JP5250885B2 - 燃料電池用ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は改質装置等の燃料電池用ガス処理装置に関する。

特許文献１には、改質触媒層を形成する筒の周壁に板状の伝熱フィンを放射状に突設した改質装置が開示されている。伝熱フィンは、改質触媒層を通過するガスの流れ方向に沿って延設されている。伝熱フィンは溶接やろう付けで筒の周壁に固定されているのが一般的である。
特開２００３−２８６００３号公報

しかしながら溶接やろう付け作業は熟練が必要とされ、コストアップの要因となり易い。このため溶接やろう付けはできるだけ廃止することが好ましい。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、ガス通路からの挿入部材の脱落を抑える突起部を設けることにより、挿入部材を直接的に溶接やろう付けで固定せずとも良く、ガス通路に配置した挿入部材の脱落を抑制することができる燃料電池用ガス処理装置を提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池用ガス処理装置は、燃焼ガス、原料ガスまたは改質ガスが通過するガス通路に対面して前記ガス通路を区画する第１壁体と、ガス通路に対面し第１壁体と共にガス通路を区画する第２壁体と、ガス通路内におけるガス通過性を確保しつつ第１壁体と第２壁体との間に挿入された挿入部材とを具備し、
第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方は、ガス通路に向けて突出すると共にガス通路からの挿入部材の脱落を抑える突起部を有することを特徴とする。

燃料電池用ガス処理装置は、原料ガスから改質ガスを生成させる改質反応処理、改質ガスに含まれる有害ガスの濃度をシフト反応により低減させるシフト反応処理、および、改質ガスに含まれる有害ガスの濃度を酸化反応またはメタネーション反応により低減させる酸化反応処理のうちの少なくとも一つに、上記した特徴を実施することができる。

ガス通路に配置されている挿入部材がガス通路から重力により脱落することは、突起部により抑制されている。このため、挿入部材を直接的に溶接やろう付けで第１壁体および第２壁体に結合させることを廃止させることができる。

ここで、第１壁体および第２壁体はガス通路を区画する。ガス通路は、燃焼ガス、原料ガスまたは改質ガスが通過する通路である。原料ガスは改質ガスの原料となるガスである。改質ガスは原料ガスを改質したガスであり、燃料電池の発電で使用される活物質（例えば水素）を含む。燃焼ガスは、改質反応のために改質部を高温化させるときに発生する燃焼後のガスである。第１壁体および第２壁体の母材は金属でも、セラミックスでも良い。挿入部材は、ガス通路内におけるガス通過性を確保しつつ、第１壁体と第２壁体との間に挿入されている。第１壁体および第２壁体のうちの少なくとも一方は、突起部を有する。突起部は、ガス通路に向けて突出すると共に、ガス通路からの挿入部材の脱落を抑える。突起部の突出量は適宜選択される。

本発明に係る燃料電池用ガス処理装置は、好ましくは、次の態様を含むことができる。

・好ましくは、挿入部材は、第１壁体および／または第２壁体に対する伝熱性を高める伝熱部材とする態様が挙げられる。第１壁体および第２壁体は筒形状とすることができ、ガス通路はリング形状または筒形状であることが好ましい。伝熱部材は、ガス通路内に配置されており、第１壁体と第２壁体との間における伝熱性を促進させる。また好ましくは、ガス通路は、触媒を担持する触媒担体を収容している態様が挙げられる。触媒担体は粒状でも、繊維状でも、モノリス構造でも良い。この場合、挿入部材は、好ましくは、触媒担体の落下を抑えると共にガス通過性をもつガス通過部材とすることができる。

・好ましくは、突起部を有する前記一方は、突起部と反対側において、原料水を加熱して水蒸気を生成させる蒸発部を形成する態様が採用できる。蒸発部では気化熱が奪われるため、高温化されにくい。よって突起部の過熱は抑制される。更に、突起部を有する前記一方の過熱も抑制される。よって使用期間が長期になっても、突起部の熱変形は抑制され、上記した脱落防止効果が長期にわたり維持される。

・好ましくは、第１壁体および第２壁体の厚み方向における一方側には加熱源が設けられ、第１壁体および第２壁体の厚み方向における他方側には被加熱部が設けられている態様が挙げられる。この場合、被加熱部は、好ましくは、原料水を加熱して水蒸気を生成させる蒸発部とすることができる。また、被加熱部は、好ましくは、燃焼ガスまたは改質ガスに含まれる有害ガスを低減させる触媒を有する触媒担体を収容する有害ガス低減部とすることができる。有害ガスは一酸化炭素とすることができる。従って、被加熱部は、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させる触媒を有する触媒担体を収容する有害ガス低減部とすることができる。この場合、ガス通路の熱を有害ガス低減部に伝達できる。

・好ましくは、第１壁体および第２壁体のうちの少なくとも一方は金属で形成されている態様が採用できる。金属はステンレス鋼（オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系）、炭素鋼等の合金鋼、アルミニウム合金が例示される。この場合、突起部は、第１壁体および第２壁体のうちの少なくとも一方をガス通路に向けてプレス加工で膨出成形させることにより形成されている態様が採用できる。プレス加工であれば、一体化でき、突起部を別部品とせずとも良い。プレス加工は冷間加工、温間加工、熱間加工のいずれでも良い。プレス加工はエンボス加工（圧印加工）が例示される。

・好ましくは、突起部は、ガス通路に対面する凸状面と、凸状面に背向する凹状面とを有する態様が採用できる。この場合、突起部における過剰肉厚化は抑制され、軽量化される。更に、突起部自体の過剰剛体化が抑制される。

・好ましくは、第１壁体は筒形状をなし、第２壁体は第１壁体に対して内周側または外周側に配置された筒形状をなす態様が挙げられる。この場合、組立時において、突起部は、第１壁体および第２壁体の同軸性を高めることができる。

・好ましくは、第１壁体および第２壁体突起部のうちの一方に設けられた突起部は、第１壁体および第２壁体のうちの他方に接触状態または非接触状態とされている態様が採用できる。接触状態の場合には、突起部を利用することにより、第１壁体および第２壁体間の伝熱性が高められる。非接触状態ではあれば、組立時において第１壁体および第２壁体のうちの他方に対して突起部が過剰に擦れることが抑制される。この場合、突起部や当該他方の保護性を高めることができる。

・好ましくは、突起部は、ガス通路においてガスが通過する方向に対して交差する方向において、間隔を隔てて複数個設けられている態様が採用できる。この場合、挿入部材の脱落が確実に抑制される。更に隣設する突起部間は空間となるため、ガス通過性が確保される。

・好ましくは、第１壁体および第２壁体突起部のうちの一方または双方には蓋が取り付けられており、蓋は係合部をもつ態様が採用できる。この場合、好ましくは、係合部は、挿入部材のうち突起部と反対側の部位に係合するように設けられており、第１壁体および第２壁体が上下反転されるときであっても、ガス通路から挿入部材が脱落することが抑えられる態様が採用できる。組立時に、上下反転させるときであっても、ガス通路内に配置されている挿入部材の脱落が抑制される。

・好ましくは、挿入部材はこれの厚み方向に山部を有する波板部材である態様が採用できる。この場合、断面で、山部は第１壁体および第２壁体のうちの少なくとも一方に伝熱可能に接触しており、隣設する山部間はガス通路のガスが流れる流路とされている態様が採用できる。この場合、山部は第１壁体および第２壁体のうちの少なくとも一方に伝熱可能に接触するため、挿入部材を利用した伝熱性が良好に維持される。更に、隣設する山部間はガス通路のガスが流れる流路とされるため、ガス透過性が良好に維持される。

本発明によれば、ガス通路に配置されている挿入部材がガス通路から重力により脱落することは、突起部により抑制されている。このため、挿入部材を直接的に溶接やろう付けで第１壁体および第２壁体に固定することを廃止することができる。更に突起部により第１壁体および第２壁体の位置が規制され易くなるため、第１壁体および第２壁体の位置決め精度を向上させるのに有利である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図９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の燃料電池システムに適用される。図１は改質装置１（触媒収容装置）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を加熱する加熱源として機能する燃焼部２５と、蒸発部５０と、シフト部６０（有害ガス低減部）と、ＣＯ酸化部５３（有害ガス低減部）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、ガス状の改質用燃料（原料ガス）を水蒸気により改質させ、水素を主要成分とする（例えば２０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、改質反応は下記の（１）式に基づく。

図２に示すように、改質部２は、外通路２１（ガス通路）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（ガス通路）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（ガス通路）とを有する。内通路２２および外通路２１は耐火材で形成された第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。従って外通路２１および内通路２２は触媒収容通路として機能する。触媒担体２０ａは粒状とされている。

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（ガス通路）および第２燃焼通路４４（ガス通路）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。

図２に示すように、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と蒸発部５０との間の断熱性を高め、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、後述する混合室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。

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。

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（過剰に低温のとき作動）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。

シフト部６０は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気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。図４に示すように、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（改質ガス通路）を形成する筒体として機能する内筒６２と、外側の第２シフト通路６１ｓ（改質ガス通路）を形成するように内筒６２に対して同軸的に配置された筒体として機能する外筒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。

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、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、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。

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）…ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ（吸熱反応）
式（２）…ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２（発熱反応）
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２（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。

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（上向き，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（下向き，図２参照）に流れる。改質部２０における改質ガスの流れは基本的には燃焼ガスと対向流となり、改質部２０を流れる改質ガスを効果的に加熱できる。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（３０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。

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（図４参照）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が低減され、改質ガスは浄化される。

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において矢印Ｅ，Ｇ方向（図４参照）に流れ、混合室８１に至る。更に、改質ガスは混合室８１を流れ、混合室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＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２）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。

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、筒体として機能する第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は略円筒形状または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は改質部２の最内層の筒体を構成している。第１筒９１は、有底形状をなしており、下側の底部９１ｃと、底部９１ｃの下面の中央において溶接または取付具で固定された下向き（中心軸線Ｐ１と平行）に突出する単数の位置決めピン９１ｅ（位置決め突起）とを有する。位置決めピン９１ｅは中心軸線Ｐ１上において中心軸線Ｐ１に沿って突出しており、ステンレス等の金属またはセラミックスで形成されている。

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状をなす内通路２２（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状をなす外通路２１（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、筒形状をなす空間で形成された第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の外周面を被覆している。第５筒９５の外周面と第６筒９６の内周面とで、筒形状をなす空間で形成された第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、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、リング形状または筒形状をなす第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、リング形状または筒形状をなすＣＯ酸化部５３が形成されている。

図２に示すように、各筒の下方には金属製の主基体８６（基体）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および第２筒９２の下端部は主基体８６に非接触であり、主基体８６に固定されていない。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が溶接または取付具等で接合されている。

図３に示すように、改質部２の外通路２１の下部には、ガス通過部材としての第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との間には、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、内通路２２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。

図３に示すように、第２筒９２の下端部９２ｄは主ガス通過部材１５０に接近しつつも非接触とされている。よって下端部９２ｄと主ガス通過部材１５０との間に微小隙間９２ｘ（図３参照）が形成されている。故に第２筒９２が軸長方向に熱膨張したとしても、第２筒９２の下端部９２ｄは主ガス通過部材１５０に接触しない。故に第２筒９２の下端部９２ｄおよび主ガス通過部材１５０の損傷が抑制されている。微小隙間９２ｘは触媒担体２０ａが洩れない大きさとされている。

ところで、図２および図３から理解できるように、第１筒９１の上端部（一端部）は、蓋８８を介して第４筒９４の上端部（一端部）に溶接または取付具等で固定されている。従って組立時において溶接前または取付具取り付け前の段階では、第１筒９１の上端部（一端部）は自由端状である。更に改質装置１の組立時においても使用時においても、図２および図３から理解できるように、改質部２０を構成する第１筒９１および第２筒９２の下端部は、基本的には、主基体８６および副基体８７に非接触であり、主基体８６および副基体８７に固定されておらず、自由端状である。このため改質装置１の組立時において、第１筒９１の径方向の位置決めを精度よく実施させるには、必ずしも容易ではない。従って、本実施形態のように改質装置１の組立時において、第１筒９１の位置決めピン９１ｅを主ガス通過部材１５０の位置決め穴１５０ｅに挿入し、径方向の高い位置決め性を実現できることは、意義がある。

更に改質装置１の使用時において、第１筒９１の上端部（一端部）が蓋８８で固定されていたとしても、第１筒９１の下端部（他端部）は、前述したように第２筒９２、主基体８６および副基体８７に対して非接触であり、自由端状とされている。自由端状であれば、改質装置１の使用時においても、内通路２２および外通路２１を流れるガスの圧力等の影響を受ける等して、第１筒９１の下端部（他端部）は径方向に変位するおそれがある。従って、上記したように第１筒９１の位置決めピン９１ｅを主ガス通過部材１５０の位置決め穴１５０ｅに挿入して径方向に第１筒９１を拘束することは、上記した変位を抑制するために意義がある。

更に説明を加える。本実施形態によれば、主ガス通過部材１５０（位置決め部）は、改質ガスを通過させるために、図３に示すように、厚み方向に貫通する多数の通孔１５０ｍを有するガス通過部材（例えばパンチングメタルまたは網部材）で形成されている。位置決め穴１５０ｅは円形状とされている。位置決めピン９１ｅも横断面で円形状とされている。ここで、第１筒９１の位置決めピン９１ｅは、主ガス通過部材１５０の位置決め穴１５０ｅに貫通状態に挿入され、位置決め穴１５０ｅに係合している。これにより位置決めピン９１ｅは第１筒９１の径方向に拘束される。よって改質装置１の組立時において、第１筒９１の径方向における位置決め精度が良好に確保される。故に、改質部２の主要要素を占める第１筒９１について、中心軸線Ｐ１に対する同軸性が良好に確保される。

故に、第１筒９１で形成される内通路２２の通路幅を、これの周方向においても、軸長方向においても、均一化させるのに貢献できる。このため内通路２２における改質触媒を担持する触媒担体２０ａの温度ムラが低減される。従って内通路２２における触媒担体２０ａの触媒反応のムラが低減される。故に、内通路２２における改質反応が良好に行われる。

上記したように内通路２２の通路幅をこれの周方向においても、軸長方向においても、均一化させるのに貢献できるのであれば、内通路２２に連通する外通路２１の通路幅についても、これの周方向においても、軸長方向においても、均一化させるのに貢献できる。このため外通路２１においても、改質触媒を担持する触媒担体２０ａの温度ムラが低減される。ひいては外通路２１における触媒担体２０ａの触媒反応のムラが低減される。よって、外通路２１における改質反応が良好に行われる。

ここで、第１筒９１の位置決めピン９１ｅ、主ガス通過部材１５０の位置決め穴１５０ｅは、中心軸線Ｐ１に位置するように設定されている。このため、中心軸線Ｐ１に対する第１筒９１の同軸性を確実に高めることができる。図７に示すように、位置決めピン９１ｅには、先端に向かうにつれて外径が小さくなる傾斜案内面９１ｆを有する。このため位置決めピン９１ｅを主ガス通過部材１５０（位置決め部）の位置決め穴１５０ｅに挿入する操作が容易となる。

更に本実施形態によれば、図２に示すように、第１筒９１の内周面は、燃焼火炎２５ｃを発生させる燃焼室２０を形成する。上記したように第１筒９１の径方向における高い同軸性が得られるため、径方向における燃焼室２０の位置ずれも抑制される。故に、良好な燃焼火炎２５ｃを生成させるのに有利であり、燃焼効率を高めることができる。

上記したように本実施形態によれば、第１筒９１の位置決めピン９１ｅは、主ガス通過部材１５０（位置決め部）の位置決め穴１５０ｅに挿入され、第１筒９１の径方向の位置決めを行う。このため改質装置の組立時においても、改質装置の使用時においても、径方向における第１筒９１の位置ずれが効果的に抑制される。

更に、第１筒９１の位置決めピン９１ｅが主ガス通過部材１５０（位置決め部）の位置決め穴１５０ｅに挿入されるだけであるため、第１筒９１の下端部は、中心軸線Ｐ１の延設方向に沿っては自由端状である。故に、第１筒９１の下端部は、中心軸線Ｐ１の直角方向には拘束されるものの、中心軸線Ｐ１が延設されている方向に沿っては自由端状である。換言すれば、改質装置１の組立時において、中心軸線Ｐ１が延設する方向において、位置決めピン９１ｅおよび第１筒９１の変位性が良好に確保されている。従って、中心軸線Ｐ１が延設する方向における熱膨張量が大きいときであっても、第１筒９１の熱膨張吸収作用が良好に獲得される。

また本実施形態によれば、第１筒９１は底部９１ｃを有する。位置決めピン９１ｅは、第１筒９１の底部９１ｃの中央において下方に向けて中心軸線Ｐ１ｉに沿って突出している。ここで、第１筒９１の内周面は、燃焼火炎が発生する燃焼室２０を形成するため、第１筒９１の底部９１ｃは燃焼火炎に対面し、高温に加熱されがちである。この点について本実施形態によれば、位置決めピン９１ｅの表面積に相当するぶん、第１筒９１の放熱面積が増加され、底部９１ｃの過熱が抑制され、底部９１ｃの耐久性が向上する。更に、位置決めピン９１ｅのうちの少なくとも一部は、主ガス通過部材１５０（位置決め部）の位置決め穴１５０ｅを形成する内壁面１５０ｈに接触することにしてもよい（図７参照）。すなわち、図７に示すように、位置決めピン９１ｅの外径をＤＡとし、位置決め穴１５０ｅの内径をＤＢとすると、ＤＡ＝ＤＢ、ＤＡ≒ＤＢとされている。この場合、第１筒９１の底部９１ｃが高温となるときであっても、第１筒９１の底部９１ｃの熱は、位置決めピン９１ｅを介して主ガス通過部材１５０（位置決め部）側に伝熱され、ひいては主基体８６に伝熱される。このため、第１筒９１の底部９１ｃの過熱が一層抑制される。なお、前記した『接触する』とは、位置決めピン９１ｅの外壁面がこれの周方向の全体にわたり位置決め穴１５０ｅの内壁面１５０ｈに接触する形態でもよいし、位置決めピン９１ｅの外壁面がこれの周方向の一部において位置決め穴１５０ｅの内壁面１５０ｈに接触する形態でも良い意味である。場合によっては位置決め性は多少低下するものの、微小隙間を形成するように、ＤＡ＞ＤＢとし、位置決めピン９１ｅの外壁面が位置決め穴１５０ｅの内壁面１５０ｈに非接触でも良い。

このため改質部２のうち第１筒９１で形成される内通路２２の温度ムラを抑制するのに有利となる。ひいては内通路２２に装填されている改質触媒を担持する触媒担体２０ａの温度ムラを抑制するのに有利となる。よって改質触媒を担持する触媒担体２０ａにおける改質反応のムラを低減させるのに有利となる。なお、位置決めピン９１ｅおよび主ガス通過部材１５０が同一材質または同系材質であれば、位置決めピン９１ｅの熱膨張量および主ガス通過部材１５０の熱膨張量を相応させ、上記した接触度を維持するのに有利となる。これに限らず、位置決めピン９１ｅおよび主ガス通過部材１５０は互いに異材質で形成しても良い。

本実施形態によれば、位置決めピン９１ｅのアスペクト比（長さ／径）が大きく、位置決めピン９１ｅは長軸状であるため、第１筒９１の底部９１ｃの下方における改質ガスの通過性を損なうことが抑制される。アスペクト比は例えば２〜１００の範囲内、２〜５０の範囲内、３〜２０の範囲内で設定できる。位置決めピン９１ｅは第１筒９１の底部９１ｃに溶接または取付具で固定されているため、改質装置１の種類が変更されるときであっても、位置決めピン９１ｅの長さおよび／または径を変更すると共に、位置決め穴１５０ｅのサイズを変更すれば、対応することができる。位置決めピン９１ｅ付近、すなわち改質部２０の出口２ｐ側の触媒担体２０ａを効率よく加熱でき、改質反応に適する。

図３に示すように、ＣＯ酸化部５３のうち下部には、ガス通過部材としての第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。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。

更に本実施形態によれば、図１および図４に示すように、混合室８１を有する混合部８０が設けられている。混合室８１はシフト部６０に隣設されつつシフト部６０の下流に設けられ、且つ、ＣＯ酸化部５３の上流に位置している。混合室８１の中心軸線は、中心軸線Ｐ１と同軸である。混合室８１には、改質部２で生成された一酸化炭素（有害ガス）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。

図４に示すように、混合室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いる。改質ガス通路としての第２シフト通路６１ｓは、混合室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。これに対して、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）を混合室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、混合室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、改質ガス通路としての第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。

図４に示すように、方向変換部８２は、混合室（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。空気が混合室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、混合室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を矢印Ｒ方向に流れる空気を、混合室８１において混合室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、混合室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、混合室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、混合室８１において乱流化が進行し、混合室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。

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と混合部８０とを仕切る仕切部材として機能する。混合室８１は、シフト部６０の第１シフト通路６１ｆと混合部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および混合部８０は隣設されている。

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、混合室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から混合室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。これにより混合室８１における乱流化が促進される。故に、混合室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。

ここで、空気通路７０の入口７０ｉは、混合室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から混合室８１に供給された空気は、混合室８１の周方向に沿って流れ、混合室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混合室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、両者を均一に混合しにくい。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と窒素であり、両者は比重がかなり異なり、両者を均一に混合しにくい。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。上記した混合室８１に方向変換部８２を形成する構成を採用すれば、混合室８１における水素と酸素との均一混合性が向上される。なお、ＣＯ酸化部５３のうち下流においては、酸素濃度が低減されるため、メタネーション反応（ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ）によるＣＯ低減効果も期待できる。

更に本実施形態によれば、図１に示すように、空気が供給される混合室８１はシフト部６０の入口６０ｉおよび出口６０ｐに隣設されている。このため空気（大気）によりシフト部６０の入口６０ｉ（ＣＯ濃度が高いためシフト反応が発生し易い）を積極的に冷却させることを期待できる。この場合、シフト部６０における過剰高温化が抑制される。従って、シフト部６０によるシフト反応を促進させ、一酸化炭素を低減させるのに貢献することができる。ここで、シフト反応は、上記した式（２）（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２）に基づき、発熱を伴う。シフト部６０が過剰に高温化されると、上記したシフト反応の進行が妨げられ易い。なお、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。

更に本実施形態によれば、図６に示すように、混合室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、混合室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、混合室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。

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に隣設されている混合部８０の混合室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。すなわち混合部８０の混合室８１はＣＯ酸化部５３の上流に配置されており、混合室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向上させるのに有利となる。

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。

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。

さて本実施形態の要部について説明を加える。図２および図３に示すように、第２燃焼通路４４（ガス通路）は、内側の第５筒９５（第１壁体）と外側の第６筒９６（第２壁体）とでリング形状または筒形状の空間として区画されている。第２燃焼通路４４（ガス通路）には、伝熱フィン４６（挿入部材）がこれを多少変形させつつ筒形状に曲成された状態で挿入（圧入）されている。伝熱フィン４６は、ステンレス鋼、炭素鋼等の合金鋼、アルミニウム合金等の金属で形成されており、端部４６ａ，４６ｃ（図９参照）を有する。

図２及び図３に示すように、第６筒９６（第２壁体）の下部には、これの径内方向に向けて、つまり第２燃焼通路４４に向けて突出するドーム状の突起部９６ａが複数個形成されている。突起部９６ａは、伝熱フィン４６の下部４６ｄに係合可能に対面する。第２燃焼通路４４に伝熱フィン４６を挿入させるとき、突起部９６ａは、伝熱フィン４６の挿入量を規制させるストッパとしても機能することもできる。

上記した突起部９６ａは、第６筒９６の周方向（図９に示す矢印ＫＭ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。主基体８６からの突起部９６ａの高さ位置は、各突起部９６ａについてそれぞれ、同じ高さとされていることが好ましい。但し、主基体８６からの伝熱フィン４６の下端部の高さ位置によっては、各突起部９６ａの高さ位置を異ならせても良い。要するに、各突起部９６ａは、伝熱フィン４６の下端部を支持できるように、伝熱フィン４６の下端部の下方に位置している。

改質装置１の組立時または使用時において、伝熱フィン４６が重力により落下することは、突起部９６ａにより抑制されている。このため、伝熱フィン４６を直接的に溶接やろう付けで第５筒９５（第１壁体）または第６筒９６（第２壁体）に固定させることを廃止させることができる。更に組立時または使用時において、突起部９６ａは、第２燃焼通路４４の通路幅（図９に示すｔｉ）を形成しつつ、第５筒９５および第６筒９６の同軸性を高めることもできる。従って第２燃焼通路４４の通路幅ｔｉの均一化に有利となり、第２燃焼通路４４のガス流れの均一化に有利である。

また、改質装置１の組立時に、改質装置１を構成する部品が上下逆に反転されることがある。このような場合であっても、図３に示すように、第５筒９５の上端部には中間蓋４２（蓋）が被着されており、中間蓋４２の周縁部にはフランジ部４２ｆ（係合部）が形成されている。フランジ部４２ｆは、第２燃焼通路４４側に突出しており、伝熱フィン４６のうち突起部９６ａと反対側の部位４６ｘ（図３参照）に係合するように設けられている。従って組立時に、第５筒体９５を上下反転させるときであっても、重力による伝熱フィン４６の脱落が抑制される。

ここで本実施形態によれば、図２に示すように、第５筒９５（第１壁体）および第６筒９６（第２壁体）の厚み方向（径方向）における一方側には、燃焼部２５（加熱源）が設けられている。第５筒９５（第１壁体）および第６筒９６（第２壁体）の厚み方向（径方向）における他方側には、蒸発部５０（被加熱部）が設けられている。第２燃焼通路４４には伝熱フィン４６が挿入されている。このため燃焼部２５（加熱源）側の熱を蒸発部５０に良好に伝達できる。更に第２燃焼通路４４（ガス通路）を流れる燃焼ガスの熱を蒸発部５０に良好に伝達できる。このため蒸発部５０の受熱量が確保され、蒸発部５０における蒸発量を良好に確保することができる。

本実施形態によれば、突起部９６ａは、第６筒９６をこれの径内方向に向けて、つまり第２燃焼通路４４（ガス通路）に向けて、プレス加工（エンボス加工）で膨出成形させることにより形成されている。プレス加工のため、突起部９６ａを第６筒９６に一体化できる。故に、突起部を別部品とせずとも良い。

本実施形態によれば、図２に示すように、突起部９６ａを有する第６筒９６は、突起部９６ａと反対側（第６筒９６の外周側）において、原料水を加熱して水蒸気を生成させる蒸発部５０を形成している。蒸発部５０では液相状の水が気化されるため、気化熱が奪われ、高温化されにくい。改質装置１の使用期間が長期にわたったとしても、突起部９６ａの熱変形は抑制され、上記した脱落防止効果が長期にわたり良好に維持される。

殊に、図３に示すように、蒸発部５０に水を供給する水入口５０ｉの高さ位置は、突起部９６ａの高さ位置に接近している。このため突起部９６ａは水温付近に維持され易いことが期待される。なお、蒸発部５０の下端から上端までの高さ寸法を１００として相対表示するとき、水入口５０ｉおよび突起部９６ａの双方は、蒸発部５０の下端から４０未満(３０未満、２０未満または１０未満)の高さ位置に設定されていることが好ましい。

図８に示すように、突起部９６ａのうち、丸みを有する頂部９６ｗは、微小隙間ΔＷ１を形成するように第５筒９５に非接触状態とされている。非接触状態であるため、組立時において突起部９６ａの頂部９６ｗと第５筒９５とが過剰に擦れることが抑制され、突起部９６ａの保護性を高めることができる。

また突起部９６ａは、第２燃焼通路４４に対面するように三次元曲面を有するようにドーム状に突出する凸状面９６ｂと、凸状面９６ｂに背向すると共に三次元曲面を有するようにドーム状にへこむ凹状面９６ｃとを有する。この場合、凹状面９６ｃにより、突起部９６ａの厚みｔｃにおける過剰肉厚化は抑制され、軽量化される。更に、突起部９６ａ自体の過剰剛体化が抑制される。従って、組立時において、万一、作業事情により突起部９６ａの頂部９６ｗと第５筒９５とが擦れる場合であっても、突起部９６ａの相手である第５筒９５を過剰に損傷させることが抑制される。

本実施形態によれば、図９に示すように、突起部９６ａは、第２燃焼通路４４（ガス通路）においてガスが通過する方向（図９の紙面垂直方向）に対して交差する方向（第６筒９６の周方向，矢印ＫＭ方向）において、間隔を隔てて複数個設けられている。この場合、重力による伝熱フィン４６の脱落が確実に抑制される。更に隣設する突起部９６ａ間は空間となるため、第２燃焼通路４４におけるガス通過性が良好に確保される。

図９に示すように、伝熱フィン４６は、これの厚み方向に山部４６ｍを有する波板部材で形成されており、これの厚み方向にバネ付勢力を発揮できる。この場合、山部４６ｍは第５筒９５の外周面および第６筒９６の内周面に伝熱可能に圧接する。従って、伝熱フィン４６を利用した伝熱性が良好に維持される。更に、隣設する山部４６ｍ間は第２燃焼通路４４におけるガスが流れる流路とされているため、ガス通過性が良好に維持される。

（実施形態２）
図１０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。図１０に示すように、突起部９６ａは第６筒９６に形成されており、第５筒９５の外周面に接触されている。この場合は、突起部９６ａと第５筒９５との接触を利用することにより、第５筒９５と第６筒９６との間における伝熱性が高められる。更に改質装置１の組立時および使用時において、第５筒９５と第６筒９６との同軸性を一層高めることができる。ここで、突起部９６ａは、前述したように、凸状面９６ｂおよび凹状面９６ｃを有するため、過剰な剛体ではなく、ある程度の弾性変形性を期待できる。従って、万一、組立時において、万一、作業事情により突起部９６ａの頂部９６ｗと第５筒９５とが擦れる場合であっても、突起部９６ａの相手である第５筒９５を過剰に損傷させることが抑制される。更に頂部９６ｗは丸みを有するため、上記した擦れが一層低減される。

（実施形態３）
図１１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。図１１に示すように、伝熱フィン４６Ｂは金属で形成されたプレート状とされており、放射方向に沿って複数個配置されている。各突起部９６ｋは、第６筒９６の内周面においてこれの径内方向に膨出するように形成されており、プレス成形により形成されており、伝熱フィン４６Ｂの下端部の支持性を高めるべく、その下端部を嵌めて支持する凹部９６ｒを有する。なお場合によっては、突起部を第５筒９５の外周面に形成しても良い。

（実施形態４）
図１２は実施形態４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。燃焼ガスまたは改質ガスが通過する第２燃焼通路（ガス通路）４４Ｅは、第１壁体９５Ｅと第２壁体９６Ｅとで区画されているが、筒形状空間ではなく、平パネル形状の空間とされている。従って第１壁体９５Ｅと第２壁体９６Ｅとは筒形状ではなく、平板形状とされている。図１２に示すように、第１壁体９５Ｅの下部には、凸状面９５ｂおよび凹状面９５ｃを有する突起部９５ａが形成されている。突起部９５ａは第２壁体９６Ｅに向けて突出されている。突起部９５ａの頂部９５ｗと第２壁体９６Ｅとは、接触（圧接）している。これにより第１壁体９５Ｅと第２壁体９６Ｅとの間における伝熱性が高められる。更に改質装置１の組立時および使用時において、第１壁体９５Ｅと第２壁体９６Ｅとの位置決め性を一層高めることができる。

（実施形態５）
図１３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。第５筒９５および第６筒９６は筒形状をなす。図１３に示すように、突起部９５ａは第５筒９５に形成されており、微小隙間ΔＷ２を形成するように第６筒９６の内周面に向けて突出されている。この場合、突起部９５ａの頂部９５ｗと第９筒９６とは非接触状態である。これにより組立時において突起部９５ａと第６筒９６とが過剰に擦れることが抑制され、突起部９５ａの保護性を高め得る。微小隙間ΔＷ２は微小であるため、第５筒９５および第６筒９６は同軸性は、実用上支障がない程度に良好に維持される。

（実施形態６）
図１４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。図１４に示すように、改質部２を構成する内通路２２（ガス通路）は、改質触媒を担持する触媒担体２０ａを触媒層として収容しており、互いに同軸的な第１筒９１（第１壁体）と第２筒９２（第２壁体）とで形成されている。触媒担体２０ａは一般的にはセラミックス（例えばアルミナ）で形成されており、金属に比較すると伝熱性が必ずしも高くない。このため内通路２２では温度ムラが発生するおそれがある。そこで図１４に示すように、内通路２２には、波板状をなす伝熱フィン４６Ｅが挿入（圧入）されている。伝熱フィン４６Ｅにより触媒層の伝熱ムラが低減される。ここで、伝熱フィン４６Ｅがもつバネ付勢力により、伝熱フィン４６Ｅの山部４６ｍは、第１筒９１および第２筒９２に圧接する。第２筒９２の下部には突起部９２ａが形成されている。突起部９２ａは、第２筒９２の周方向に沿って間隔を隔てて複数個設けられている。伝熱フィン４６Ｅが重力により落下することは、突起部９２ａにより抑制される。相手側の第１筒９１に突起部を形成しても良い。なお、改質部２を構成する外通路２１内に触媒担体２０ａと共に伝熱フィン４６Ｅが配置されていても良い。この場合、外通路２１を区画する第３筒９３および第４筒９４のうちの一方または双方に突起部が形成されていても良い。

（実施形態７）
図１５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。図１５に示すように、ＣＯ酸化部５３を構成するガス通路５３ｓは、酸化触媒を担持する触媒担体５３ａを収容しており、同軸的な内側の第８筒９８（第１壁体）と外側の第９筒９９（第２壁体）とで形成されている。ガス通路５３ｓには伝熱フィン４６Ｅが挿入（圧入）されている。触媒担体５３ａは一般的にはセラミックスで形成されており、伝熱性が必ずしも高くない。このため温度ムラが発生するおそれがあるが、伝熱フィン４６Ｅにより伝熱ムラが低減される。ここで、伝熱フィン４６Ｅがもつバネ付勢力により、伝熱フィン４６Ｅの山部４６ｍは、第８筒９８および第９筒９９に圧接している。第９筒９９の下部には突起部９９ａがプレス加工により形成されている。突起部９９ａは、第９筒９９の周方向に沿って間隔を隔てて複数個設けられている。伝熱フィン４６Ｅが重力により落下することは、突起部９９ａにより抑制される。なお、第８筒９８に突起部を形成しても良い。

（実施形態８）
図１６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１６に示すように、ガス透過部材として機能する第１ガス通過部材１１０はリング形状をなしており、第３筒９３（第１壁体）の下部と第４筒９４（第２壁体）の下部との間に配置されている。筒形状の第４筒９４には、突起部９４ｙが周方向に間隔を隔てて断続的にプレス成形により形成されている。突起部９４ｙは、触媒担体２０ａを支える第１ガス通過部材１１０が重力により下方に脱落することを抑制する。なお突起部を第３筒９３に形成しても良い。

（実施形態９）
図１７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。図１７に示すように、第２ガス通過部材１２０は、第８筒９８（第１壁体）の下部と第９筒９９（第２壁体）の下部との間に配置されている。筒形状の第９筒９９には突起部９９ｙが周方向に間隔を隔てて断続的にプレス成形により形成されている。突起部９９ｙは、触媒担体５３ａを支える第２ガス通過部材１２０の重力による脱落を抑制する。なお突起部を第８筒９８に形成しても良い。

（その他）
上記した実施形態１では、突起部９６ａは第６筒９６の周方向に沿って間隔を隔てて複数個設けられているが、これに限らず、第２燃焼通路４４の流路断面積が確保され、第２燃焼通路４４のガス通過性が確保できるならば、突起部は第６筒９６の周方向に沿って１周するように連続的に設けられていても良い。

燃焼火炎２５ｃを発生させる燃焼室２０を形成する第１筒９１に位置決めピンを突設し、第１筒９１の位置決め性を高めているが、これに限らず、他の筒としても良い。筒が底部を有しない場合には、筒の下端部に位置きめピンを設けると良い。位置決めピン９１ｅおよび位置決め穴１５０ｅは中心軸線Ｐ１に設けられているが、これに限らず、径方向において中心軸線Ｐ１から離間した位置でも良い。要するに第１筒９１等の筒をこれの径方向に位置決めできる位置であれば良い。

実施形態１では、改質ガスを方向変換部８２に当てて混合室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混合室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混合室８１に供給する。混合室８１には空気を供給させているが、これに限らず、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。混合室８１に空気を供給する空気通路７０の入口７０ｉの数は特に限定されるものではなく、複数個としても良い。

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３断熱層４８を廃止しても良い。

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、混合室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。ＣＯ酸化部に代えて、メタネーション反応部としても良い。

被覆層２００および位置決めピン９１ｅは、必要に応じて設ければ良い。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。上記した第１筒９１〜第９筒９９等に使用されるステンレス鋼はＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４が例示され、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フェライト系のステンレス鋼）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。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。

（付記項１）
改質ガスまたはガス状の燃料原料が通過すると共に触媒を担持する触媒担体を収容するガス通路（触媒通路）を区画する第１壁体と、前記ガス通路に対面し前記第１壁体と共に前記ガス通路を区画する第２壁体と、前記ガス通路内に配置され前記第１壁体と前記第２壁体との間における伝熱性を高める伝熱部材とを具備し、前記第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方は、前記ガス通路に向けて突出すると共に前記ガス通路からの挿入部材の脱落を抑える突起部を有することを特徴とする触媒収容装置。伝熱部材は伝熱性が良い材料、例えば金属で形成できる。

本発明は燃料電池システムに使用される改質装置、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減させるＣＯ低減装置に利用することができる。

実施形態１に係り、改質装置を示す断面図である。 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。 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。 実施形態１に係り、改質装置の混合室に隣設するＣＯシフト部付近を拡大して示す断面図である。 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。 実施形態１に係り、ＣＯシフト部の混合室における混合形態を模式化して示す断面図である。 実施形態１に係り、位置決めピンが位置決め穴に挿入されている状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、突起部付近を示す断面図である。 実施形態１に係り、突起部付近を示す平面図である。 実施形態２に係り、突起部付近を示す断面図である。 実施形態３に係り、突起部付近を示す平面図である。 実施形態４に係り、突起部付近を示す断面図である。 実施形態５に係り、突起部付近を示す断面図である。 実施形態６に係り、改質部に設けられている伝熱フィン付近を示す平面図である。 実施形態７に係り、ＣＯ酸化部に設けられている伝熱フィン付近を示す平面図である。 実施形態８に係り、突起部付近を示す断面図である。 実施形態９に係り、突起部付近を示す断面図である。

符号の説明

１は改質装置、２は改質部、２０ａは触媒担体、２０は燃焼室、２１は外通路、２２は内通路、２５は燃焼部（加熱源）、４１は第１断熱層、４２は中間蓋（蓋）、４２ｆはフランジ部（係合部）、４３は第１燃焼通路、４４は第２燃焼通路、４６は伝熱フィン（伝熱部材，挿入部材）、４６ｘは伝熱フィンのうち突起部と反対側の部位、５０は蒸発部（被加熱部）、５３はＣＯ酸化部、５４は熱交換部、６０はシフト部、６１は改質ガス通路形成部材、６１ｆは第１シフト通路、６１ｓは第２シフト通路、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、７１は第１形成部材、７５は水蒸気通路、８０は混合部、８１は混合室、８２は方向変換部、８６は主基体（基体）、９１は第１筒、９１ｃは底部、９１ｅは位置決めピン（位置決め突起）、９５は第５筒（第１壁体）、９６は第６筒（第２壁体）、９６ａは突起部、９６ｂは凸状面、９６ｃは凹状面、９６ｗは頂部、１１０は第１ガス通過部材（ガス通過部材，挿入部材）、１２０は第２ガス通過部材（ガス通過部材，挿入部材）、１５０は主ガス通過部材（位置決め部）、１５０ｅは位置決め穴を示す。

Claims (10)

1. 燃焼ガス、原料ガスまたは改質ガスが通過するガス通路に対面して前記ガス通路を区画する第１壁体と、前記ガス通路に対面し前記第１壁体と共に前記ガス通路を区画する第２壁体と、前記ガス通路におけるガス通過性を確保しつつ前記第１壁体と前記第２壁体との間に挿入された挿入部材とを具備し、
   前記第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方は、
   前記ガス通路に向けて突出すると共に前記ガス通路からの前記挿入部材の脱落を抑える突起部を有し、
   前記第１壁体および前記第２壁体のうちの一方または双方には蓋が取り付けられており、前記蓋は係合部をもち、前記係合部は、前記挿入部材のうち前記突起部と反対側の部位に係合するように設けられ、前記第１壁体および前記第２壁体が上下反転されるとき、前記係合部は前記ガス通路からの前記挿入部材の脱落を抑えることを特徴とする燃料電池用ガス処理装置。
2. 燃焼ガス、原料ガスまたは改質ガスが通過するガス通路に対面して前記ガス通路を区画する第１壁体と、前記ガス通路に対面し前記第１壁体と共に前記ガス通路を区画する第２壁体と、前記ガス通路におけるガス通過性を確保しつつ前記第１壁体と前記第２壁体との間に挿入された挿入部材とを具備し、
   前記第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方は、
   前記ガス通路に向けて突出すると共に前記ガス通路からの前記挿入部材の脱落を抑える突起部を有し、
   前記挿入部材はこれの厚み方向に山部を有する波板部材であり、断面で、前記山部は前記第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方に伝熱可能に接触しており、隣設する前記山部間は前記ガス通路のガスが流れる流路とされていることを特徴とする燃料電池用ガス処理装置。
3. 前記挿入部材は、前記第１壁体および／または前記第２壁体に対する伝熱性を高める伝熱部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用ガス処理装置。
4. 前記ガス通路は、触媒を担持する触媒担体を収容しており、前記挿入部材は、前記触媒担体の落下を抑えると共にガス通過性をもつガス通過部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用ガス処理装置。
5. 前記一方は、前記突起部と反対側において、原料水を加熱して水蒸気を生成させる蒸発部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用ガス処理装置。
6. 前記第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方は金属で形成されており、前記突起部は、前記第１壁体および前記第２壁体のうちの少なくとも一方を前記ガス通路に向けてプレス加工で膨出成形させることにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス処理装置。
7. 前記第１壁体は筒形状をなし、前記第２壁体は前記第１壁体に対して内周側または外周側に配置された筒形状をなし、前記突起部は、前記第１壁体および前記第２壁体の同軸性を高めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス処理装置。
8. 前記第１壁体および前記第２壁体のうちの一方に設けられた前記突起部は、前記第１壁体および前記第２壁体のうちの他方に接触状態または非接触状態とされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス処理装置。
9. 前記突起部は、前記ガス通路に対面する凸状面と、前記凸状面に背向する凹状面とを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス処理装置。
10. 前記突起部は、前記ガス通路においてガスが通過する方向に対して交差する方向において、間隔を隔てて複数個設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池用ガス処理装置。

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