーナ燃焼排ガスと改質触媒層１８との熱交換量が低減して、上方の第１蒸発器８まで運ばれるバーナ燃焼排ガスの熱量が増加するため、螺旋状チューブ３４から排出される混合蒸気の温度は上昇し、逆に空気１１０の供給量を減らすと、空気による希釈効果が低減してバーナ燃焼排ガス温度が上がることにより、バーナ燃焼排ガスと改質触媒層１８との熱交換量が増加して、上方の第１蒸発器８まで運ばれるバーナ燃焼排ガスの熱量が減少するため、螺旋状チューブ３４から排出される混合蒸気の温度は低下する。従って、温度制御装置１０８では、螺旋状チューブ３４から排出される混合蒸気の温度計測値が、所定の温度範囲以上（例えば４００℃＋５０℃以上）となったときには空気１１０の供給量を減らし、所定の温度範囲以下（例えば４００℃−５０℃以下）となったときには空気１１０を増やすように燃料供給装置１１１を制御する。
【０１１５】
なお、改質触媒層１８の下端部の温度範囲（例えば７００℃±１０℃の範囲）と、螺旋状チューブ３４から排出される混合蒸気の温度範囲（例えば４００℃±５０℃の範囲）が異なるのは温度制御の安定性を向上させるためである。つまり、両者の温度範囲を何れも狭くしてしまうと、一方の温度を所定の温度範囲内にしようとしたときに他方の温度が所定の温度範囲から逸脱してしまうということが繰り返されて、温度制御が安定しなくなる可能性がある。このため、比較的温度条件の厳しい前者の温度範囲を狭くし、比較的温度条件の緩やかな後者の温度範囲を広くして、温度制御の安定性を高めている。
【０１１６】
以上のことから、本実施の形態例１によれば、次のような効果が得られる。
【０１１７】
即ち、本実施の形態例１によれば、断熱材４の周囲を囲む円筒２７の外周面に巻回した水冷チューブ５を有し、この水冷チューブ５内を流通する第１原料水３１が、断熱材４の内側から断熱材４を介して水冷チューブ５へ伝わる燃料改質部２の熱を吸収して沸騰する構成としたことより、断熱材４から漏れた燃料改質部２の熱を、水冷チューブ５で第１原料水３１の蒸発熱として回収することができるため、断熱材４として安価で断熱性能の低いものを用い、且つ、断熱材４を薄くしても、放熱量の増加による効率低下を招くことがない。このため、改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができる。
【０１１８】
また、本実施の形態例１によれば、水冷チューブ５で沸騰した第１原料水３１中に改質燃料１０５を混入することにより、改質燃料１０５として例えば灯油を用いる場合にも、灯油の予備蒸発が不要で灯油沸騰のためのバーナ燃焼排ガスの温度制御が不要であり、しかも、沸騰して流速が増加（例えば２０〜３０ｍ／ｓ）した第１原料水３１の水蒸気中に改質燃料１０５を混入することになるため、混合部４６に特別なミキサーを用いなくても、容易に第１原料水３１（水蒸気）に対して改質燃料１０５を均一に混合することができる。また、第１蒸発器８では改質燃料１０５が原料水（水蒸気）とともに蒸発（例えば約４００℃まで温度上昇）するため、蒸発振動を生じることなく燃料改質部２への改質燃料１０５の供給を均一に行うことができ、且つ、カーボンの析出などもない。
【０１１９】
また、本実施の形態例１によれば、第１蒸発器８は、第１原料水３１と改質燃料１０５の混合流体を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ３４内に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ３４との間の間隙８ａ，８ｂを流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成であるため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態例１によれば、第１蒸発器８では、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ３４との間の間隙８ａ，８ｂに伝熱促進材としてのボール３５を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接螺旋状チューブ３４の管壁に伝わるだけではなく、ボール３５を介しても螺旋状チューブ３４の管壁に伝わることになるため、混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、ボール３５はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。
【０１２１】
また、本実施の形態例１によれば、ＬＴＳ部６と水冷チューブ５との間に間隙６６を保持することにより、水冷チューブ５内を流通する第１原料水３１が、間隙６６を介してＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４を放射冷却することになるため、ＬＴＳ触媒層６４の過冷却を防止して、ＬＴＳ触媒層６４をＣＯ変成反応に適した温度（例えば２００℃付近）に保持することができる。
【０１２２】
また、本実施の形態例１によれば、ＬＴＳ部６と水冷チューブ５との間の間隙６６にバーナ燃焼排ガスを流すことにより、ＬＴＳ部６の加熱が可能な構成であるため、起動時（予熱運転時）には、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用してＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４を予熱することができる。
【０１２３】
また、本実施の形態例１によれば、ＬＴＳ部６と水冷チューブ５との間の間隙６６を流れるバーナ燃焼排ガスが、燃料改質部２で改質触媒層１８を加熱し、更に第１蒸発器８で混合流体を加熱することにより、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４の温度と水冷チューブ５及び円筒２７の壁面温度との中間の温度に低減されて、前記隙間６６に供給される構成であるため、前記バーナ燃焼排ガスが、特にＬＴＳ触媒層６４の改質ガス流れ方向の上流側（上部）における温度の低下を緩和して、ＬＴＳ触媒層６４における改質ガス流れ方向の上流（高温部）から下流（低温部）までの温度の変化を理想的な直線的変化に近づけることができる。図９に基づいて説明すると、図９（ａ）に示すＬＴＳ触媒層６４の温度分布（温度勾配）が、バーナ燃焼排ガスを間隙６６に流さない場合には図９（ｂ）に一点鎖線で示すようにＬＴＳ触媒層６４の上部（高温部）において比較的温度の低下が大きい分布となるのに対し、バーナ燃焼排ガスを間隙６６に流す場合には図９（ｃ）に一点鎖線で示すようにＬＴＳ触媒層６４の上部（高温部）においても比較的温度の低下が小さくて同図に実線で示す理想的な直線的変化に近づいた分布となる。
【０１２４】
また、本実施の形態例１によれば、ＨＴＳ部３を、燃料改質部２の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部２を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時（予熱運転時）には燃料改質部２の改質触媒層１８をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時にＨＴＳ部３のＨＴＳ触媒層２４も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易にＨＴＳ部３のＨＴＳ触媒層２４の予熱も行うことができる。
【０１２５】
また、本実施の形態例１によれば、第２原料水９３を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ５１に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ５１との間の間隙１０ａを流れるＨＴＳ部３からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の第２蒸発器１０を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に第２原料水９３を蒸発させることができる。即ち、第２原料水９３の加熱（蒸発）と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。
【０１２６】
また、本実施の形態例１によれば、ＰＲＯＸ部１０１を、鉛直方向に沿って配置された第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４の側面に沿って鉛直方向に延びたＰＲＯＸ冷却部９２を備え、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の下端部から供給してＰＲＯＸ冷却部９２内を上方へと流通させることにより第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４を冷却する構成としたことにより、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易にＰＲＯＸ冷却部９２内の原料水全体を沸騰温度（例えば１００℃）にすることができる。即ち、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の上端部から供給する場合には沸騰した第２原料水９３はなかなか下方には流れていかずに冷たい第２原料水９３だけが先に下方へ流れていくため、ＰＲＯＸ冷却部９２内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の下端部から供給する場合には沸騰した第２原料水９３が直ぐに上方へ流れていくため、容易にＰＲＯＸ冷却部９２内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易に第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４全体の温度をＣＯ選択酸化反応に適した温度にすることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態例１によれば、ＰＲＯＸ部１０１は、燃料改質部２の改質触媒層１８を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４の側面に沿って設けた排ガス流路９９に流すことにより、第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４の加熱が可能な構成であるため、起動時（予熱運転時）にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、ＰＲＯＸ部１０１の第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４を予熱することができる。
【０１２８】
また、本改質装置の運転方法としては、起動の際の予熱運転時にはバーナ燃焼排ガスによって燃料改質部２、ＨＴＳ部３、ＬＴＳ部６及びＰＲＯＸ部１０１の各触媒層１８，２４，６４，８３，８４を効率的に加熱し、予熱運転後（各触媒層が所定の予熱温度に到達した後）に水冷チューブ５への第１原料水３１の供給と混合部４６への改質燃料１０５の供給とＰＲＯＸ冷却部９２への第２原料水９３の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。
【０１２９】
また、本改質装置の運転方法としては、定常運転時には、燃料改質部２の改質触媒層１８の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ１１への燃料供給量を制御し、且つ、第１蒸発器８から排出されて燃料改質部２に供給される混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ１１への空気供給量を制御するため、前記改質触媒層１８の最高温度と前記混合流体の蒸気温度とを、それぞれの所定の温度範囲内に確実に維持することができる。
【０１３０】
＜実施の形態例２＞
図１０は本発明の実施の形態例２に係る改質装置の本体部の構成を示す断面図、図２は前記改質装置のＣＯ選択酸化部の構成を示す断面図である。図１０及び図１１において、上記実施の形態１（図１、図２参照）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【０１３１】
図１０及び図１１に示すように、本実施の形態例２の改質装置では、ＰＲＯＸ部１０１のＰＲＯＸ冷却部９２の上端部（出口）と、ＬＴＳ冷却空間部６３の水冷チューブ５の入口５ａとが、チューブ５６を介して接続されている。従って、第２原料水９３はＰＲＯＸ冷却部９２内を流通した後、チューブ５６を介して入口５ａから水冷チューブ５内に流入し、水冷チューブ５内を流通して上昇する。このとき、第２原料水９３はＰＲＯＸ冷却部９２において第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の発熱を受けて一部が沸騰し、更に水冷チューブ５においても、燃料改質部２から断熱材４を介して伝わる（漏れる）熱やＬＴＳ部６の発熱を受けて一部が沸騰する。
【０１３２】
また、水冷チューブ５の出口５ｂは、チューブ１２１を介して第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１の入口５１ａに接続されている。従って、水冷チューブ５から排出された第２原料水９３は、チューブ１２１を介して入口５１ａから螺旋状チューブ５１内に流入し、螺旋状チューブ５１内を下方へと流れる。このため、第２蒸発器１０では、この水冷チューブ５からの第２原料水９３と、ＨＴＳ部３からの改質ガスとの熱交換が行われる。その結果、第２原料水９３は完全に蒸発し例えば約４００℃の過熱蒸気となってミキサーチューブ４８へと排出され、改質ガスは例えば約４００℃から約２５０℃〜２００℃に減温されてＬＴＳ部６へと排出される。即ち、このような温度条件となるように第２原料水９３の水量が設定されており、この第２原料水９３を、燃料改質部２での改質燃料の改質に必要な全原料水量から差し引いた水量を、第１原料水３１の水量として設定する。
【０１３３】
但し、本実施の形態例２では第１原料水３１は、上記実施の形態例１の場合と異なり、図示しないポンプ等の原料水供給装置から、ミキサー１２２へ供給されるようになっている。ミキサー１２２はチューブ１２３を介して第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４の入口３４ａに接続されている。ミキサー１２２では第１原料水３１に改質燃料１０５（液体燃料又は気体燃料）が混入される。従って、ミキサー１２２から排出された第１原料水３１と改質燃料１０５の混合流体は、チューブ１２３を介して入口３４ａから螺旋状チューブ３４内に流入し、螺旋状チューブ３４内を下方へと流れる。このため、第１蒸発器８では、このミキサー１２２からの混合流体と、排ガス流路２０からのバーナ燃焼排ガスとの熱交換が行われる。その結果、混合流体は例えば約４００℃の過熱蒸気となってミキサーチューブ４８へと排出される。また、排ガスチューブ４２も、上記実施の形態例１の場合と異なり、その入口側の部分が、鉛直管１３と第１蒸発器８（内円筒３２）との間に設けられて下方へと延び、排ガス流路２０に連通している。
【０１３４】
そして、本実施の形態例２では第１蒸発器８（外円筒３３）の上端部が、排ガスチューブ１２４を介して、排出切替手段としてのバルブ１２５の一方の流入部１２５ａに接続されている。また、バルブ１２５の他方の流入部１２５ｂには排ガスチューブ１１８が接続され、バルブ１２５の流出部１２５ｃには排ガスチューブ１２６が接続されている。バルブ１２５は例えばサーモ弁などの所定温度で流通方向が切り替わる機能を有するものである。例えば排ガスチューブ１１８からのバーナ燃焼排ガスが、流入部１２５ｂから流入して流入部１２５ｃから流出しているとき、当該バーナ燃焼排ガスの温度が所定温度（例えば１２０℃）に達すると、バルブ１２５の流路が流入部１２５ｂ側から流入部１２５ａ側に切り替わって、排ガスチューブ１２４からのバーナ燃焼排ガスが、流入部１２５ａから流入して流出部１２５ｃから流出するようになる。
【０１３５】
排ガスチューブ１１８からバルブ１２５の流入部１２５ｂに流入するバーナ燃焼排ガスの温度が所定の温度（例えば１２０℃）に達すると、ＬＴＳ触媒層６４、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の温度も所定の予熱温度に達する。換言すれば、バルブ１２５は、ＬＴＳ触媒層６４、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の温度が所定の予熱温度に達するときのバーナ燃焼排ガスの温度で流入部１２５ｂ側から１２５ａ側に流路が切り替わるように設定されている。
【０１３６】
ここで本改質装置の起動運転時及び定常運転時の運転方法について説明する。
【０１３７】
はじめに起動時の各部の予熱について説明する。起動時には、まず、バーナ１１に燃料１０９と空気１１０を供給してバーナ１１を着火する。その結果、高温のバーナ燃焼排ガスが発生し、このバーナ燃焼排ガスが、燃料燃焼部１の開口１５から下方に噴出された後、反転して排ガス流路２０内を上昇する。このときバーナ燃焼排ガスが燃料改質部２の内円筒１６と接触することにより、燃料改質部２（改質触媒層１８）が予熱される。同時にＨＴＳ部３（ＨＴＳ触媒層２４）の予熱も、このときのバーナ燃焼排ガスにより、燃料改質部２を介して行われる。そして、この起動時にバルブ１２５は流入部１２５ａ側の流路が閉じられ、流入部１２５ｂ側の流路が開かれた状態になっているため、排ガス流路２０から排出されたバーナ燃焼排ガスは、第１蒸発器８をバイパスして、排ガスチューブ４２に流入する。排ガスチューブ４２を通過したバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ４３と排ガスチューブ４４とに分岐される。
【０１３８】
排ガスチューブ４３に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、ＬＴＳ冷却空間部６３内に流入し、ＬＴＳ冷却空間部６３内（間隙６６）を下方へと流れる。このときバーナ燃焼排ガスがＬＴＳ部６の内円筒６１と接触することにより、ＬＴＳ部６（ＬＴＳ触媒層６４）は予熱され、バーナ燃焼排ガスの温度は例えば約１００℃〜１５０℃にまで低下する。一方、排ガスチューブ４４に分岐されたバーナ燃焼排ガスは、ＰＲＯＸ部１０１の鉛直管９８内に流入し、鉛直管９８内を下方へと流れた後、反転して排ガス流路９９内を上昇する。このとき第２ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４は、バーナ燃焼排ガスにより、原料水が凝縮しない温度（例えば１００℃強）まで予熱される。最後にＬＴＳ冷却空間部６３を通過したバーナ燃焼排ガスと排ガス流路９９を通過したバーナ燃焼排ガスは、排ガスチューブ７０と排ガスチューブ１０４とを経由して合流した後、バルブ１２５の流入部１２５ｂから流出部１２５ｃへと流れ（バルブ１２５を通過し）、排ガスチューブ１１８を介して排気される。
【０１３９】
上記のバーナ燃焼排ガスによる予熱（加熱）を所定時間（例えば４０分ほど）継続すると、燃料改質部２の改質触媒層１８の温度が例えば約７００℃、ＨＴＳ部３のＨＴＳ触媒層２４の温度が例えば４００℃、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４の温度が例えば２００℃〜１５０℃、ＰＲＯＸ部１０１の第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の温度が例えば約１００℃強に達して、予熱が完了する。
【０１４０】
そして、このとき流入部１２５ｂからバルブ１２５へ流入するバーナ燃焼排ガスの温度が所定の温度（例えば１２０℃）に達するため、バルブ１２５の流路が流入部１２５ｂ側から流入部１２５ａ側に切り替わる。その結果、第１蒸発器８から排ガスチューブ１２４を介して流入部１２５ａに流入するバーナ燃焼排ガスが、バルブ１２５を通過し、排ガスチューブ１１８を介して排気されるようになる。即ち、排ガス流路２０からのバーナ燃焼排ガスが、第１蒸発器８に流れようになる。一方、排ガスチューブ１４２にはバーナ燃焼排ガスが流入しなくなる。即ち、予熱完了後の定常運転時には、ＰＲＯＸ部１０１などにバーナ燃焼排ガスが流れなくなる。なお、予熱段階では第１原料水３１及び第２原料水８９の供給はまだ行われない。即ち、ＬＴＳ冷却空間部６３、第１蒸発器８及び第２蒸発器１０の各チューブ５，３４，５１への原料水の導入はまだ行われない。
【０１４１】
続いて、改質反応を開始するため、第１原料水３１と改質燃料１０５とを供給してミキサー１２２で混合し、この混合流体を第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４に供給する。第２原料水９３も、第１原料水３１の供給開始と同時に又は第１原料水３１の供給開始よりも遅れて、ＰＲＯＸ部１０１のＰＲＯＸ冷却部９２へ供給する。なお、改質反応を開始する際には、ＰＲＯＸ部１０１への第１ＰＲＯＸ用空気８６及び第２ＰＲＯＸ用空気８９の供給も開始する。
【０１４２】
第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４内を流れる混合流体は、第１蒸発器８内の間隙８ａ，８ｂを流れるバーナ燃焼排ガスと熱交換する。その結果、第１原料水３１は例えば約４００℃の過熱水蒸気となる。なお、改質燃料１０５が液体燃料の場合には当該液体燃料も第１蒸発器８でバーナ燃焼排ガスにより蒸発することになる。第１蒸発器８から排出された第１原料水３１と改質燃料１０５との混合蒸気は、ミキサーチューブ４７及びヘッダ５８を介して燃料改質部２内に流入し、燃料改質部２の改質触媒層１８中を下方へと流れる。このとき燃料改質部２では改質触媒と接する混合蒸気中の改質燃料１０５が、混合蒸気中の水蒸気とともに排ガス流路２０を上昇するバーナ燃焼排ガスと間接的に向流接触することにより、同バーナ燃焼排ガスから熱を受けて水素ガスを含有する改質ガスに改質される。
【０１４３】
燃料改質部２で生成された改質ガスは、改質ガス反転上昇部２２を介してＨＴＳ部３内に流入し、ＨＴＳ触媒層２４中を上方へと流れる。ＨＴＳ部３から流出した改質ガスは、第２蒸発器１０（螺旋状チューブ５１）を介してＬＴＳ部６内に流入し、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４中を下方へと流れる。このときＬＴＳ部３及びＨＴＳ部６では改質ガスが、上述のようなそれぞれの温度レベルでＣＯ変成して、改質ガス中の水素含有率が増大する。続いて、ＬＴＳ部６から流出した改質ガスは、ＰＲＯＸ部１０１の第１ＰＲＯＸ触媒層８３中及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４中を、第１ＰＲＯＸ用空気８６及び第２ＰＲＯＸ用空気８９とともに順次上方へと流れ、この間に第１ＰＲＯＸ用空気８６及び第２ＰＲＯＸ用空気８９によって改質ガス中の改質ガス中のＣＯが選択的に酸化されることにより、ＣＯ濃度が燃料電池において使用可能な濃度（例えば１０ｐｐｍ以下）となる。
【０１４４】
一方、第２原料水９３はＰＲＯＸ冷却部９２に下から流入し、ＰＲＯＸ冷却部９３内を上方へと流れる。この間に第２原料水９３は、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４の発熱を受けて一部が沸騰し、気液混相状態となる。この気液混相状態の第２原料水９３は伝熱係数が著しく高く、また、その温度が、沸騰完了により過熱状態にはならないため、例えば約１００℃で一定である。従って、この第２原料水９３の冷却により、第１ＰＲＯＸ触媒層８３及び第２ＰＲＯＸ触媒層８４は、極めて容易に最適な温度（例えば１００℃）に維持され、その特性を最適な状態で発揮することが可能になる。
【０１４５】
ＰＲＯＸ冷却部９２から排出された第２原料水９３は、ＬＴＳ冷却空間部６３の水冷チューブ５に流入し、水冷チューブ５内を上方へと流れる。この間に第２原料水９３は、燃料改質部２から断熱材４を介して伝わる（漏れる）熱を回収して沸騰する。また、定常運転時には、水冷チューブ５内を流れる第２原料水９３は、ＬＴＳ部６のＣＯ変成に伴う発熱を、ＬＴＳ冷却空間部６３内の間隙６６を介して放射冷却することにより、吸収（除去）する。具体的には、ＬＴＳ部６のＣＯ変成に伴う発熱は、水冷チューブ５の管壁と円筒２７の管壁とによって放射冷却される。
【０１４６】
水冷チューブ５から排出された第２原料水９３は、第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１内に流入し、螺旋状チューブ５１内を下方へと流れる。この間に第２原料水９３と、第２蒸発器１０の間隙１０ａを上方へと流れる改質ガスと熱交換することにより、第２原料水９３は完全に蒸発して例えば約４００℃の過熱蒸気となり、改質ガスはＨＴＳ部３から第２蒸発器１０に流入するときの例えば約４５０℃の温度から、ＬＴＳ部６に適した例えば約２５０℃〜２００℃の温度に減温する。つまり、第２原料水９３の水量は、第２蒸発器１０での第２原料水９３と改質ガスの熱交換量が、例えば約４５０℃の改質ガスを約２５０℃〜２００℃に減温することができる熱交換量となるように設定する。そして、この第２原料水９３を、燃料改質部２での改質燃料の改質に必要な全原料水量から差し引いた水量を、第１原料水３１の水量として設定する。第２蒸発器１０の螺旋状チューブ５１から排出された第２原料水８３は、ミキサーチューブ４８で第１蒸発器８からの混合蒸気と混合され、ヘッダ５８を介して燃料改質部２へ供給されることにより、燃料改質部２での改質反応に利用される。
【０１４７】
なお、詳細な説明は省略するが、本改質装置でも、上記実施の形態例１の場合と同様に温度制御装置１０８によって、第１温度計１０６と第２温度計１０７の温度計測信号に基づき、改質触媒層１８の下端部の温度制御と、第１蒸発器８の螺旋状チューブ３４から排出さる混合蒸気の温度制御とを行う。
【０１４８】
本実施の形態例２によれば、上記実施の形態例２と同様の効果が得られる。
【０１４９】
即ち、本実施の形態例２によれば、断熱材４の周囲を囲む円筒２７の外周面に巻回した水冷チューブ５を有し、この水冷チューブ５内を流通する第１原料水３１が、断熱材４の内側から断熱材４を介して水冷チューブ５へ伝わる燃料改質部２の熱を吸収して沸騰する構成としたことより、断熱材４から漏れた燃料改質部２の熱を、水冷チューブ５で第１原料水３１の蒸発熱として回収することができるため、断熱材４として安価で断熱性能の低いものを用い、且つ、断熱材４を薄くしても、放熱量の増加による効率低下を招くことがない。このため、改質装置の製造コストの低減や小型化を図ることができる。
【０１５０】
また、本実施の形態例２によれば、改質燃料１０５と第１原料水３１の混合流体を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ３４内に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ３４との間の間隙８ａ，８ｂを流れるバーナ燃焼排ガスで加熱することにより蒸発させる構成の第１蒸発器８を有するため、バーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して効率的に前記混合流体を蒸発させることができる。
【０１５１】
また、本実施の形態例２によれば、燃料改質部２の改質触媒層１８を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、第１蒸発器８の間隙８ａ，８ｂに流す構成としたため、改質触媒層２を加熱後のバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して前記混合流体を蒸発させることができる。
【０１５２】
また、本実施の形態例２によれば、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ３４との間の間隙８ａ，８ｂに伝熱促進材としてのボール３５を充填するため、バーナ燃焼排ガスの熱が、バーナ燃焼排ガスから直接螺旋状チューブ３４の管壁に伝わるだけではなく、ボール３５を介しても螺旋状チューブ３４の管壁に伝わることになるため、前記混合流体へのバーナ燃焼排ガスの熱の伝達が促進される。更に、ボール３５はバーナ燃焼排ガスの流れの分布を均一化するための抵抗として機能や、前記混合流体とバーナ燃焼排ガスとの熱バランスがくずれたときにも前記混合流体の温度を保持する蓄熱材としての機能も果たすことができる。
【０１５３】
また、本実施の形態例２によれば、ＬＴＳ部６と水冷チューブ５との間に間隙６６を保持することにより、水冷チューブ５内を流通する第１原料水９３が、前記間隙６６を介してＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４を放射冷却することになるため、ＬＴＳ触媒層６４の過冷却を防止して、ＬＴＳ触媒層６４をＣＯ変成反応に適した温度（例えば２００℃付近）に保持することができる。
【０１５４】
また、本実施の形態例２によれば、燃料改質部２の改質触媒層１８を加熱後のバーナ燃焼排ガスを、ＬＴＳ部６と水冷チューブ５との間に間隙６６に流すことにより、ＬＴＳ部６の加熱が可能な構成としたため、起動時（予熱運転時）にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、ＬＴＳ部６のＬＴＳ触媒層６４を予熱することができる。
【０１５５】
また、本実施の形態例２によれば、ＨＴＳ部３を、燃料改質部２の周囲を囲む配置とすることにより、燃料改質部２を介してバーナ燃焼排ガスによる加熱が可能な構成としたため、起動時（予熱運転時）には燃料改質部２の改質触媒層１８をバーナ燃焼排ガスで予熱すると同時にＨＴＳ部３のＨＴＳ触媒層２４も予熱することができる。即ち、簡易な構成で容易にＨＴＳ部３のＨＴＳ触媒層２４の予熱も行うことができる。
【０１５６】
また、本実施の形態例２によれば、水冷チューブ５から排出される第２原料水９３を、二重円筒内に設けた螺旋状チューブ５１に流通させて、二重円筒の内壁面と螺旋状チューブ５１との間の間隙を流れるＨＴＳ部３からの改質ガスで加熱することにより蒸発させる構成の第２蒸発器１０を有するため、改質ガスの熱を有効に利用して効率的に第２原料水９３を蒸発させることができる。即ち、第２原料水９３の加熱（蒸発）と改質ガスの温度低減とを効率的に行うことができる。
【０１５７】
また、本実施の形態例２によれば、ＰＲＯＸ部１０１を、鉛直方向に沿って配置された第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４の側面に沿って鉛直方向に延びたＰＲＯＸ冷却部９２を備え、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の下端部から供給してＰＲＯＸ冷却部９２内を上方へと流通させることにより第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４を冷却する構成としたことにより、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の上端部から供給して下方へ流通させる場合に比べ、容易にＰＲＯＸ冷却部９２内の原料水全体を沸騰温度（例えば１００℃）にすることができる。即ち、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の上端部から供給する場合には沸騰した第２原料水９３はなかなか下方には流れていかずに冷たい第２原料水９３だけが先に下方へ流れていくため、ＰＲＯＸ冷却部９２内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることが難しいが、第２原料水９３をＰＲＯＸ冷却部９２の下端部から供給する場合には沸騰した第２原料水９３が直ぐに上方へ流れていくため、容易にＰＲＯＸ冷却部９２内の原料水全体を均一な沸騰温度にすることができる。このため、容易に第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４全体の温度をＣＯ選択酸化反応に適した温度にすることができる。
【０１５８】
また、本実施の形態例２によれば、ＰＲＯＸ部１０１は、燃料改質部２の改質触媒層１８を加熱した後のバーナ燃焼排ガスを、第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４の側面に沿って設けた排ガス流路９９に流すことにより、第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４の加熱が可能な構成であるため、起動時（予熱運転時）にはバーナ燃焼排ガスの熱を有効に利用して、ＰＲＯＸ部１０１の第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４を予熱することができる。
【０１５９】
そして、特に本実施の形態例２によれば、バルブ１２５によって、起動の際の予熱運転時にだけＰＲＯＸ部１０１の排ガス流路９９にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはＰＲＯＸ部１０１の排ガス流路９９にバーナ燃焼排ガスを流さないようにすることができるため、ＰＲＯＸ部１０１（第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４）における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、ＰＲＯＸ冷却部９２を流れる第２原料水９３の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもＰＲＯＸ部１０１の排ガス流路９９にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて、放熱ロスを低減することができる。なお、排出切替手段としては、必ずしもバルブ１２５に限定するものではなく、上記のように予熱運転と定常運転とでバーナ燃焼排ガスの排出を切り替えることができるものであればよい。
【０１６０】
また、本改質装置の運転方法としては、バルブ１２５によって、起動の際の予熱運転時にだけＰＲＯＸ部１０１の排ガス流路９９にバーナ燃焼排ガスを流し、定常運転時にはＰＲＯＸ部１０１の排ガス流路９９にバーナ燃焼排ガスを流さないようにするため、ＰＲＯＸ部１０１（第１及び第２ＰＲＯＸ触媒層８３，８４）における発熱を、バーナ燃焼排ガスとともに排出することなく、ＰＲＯＸ冷却部９２を流れる第２原料水９３の蒸発に利用することができるため、定常運転時にもＰＲＯＸ冷却部１０１の排ガス流路９９にバーナ燃焼排ガスを流す場合に比べて放熱ロスを低減することができ、また、予熱運転後（各触媒層が所定の予熱温度に到達した後）に第１原料水３１と改質燃料１０５の混合流体の第１蒸発器８への供給とＰＲＯＸ冷却部９２への第２原料水９３の供給とを開始して改質ガスの生成を開始することができる。
【０１６１】
また、本改質装置の運転方法としては、定常運転時には、燃料改質部２の改質触媒層１８の最高温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ１１への燃料供給量を制御し、且つ、第１蒸発器８から排出されて燃料改質部２に供給される混合流体の蒸気温度を計測して、この温度計測値を所定の温度範囲内に維持するようにバーナ１１への空気供給量を制御するため、前記改質触媒層１８の最高温度と前記混合流体の蒸気温度とを、それぞれの所定の温度範囲内に確実に維持することができる。
【０１６２】
なお、上記実施の形態例１，２では改質ガスを燃料電池に供給する場合の例を示したが、これに限定するものではなく、本発明は燃料電池以外の装置に水素ガスを含有する改質ガスを供給するための改質装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明は改質装置の運転方法に関するものであり、例えば比較的高出力の燃料電池に用いられる改質装置の小型化やコスト低減などを図る場合に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る改質装置の本体部の構成を示す断面図である。
【図２】前記改質装置のＣＯ選択酸化部の構成を示す断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図７】図１のＥ部拡大断面図である。
【図８】前記改質装置に備えた温度制御系のブロック図である。
【図９】低温ＣＯ変成触媒層の温度勾配を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態例２に係る改質装置の本体部の構成を示す断面図である。
【図１１】前記改質装置のＣＯ選択酸化部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１  燃料燃焼部
２  燃料改質部
３  高温ＣＯ変成部（ＨＴＳ部）
４  断熱材
５  水冷チューブ
５ａ  入口
５ｂ  出口
６  低温ＣＯ変成部（ＬＴＳ部）
６ａ  入口
６ｂ  出口
７  断熱材
８  第１蒸発器
８ａ，８ｂ  間隙
９  断熱材
１０  第２蒸発器
１０ａ  間隙
１１  バーナ
１２  火炎
１３  鉛直管
１４  端板
１５  開口
１６  内円筒
１７  外円筒
１８  改質触媒層
１９  断熱材
２０  排ガス流路
２１  円筒
２２  改質ガス反転上昇部
２３  端板
２４  高温ＣＯ変成触媒層（ＨＴＳ触媒層）
２５  水平環状板
２５ａ，２５ｂ  小孔
２６  内円筒
２７  外円筒
２８，２９  端板
３０  断熱材
３１  第１原料水
３２  内円筒
３３  外円筒
３４  螺旋状チューブ
３４ａ  入口
３４ｂ  出口
３５  ボール
３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ  多孔板
３８  円筒
３９，４０  端板
４１  孔
４２，４３，４４  排ガスチューブ
４５  チューブ
４６  混合部
４７  チューブ
４８  ミキサーチューブ
４９  内円筒
５０  外円筒
５１  螺旋状チューブ
５１ａ  入口
５１ｂ  出口
５２，５３  チューブ
５４，５５  端板
５６，５７  チューブ
５８  ヘッダ
５９，６０  チューブ
６１  内円筒
６２  外円筒
６３  ＬＴＳ冷却空間部
６３ａ  入口
６３ｂ  出口
６４  低温ＣＯ変成触媒層（ＬＴＳ触媒層）
６５  端板
６６  間隙
６８  チューブ
７０  排ガスチューブ
７１  チューブ
８１  内円筒
８２  外円筒
８３  第１ＰＲＯＸ触媒層
８４  第２ＰＲＯＸ触媒層
８５  ミキシングチャンバ
８６  第１ＰＲＯＸ用空気
８７，８８  端板
８９  第２ＰＲＯＸ用空気
９０  チューブ
９１  円筒
９２  ＰＲＯＸ冷却部
９３  第２原料水
９４  チューブ
９５，９６  端板
９７  円筒
９８  鉛直管
９９  排ガス流路
１００  改質装置本体部
１０１  ＣＯ選択酸化部（ＰＲＯＸ部）
１０２，１０３  端板
１０４  排ガスチューブ
１０４ａ  鉛直管部
１０４ｂ  水平管部
１０５  改質燃料
１０６  第１温度計
１０７  第２温度計
１０８  温度制御装置
１０９  燃料
１１０  空気
１１１  燃料供給装置
１１２  空気供給装置
１１８  排ガスチューブ
１２１  チューブ
１２２  ミキサー
１２３  チューブ
１２４  排ガスチューブ
１２５  バルブ
１２５ａ，１２５ｂ  流入部
１２５ｃ  流出部
１２６  排ガスチューブ
【図１】
2007308318.tif 000003
【図２】
2007308318.tif 000004
【図３】
2007308318.tif 000005
【図４】
2007308318.tif 000006
【図５】
2007308318.tif 000007
【図６】
2007308318.tif 000008
【図７】
2007308318.tif 000009
【図８】
2007308318.tif 000010
【図９】
2007308318.tif 000011
【図１０】
2007308318.tif 000012
【図１１】
2007308318.tif 000013