JP5324752B2 - 水素含有ガス生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、炭化水素系の原燃料を改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部と、
前記改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し且つ熱回収用の熱交換部にて冷却される変成部と、
前記改質部を改質処理が可能なように加熱し且つ前記変成部を変成処理が可能なように加熱する加熱手段と、
前記改質部において原燃料を改質処理するための改質用水を供給する改質用水供給手段と、
運転を制御する運転制御手段とが設けられた水素含有ガス生成装置に関する。

かかる水素含有ガス生成装置は、燃焼式の加熱手段により、改質部を改質処理が可能なように加熱し且つ変成部を変成処理が可能なように加熱する状態で、改質部において、原燃料を水蒸気を用いて水素ガスを主成分とする改質処理ガスに改質処理し、変成部において、改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理して、一酸化炭素ガス濃度の低い水素含有ガスを生成するものであり、生成した水素含有ガスは、例えば、燃料電池における発電反応用の燃料ガスとして用いる。

ところで、このような水素含有ガス生成装置では、改質部を適切に改質処理が行われるように加熱すべく、加熱手段の加熱量が調節され、変成部は、起動時は加熱手段により変成処理可能なように加熱されるものの、その変成反応が発熱反応であるので、起動時に変成処理可能なように加熱されてからは、熱回収用の熱交換部にて変成処理可能なように冷却されることになる。ちなみに、熱回収用の熱交換部としては、例えば、改質部に供給される原燃料を通流させる通流部を変成部と熱伝導可能に設けて、変成部からの発生熱を原燃料に回収するように構成される。

変成部は、上述の通り、運転中においては、加熱手段にて加熱されながら熱回収用の熱交換部にて冷却されることにより、変成処理を行うに適する温度範囲に維持されるものであるため、外気温の変動等により、その温度が変化し易いものであり、特に、変成部における変成反応は発熱反応であるので、変成部の温度が高くなり易い傾向にあり、そして、変成部の温度が変成処理を適切に行わせることが可能な適正範囲よりも高くなると変成反応が起こり難くなるので、生成される水素含有ガスの一酸化炭素濃度が高くなる虞がある。

そこで、このような水素含有ガス生成装置において、従来は、運転制御手段が、改質部の温度が改質処理用の適正範囲よりも低くなりかつ変成部の温度が変成処理用の適正範囲よりも高くなると、燃焼式の加熱手段への燃料供給量を増大調節しかつ燃焼用空気供給量を減少調節することにより、燃焼式の加熱手段の空燃比を低くし、且つ、改質部の温度が改質処理用の適正範囲よりも高くなりかつ変成部の温度が変成処理用の適正範囲よりも高くなると、燃焼式の加熱手段への燃料供給量及び燃焼用空気供給量を減少調節するように構成されていた。
つまり、運転制御手段により燃焼式の加熱手段の空燃比を調節することにより、改質部及び変成部夫々の温度を夫々の適正範囲に維持するように構成されていた（例えば、特許文献１参照。）。

前記特許文献１には記載されていないが、運転制御手段が、改質部の温度が改質処理用の適正範囲でありかつ変成部の温度が変成処理用の適正範囲よりも高くなると、燃焼式の加熱手段への燃焼用空気供給量を増大調節するように構成されると考えられる。
つまり、燃焼式の加熱手段の空燃比を大きくして、燃焼排ガスの温度を低下させることにより、変成部の温度を低下させることになると考えられる。

再表０３／０７８３１１号公報

しかしながら、従来の水素含有ガス生成装置では、燃焼式の加熱手段の空燃比を調節することにより変成部の温度を適正範囲に維持するように構成されていることから、変成部の温度を適正範囲に維持すべく、燃焼式の加熱手段の空燃比を調節すると、その燃焼式の加熱手段の燃焼状態が不安定になって、改質部における改質処理が不安定になり、延いては、低一酸化炭素濃度の水素含有ガスの生成が不安定になる虞があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低一酸化炭素濃度の水素含有ガス生成の安定化を向上し得る水素含有ガス生成装置を提供することにある。

本発明の水素含有ガス生成装置は、炭化水素系の原燃料を改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部と、
前記改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し且つ熱回収用の熱交換部にて冷却される変成部と、
前記改質部を改質処理が可能なように加熱し且つ前記変成部を変成処理が可能なように加熱する燃焼式の加熱手段と、
前記改質部において原燃料を改質処理するための改質用水を供給する改質用水供給手段と、
運転を制御する運転制御手段とが設けられたものであって、
前記改質用水供給手段が、改質用水を前記燃焼式の加熱手段の燃焼排ガスにより加熱して水蒸気を生成し、その生成水蒸気を前記改質部に供給される原燃料に混合するように構成され、
前記熱回収用の熱交換部が、前記改質用水供給手段にて改質用水の加熱に用いられた前記燃焼式の加熱手段の燃焼排ガスにより前記変成部を冷却するように構成され、
前記運転制御手段が、前記改質部の温度が改質処理用の設定適正範囲になるように前記加熱手段の作動を制御し、且つ、前記変成部の温度が変成処理用の設定適正範囲よりも高い状態の継続時間が設定時間を越えると、原燃料に対する水蒸気の量の比である水蒸気／炭素比を大きくするように改質用水の供給量を増大調節すべく、前記改質用水供給手段の作動を制御するように構成されている点を特徴とする。

即ち、運転制御手段は、改質部の温度が改質処理用の設定適正範囲になるように加熱手段の作動を制御し、且つ、変成部の温度が変成処理用の設定適正範囲よりも高くなると、原燃料に対する水蒸気の量の比である水蒸気／炭素比を大きくするように改質用水の供給量を増大調節すべく、改質用水供給手段の作動を制御する。

つまり、水素含有ガスの生成量は所定の目標生成量にする必要があることから、原燃料の供給量は所定の目標供給量に調節することになるので、水蒸気の供給量を多くすることにより、水蒸気／炭素比を大きくすることになる。
そして、原燃料の供給量は所定の目標供給量に調節する状態で、水蒸気／炭素比を大きくすべく水蒸気の供給量を多くすると、改質部に供給される原燃料と水蒸気との混合気体の体積が大きくなって熱容量が大きくなるので、改質部の温度が改質処理用の設定適正範囲になるように燃焼式の加熱手段の作動が制御されることになり、又、水蒸気／炭素比を大きくすべく水蒸気の供給量が多くなる分、改質部から変成部に供給される変成処理ガスの量が多くなるが、水蒸気／炭素比が大きくなっても変成処理ガス中の一酸化炭素ガスの量は略一定であって、変成部における変成反応量は略一定であるので、変成処理ガスの量が多くなった分、変成部における温度上昇が抑制されることになって、変成部の温度を低下させることが可能となり、変成部の温度を変成処理用の設定適正範囲に戻してその変成部において変成処理を安定して行わせることが可能となる。

ちなみに、前記改質用水供給手段が、改質用水を燃焼式の加熱手段の燃焼排ガスにより加熱して水蒸気を生成し、その生成水蒸気を改質部に供給される原燃料に混合するように構成され、前記熱回収用の熱交換部が、前記改質用水供給手段にて改質用水の加熱に用いられた燃焼式の加熱手段の燃焼排ガスにより変成部を冷却するように構成される場合、水蒸気／炭素比を大きくする、つまり、改質用水の供給量を増加することによって、改質用水の加熱のために燃焼排ガスから奪われる熱量が多くなるので、熱回収用の熱交換部に供給される燃焼排ガスの温度が低くなって、その熱回収用の熱交換部の冷却能力を増大させることが可能となり、変成部の温度を低下させることが可能となる。

尚、改質部の温度を改質処理用の設定適正範囲にするための燃焼式の加熱手段の作動の制御は、空燃比は燃焼を適切に行わせる状態に維持しながら、改質部の温度が改質処理用の設定適正範囲になるように、燃焼式の加熱手段への燃料供給量及び燃焼用空気供給量夫々を調節することにより行われる。
水蒸気／炭素比は、水素含有ガス生成の効率を向上するため、極力小さく設定されるものであって、水蒸気／炭素比を大きくすると、原燃料の熱分解による炭素の析出防止の上で有利であり、又、改質処理を安定化する上でも有利であり、更に、水蒸気／炭素比を大きくしても、燃焼式の加熱手段の燃焼状態が安定しているので、改質部において改質処理を安定して行わせる状態を維持することができるのである。
従って、低一酸化炭素濃度の水素含有ガス生成の安定化を向上し得る水素含有ガス生成装置を提供することができるようになった。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記改質部、その改質部に供給される原燃料を脱硫処理する脱硫部、前記変成部、及び、その変成部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化処理する選択酸化部が、前記改質部と前記選択酸化部との間に前記脱硫部及び前記変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能に設けられ、
前記加熱手段が、前記改質部を加熱するように、その改質部における前記脱硫部及び前記変成部が設けられている側とは反対側に隣接して設けられ、
前記選択酸化部を冷却する冷却手段が設けられ、
前記運転制御手段が、前記改質部の温度が改質処理用設定温度になるように前記加熱手段の加熱量を調節し、且つ、前記選択酸化部の温度が選択酸化用設定温度になるように前記冷却手段の冷却量を調節するように構成されている点を特徴とする。

即ち、改質部、脱硫部、変成部及び選択酸化部が、改質部と選択酸化部との間に脱硫部及び変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能に設けられ、加熱手段が改質部を加熱するように、その改質部における脱硫部及び変成部が設けられている側とは反対側に隣接して設けられ、選択酸化部を冷却する冷却手段が設けられる。
運転制御手段により、改質部の温度が改質処理用設定温度になるように加熱手段の加熱量が調節され、且つ、選択酸化部の温度が選択酸化用設定温度になるように冷却手段の冷却量が調節される状態で、改質部から脱硫部及び変成部へ熱伝導させ、それら脱硫部及び変成部から選択酸化部へ熱伝導させて、その選択酸化部から放熱させることにより、脱硫部を脱硫処理が可能なように加熱し、且つ、変成部を変成処理が可能なように加熱する。
そして、脱硫部において脱硫処理された原燃料が改質部において改質処理されて改質処理ガスが生成され、変成部において、改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスが一酸化炭素ガスに変成処理され、更に、脱硫部において、変成部から供給される変成処理ガス中の一酸化炭素ガスが選択酸化されるので、一酸化炭素濃度が一段と低減された水素含有ガスが生成される。

つまり、例えば、原燃料の一例としての都市ガスには、付臭剤等の硫黄成分が含まれており、その硫黄成分を脱硫するための脱硫部が必要となる場合がある。又、例えば、高分子型の燃料電池では、電極触媒の被毒を抑制するために、発電用の燃料ガスとして一段と一酸化炭素濃度を低下させた水素含有ガスが必要となるので、そのような高分子型の燃料電池等の用途では、一段と一酸化炭素濃度を低下させた水素含有ガスが望まれる場合があり、そのために、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化処理する選択酸化部が設けられる場合がある。
そして、改質部における改質処理温度、脱硫部における脱硫処理温度、変成部における変成処理温度、及び、選択酸化部における選択酸化処理温度においては、改質処理温度が最も高く、選択酸化処理温度が最も低く、脱硫処理温度と変成処理温度は、改質処理温度と選択酸化処理温度との間にある。

そこで、改質部、脱硫部、変成部及び選択酸化部を、最も高温に維持する必要のある改質部と、最も低温に維持する必要のある選択酸化部との間に、それら改質部の温度と選択酸化部の温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部及び変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能なように設けると共に、隣接するもの同士の伝熱係数を所定に設定することにより、改質部及び選択酸化部夫々の温度をそれぞれに適正な温度に制御するだけで、脱硫部の温度を脱硫処理が可能な温度にし、且つ、変成部の温度を変成処理が可能な温度にするようにして、水素含有ガス生成装置の温度制御構成を簡略化する。

このように水素含有ガス生成装置の温度制御構成を簡略化した場合において、外気温の変動等の外乱により、変成部から選択酸化部への伝熱量や変成部から熱回収用の熱交換部への伝熱量が変動し易く、変成部の温度が設定適正範囲よりも高くなる場合がある。
そこで、第１特徴構成において説明した如く、変成部の温度が設定適正範囲よりも高くなると、水蒸気／炭素比を大きくすることにより、改質部での改質処理を安定して行わせながら、変成部の温度を設定適正範囲に戻してその変成部において変成処理を安定して行わせることが可能となるのである。
従って、温度制御構成を簡略化しながらも、硫黄成分を含んだ炭化水素系の原燃料を原料として、一段と一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを安定して生成することが可能な水素含有ガス生成装置を提供することができるようになった。

以下、図面に基づいて、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の実施の形態を説明する。
図１及び図２は、本発明に係る水素含有ガス生成装置Ｐを備えた燃料電池発電装置を示し、この燃料電池発電装置は、炭化水素系の原燃料ガスを原料として水素ガスを主成分とする水素含有ガスを生成する前記水素含有ガス生成装置Ｐと、その水素含有ガス生成装置Ｐにて生成された水素含有ガスが燃料ガスとして供給されて発電する燃料電池Ｇと、運転を制御する運転制御部Ｃとを備えて構成されている。

前記燃料電池Ｇは、周知であるので詳細な説明及び図示は省略して簡単に説明すると、この燃料電池Ｇは、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けた固体高分子型に構成され、各セルの燃料極に前記水素含有ガス生成装置Ｐから燃料ガスを供給し、各セルの酸素極に反応用送風機３６から空気を供給して、水素と酸素との電気化学反応により発電を行うように構成されている。

水素含有ガス生成装置Ｐは、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫室１と、その脱硫室１で脱硫処理された原燃料ガスを改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部としての改質室３と、その改質室３から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成部としての変成室４と、その変成室４から供給される改質処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化部としての選択酸化室５と、前記改質室３を改質処理が可能なように加熱し且つ前記変成室４を変成処理可能なように加熱する燃焼式の加熱手段としての改質バーナ１７と、その改質バーナ１７にて燃焼用燃料を燃焼させる燃焼室６と、前記改質室３において原燃料ガスを改質処理するための改質用水を供給する改質用水供給手段としての改質用水供給部Ｊ等を備えて構成されて、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成するように構成されている。

前記改質用水供給部Ｊは、前記燃焼室６から排出される改質バーナ１７の燃焼排ガスを通流させる加熱用排ガス通流室８と、その加熱用排ガス通流室８による加熱により改質用水を蒸発させて水蒸気を生成する蛇行状の蒸発処理流路２と、その蒸発処理流路２に改質用水を供給し且つその供給量を調節自在な改質用水ポンプ４２とを備えて構成されている。
つまり、前記改質用水供給部Ｊが、改質用水を前記改質バーナ１７の燃焼排ガスにより加熱して水蒸気を生成し、その生成水蒸気を前記改質室３に供給される原燃料ガスに混合するように構成されている。

更に、この水素含有ガス生成装置Ｐには、前記改質室３から排出される改質処理ガスを通流させて改質室３を加熱する改質室加熱用通流室７、前記加熱用排ガス通流室８から排出される燃焼排ガスを通流させてその燃焼排ガスにより前記変成室４を冷却する冷却用排ガス通流室９、前記改質室加熱用通流室７から排出される高温の改質処理ガスにより前記脱硫室１にて脱硫された脱硫後の原燃料ガスを加熱する脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａ、その脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａにて熱交換後の改質処理ガスにより脱硫室１にて脱硫処理する原燃料ガスを加熱する脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂ、及び、前記冷却用排ガス通流室９から排出される燃焼排ガスの排熱を前記改質バーナ１７に供給される燃焼用燃料及び燃焼用空気に回収するエコノマイザＥｃが設けられている。
つまり、前記冷却用排ガス通流室９が、変成室４を冷却する熱回収用の熱交換部に相当する。

前記脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａは、前記改質室加熱用通流室７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側熱交換用通流室１０と、前記脱硫室１にて脱硫処理されて改質室３に供給する脱硫後の原燃料ガスを通流させる脱硫後原燃料通流室１１とを熱交換自在に設けて構成され、前記脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂは、前記上流側熱交換用通流室１０から排出された改質処理ガスを通流させる下流側熱交換用通流室１２と、前記脱硫室１にて脱硫処理する原燃料ガスを通流させる脱硫前原燃料通流室１３とを熱交換自在に設けて構成されている。

又、前記エコノマイザＥｃは、前記冷却用排ガス通流室９から排出される燃焼排ガスを通流させる排熱源排ガス通流室１４の一方側に、前記改質バーナ１７に供給される燃焼用燃料を通流させる燃焼用燃料通流室１５を、他方側に、前記改質バーナ１７に供給される燃焼用空気を通流させる燃焼用空気通流室１６を夫々、前記排熱源排ガス通流室１４と熱交換自在に設けて構成されている。

更に、この水素含有ガス生成装置Ｐには、改質用水を貯留する改質用水タンク４４、その改質用水タンク４４から前記蒸発処理流路２に供給される改質用水を純水に精製する水処理部４５、その水処理部４５にて純水に精製された改質用水を前記選択酸化室５から前記燃料電池Ｇに供給される燃料ガスと熱交換させて予熱する１段目予熱用熱交換器４６、及び、その１段目予熱用熱交換器４６にて予熱された改質用水を前記変成室４から前記選択酸化室５に供給される改質処理ガスと熱交換させて改質用水を予熱する２段目予熱用熱交換器４７が設けられている。

図２に示すように、水素含有ガス生成装置Ｐは、流体を処理する処理空間Ｓを形成する複数の扁平状の容器Ｂを横方向に積層状に並べ、それら複数の容器Ｂを容器並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で前記容器並び方向両側から押し付け手段（図示省略）にて押し付けて構成されている。
前記容器Ｂは、図３ないし図５にも示すように、前記容器並び方向に位置する一対の容器形成部材５１が、伝熱板５２の両側に振り分ける状態で且つ周縁部分が伝熱板５２に溶接接続される状態で形成されて、前記伝熱板５２の両側に前記処理空間Ｓを備えるように構成されている。前記一対の容器形成部材５１は、周辺部を接続代として内方部が膨出する形状に形成されている。

前記複数の容器Ｂのうちの一部が、前記容器形成部材５１の背部に積層状態で位置させる一つの皿状の補助容器形成部材５３を、その周辺部を隣接するものの背部に溶接することにより、前記容器並び方向に複数の処理空間Ｓを形成する多処理空間型の容器Ｂｍに構成されている。この多処理空間型の容器Ｂｍを、図４及び図５に示す
又、前記複数の容器Ｂのうちの残部は、前記補助容器形成部材５３を設けない基本型の容器Ｂｓとされている。この基本型の容器Ｂｓを図３に示す。

前記容器形成部材５１、伝熱板５２及び補助容器形成部材５３は、夫々、ステンレス等の耐熱金属製であり、前記容器形成部材５１及び補助容器形成部材５３は、その耐熱金属からなる板材をプレス成形して形成される。

そして、前記複数の容器Ｂにて形成される複数の処理空間Ｓにより、前記脱硫、改質、変成、選択酸化、燃焼の各室１，３，４，５，６、前記蛇行状の蒸発処理流路２、及び、前記改質室加熱用、加熱用排ガス、冷却用排ガス、上流側熱交換用、脱硫後原燃料、下流側熱交換用、脱硫前原燃料用、排熱源排ガス、燃焼用燃料、燃焼用空気の各通流室７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６が構成されている。
この実施形態では、７個の容器Ｂを並べて、水素含有ガス生成装置Ｐが構成されている。
尚、７個の容器Ｂの区別が明確になるように、便宜上、容器を示す符合Ｂの後に、図２において左からの並び順を示す符合１，２，３……………７を付す。
そして、この実施形態では、左から２個目の容器Ｂ２、４個目の容器Ｂ４、右端の容器Ｂ７を基本型の容器Ｂｓとしてある。

又、左端の容器Ｂ１は、一対の容器形成部材５１のうち、左側の容器形成部材５１の背部に前記補助容器形成部材５３が設けられて、３個の処理空間Ｓを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Ｂｍとされ、左から３個目の容器Ｂ３は、図４にも示すように、一対の皿状の容器形成部材５１のうち、右側の容器形成部材５１の背部に前記補助容器形成部材５３が設けられて、３個の処理空間Ｓを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Ｂｍとされ、左から５個目の容器Ｂ５は、図５にも示すように、一対の容器形成部材５１の両方の背部夫々に前記補助容器形成部材５３が設けられて、４個の処理空間Ｓを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Ｂｍとされ、左から６個目の容器Ｂ６も、左から５個目の容器Ｂ５と同様に、４個の処理空間Ｓを容器並び方向に並ぶ状態で備えた多処理空間型の容器Ｂｍとされている。

図２に示すように、左端の容器Ｂ１（処理空間Ｓを３個備えた多処理空間型の容器Ｂｍ）において、左端の処理空間Ｓにて前記燃焼用燃料通流室１５が構成され、中央の処理空間Ｓにて前記排熱源排ガス通流室１４が構成され、右端の処理空間Ｓにて前記燃焼用空気通流室１６が構成されて、この左端の容器Ｂ１にて前記エコノマイザＥｃが構成されている。

左から２個目の容器Ｂ２（処理空間Ｓを前記容器並び方向に２個備えた基本型の容器Ｂｓ）における左側の処理空間Ｓにて前記加熱用排ガス通流室８が構成され、右側の処理空間Ｓにて前記蛇行状の蒸発処理流路２が構成されている。
この容器Ｂ２における蒸発処理流路２を形成する前記流路形成体５６に当て付けた状態で、水蒸気生成用の補助加熱用電気ヒータ２７が設けられている。

図３に基づいて、この容器Ｂ２について、説明を加える。尚、図３において、（イ）は容器Ｂ２の斜視図であり、（ロ）は容器Ｂ２の縦断側面図である。
前記一対の容器形成部材５１のうちの一方は、蛇行状の膨出部５６ｂを備えた流路形成体５６に構成され、他方は、皿状の通流室形成体５７に構成されている。
前記膨出部５６ｂは、下方から上方に向けて蛇行状に延びるように流路形成体５６に備えられ、その流路形成体５６は、その周縁部分及び前記膨出部５６ｂにおける隣接する膨出部分の間に相当する部分の夫々を溶接する状態で、前記伝熱板５２に溶接接続されて、前記伝熱板５２と前記流路形成体５６の間に、下方から上方に向けて蛇行状に延びる前記蒸発処理流路２が形成される。
前記蒸発処理流路２内には、伝熱促進用のステンレスウール５８が充填されている。

前記通流室形成体５７は、その周縁部分を溶接する状態で、前記伝熱板５２に溶接接続されて、前記伝熱板５２と前記通流室形成体５７との間に、前記加熱用排ガス通流室８が形成される。
更に、その加熱用排ガス通流室８内には、蛇行状の前記蒸発処理流路２に沿って燃焼排ガスを蛇行状に通流させるように、複数の邪魔板５９が配設されている。

図４にも示すように、左から３個目の容器Ｂ３（処理空間Ｓを前記容器並び方向に３個備えた多処理空間型の容器Ｂｍ）において、左端の処理空間Ｓにて前記燃焼室６が構成され、中央の処理空間Ｓにて前記改質室３が構成され、右端の処理空間Ｓにて前記改質室加熱用通流室７が構成されている。
そして、前記改質室３を構成する処理空間Ｓ内に、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気を用いて水素ガスを主成分とするガスに改質処理するルテニウム、ニッケル、白金等の改質反応用触媒１９が充填されている。

前記改質室３は、原燃料ガスと水蒸気とが混合状態で上端部から供給されて、下方側に向けて流動するように構成され、その改質室３として構成される処理空間Ｓと前記改質室加熱用通流室７として構成される処理空間Ｓとを仕切る皿状の容器形成部材５１の下端部には、容器並び方向に隣接するそれら処理空間Ｓを連通する流体通過部５４が設けられて、その流体通過部５４を通して、前記改質室３にて改質処理された改質処理ガスを前記改質室加熱用通流室７に流入させるように構成されている。
そして、前記改質室３の下端部分（即ち、改質処理ガスの出口部分）における改質反応用触媒１９の温度を検出するように改質温度センサＴｒが設けられている。

ちなみに、前記改質室３では、原燃料ガスがメタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）である場合は、改質反応用触媒１９の触媒作用により、例えば６００〜７５０°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成させる。

又、左から３個目の容器Ｂ３の左端の処理空間Ｓにて構成される燃焼室６内における下端部に、その燃焼室６内にて燃焼用燃料を燃焼させるように、前記改質用バーナ１７が設けられている。
この改質用バーナ１７は、図４にも示すように、複数の第１噴出孔１７ａを長手方向に並べて列状に備えた第１噴出管１７Ａと複数の第２噴出孔１７ｂを長手方向に並べて列状に備えた第２噴出管１７Ｂとを第１噴出孔１７ａの噴出方向と第２噴出孔１７ｂの噴出方向とが交差するように並べて設けて構成されている。
更に、燃焼室６内における改質バーナ１７よりも上方側に、白金、パラジウム等から成る燃焼触媒を保持させた燃焼触媒保持体１８が配設されている。

前記改質バーナ１７に着火して改質室３を改質処理可能な温度に加熱する起動時は、改質室３に供給するのと同様の原燃料ガスを燃焼用燃料として燃焼用空気と混合させた状態で第１噴出管１７Ａに供給して燃焼させるように構成され、前記燃料電池Ｇの燃料極から排出された排燃料ガスとしてのオフガスを燃焼用燃料として燃焼させる通常時は、そのオフガスを第２噴出管１７Ｂに供給し且つ燃焼用空気を第１噴出管１７Ａに供給するように構成されている。
又、前記改質室３を改質処理可能なように加熱するには、オフガスだけでは不足する場合、その不足分を補うように、原燃料ガスを燃焼用燃料として、燃焼用空気に混合させた状態で、第１噴出管１７Ａに追加供給するように構成されている。

左から４個目の容器Ｂ４（基本型の容器Ｂｓ）における左側の処理空間Ｓにて前記上流側熱交換用通流室１０が構成され、右側の処理空間Ｓにて前記脱硫後原燃料通流室１１が構成され、この左から４個目の容器Ｂ４にて、前記脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａが構成されている。尚、この脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａを構成する容器Ｂ４は、一対の容器形成部材５１の両方が皿状である。
この脱硫後原燃料用熱交換器Ｅａを構成する左から４個目の容器Ｂ４の右側の容器形成部材５１に当て付けた状態で、起動用電気ヒータ２８が設けられている

図５にも示すように、左から５個目の容器Ｂ５（処理空間Ｓを前記容器並び方向に４個備えた多処理空間型の容器Ｂｍ）において、左端及び左から２個目の処理空間Ｓの夫々は、炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫反応用触媒２０を充填して脱硫室１に構成され、左から３個目の処理空間Ｓは、脱硫前原燃料通流室１３に構成され、右端の処理空間Ｓは、一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成反応用触媒２１を充填して変成室４に構成されている。
ちなみに、詳細は後述するが、この左から５個目の容器Ｂ５にて構成する変成室４を１段目として、変成室４を４段に設けるので、以下、この左から５個目の容器Ｂ５にて構成する変成室４を１段目の変成室４と記載する場合がある。

又、左端の処理空間Ｓと左から２個目の処理空間Ｓとを仕切る皿状の容器形成部材５１、左から２個目の処理空間Ｓと左から３個目の処理空間Ｓとを仕切る伝熱板５２の夫々に、夫々の両側の処理空間Ｓを連通する流体通過部５４が設けられている。そして、左から２個目の処理空間Ｓにて構成する脱硫室１を１段目とし、左端の処理空間Ｓにて構成する脱硫室１を２段目として、脱硫対象の原燃料ガスを、脱硫前原燃料通流室１３を通過させて予熱した後、１段目、２段目の順に各脱硫室１を通流させて、脱硫処理するように構成されている。

又、脱硫前原燃料通流室１３を構成する左から３個目の処理空間Ｓと１段目の変成室４を構成する右端の処理空間Ｓとを仕切る皿状の容器形成部材５１を、伝熱壁として、その伝熱壁を通して、脱硫前原燃料通流室１３を通流する脱硫対象の原燃料ガスと１段目の変成室４を通流する変成処理対象の改質処理ガスとを熱交換させるように構成されている。
つまり、１段目の変成室４が前記下流側熱交換用通流室１２として兼用するように構成されて、前記脱硫前原燃料通流室１３と下流側熱交換用通流室１２とにより、前記脱硫前原燃料用熱交換器Ｅｂが構成されている。
この左から５個目の容器Ｂ５における前記変成室４を形成する補助容器形成部材５３に当て付けた状態で、変成処理用の起動用電気ヒータ２９が設けられている。

左から６個目の容器Ｂ６（処理空間Ｓを前記容器並び方向に４個備えた多処理空間型の容器Ｂｍ）において、左端の処理空間Ｓは前記冷却用排ガス通流室９に構成され、左から２個目、左から３個目及び右端の処理空間Ｓの夫々は、前記変成反応用触媒２１を充填して変成室４に構成されている。

又、左から２個目の処理空間Ｓと左から３個目の処理空間Ｓを仕切る伝熱板５２、左から３個目の処理空間Ｓと右端の処理空間Ｓとを仕切る皿状の容器形成部材５１夫々に、夫々の両側の処理空間Ｓを連通する流体通過部５４が設けられている。そして、左から２個目の処理空間Ｓにて構成する変成室４を２段目とし、左から３個目の処理空間Ｓにて構成する変成室４を３段目とし、右端の処理空間Ｓにて構成する変成室４を４段目として、前記左から５個目の容器Ｂ５にて構成する１段目の変成室４からこの２段目の変成室４に外部のガス処理流路３２にて改質処理ガスを供給して、改質処理ガスを２段目、３段目、４段目の順に各変成室４を通流させて、変成処理するように構成されている。
４段目の変成室４の下端部分（即ち、改質処理ガスの出口部分）における変成触媒の温度を検出するように変成温度センサＴｓが設けられている。
又、この左から６個目の容器Ｂ６における４段目の変成室４を形成する補助容器形成部材５３に当て付けた状態で、変成処理用の起動用電気ヒータ３０が設けられている。

ちなみに、前記変成室４では、変成反応用触媒２１の触媒作用により、改質室３から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを、例えば、１５０〜４００°Ｃの範囲の変成処理温度の下で変成反応させる。

左から７個目、即ち右端の容器Ｂ７（基本型の容器Ｂｓ）において、左側の処理空間Ｓは何にも用いずに伝熱調整用とされ、右側の処理空間Ｓは、一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化用触媒２２を充填して前記選択酸化室５に構成されている。

この選択酸化室５は、前記変成室４にて変成処理された改質処理ガスと選択酸化用空気が混合状態で下端部から供給されて、上方側に向けて流動して上端部から排出するように構成され、選択酸化室５における上下方向略中央部の選択酸化触媒２２の温度を検出するように、選択酸化温度センサＴｍが設けられている。

ちなみに、前記選択酸化室５では、選択酸化反応用触媒２２の触媒作用により、例えば８０〜１５０°Ｃの選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残存している一酸化炭素ガスが選択酸化される。

尚、容器Ｂの処理空間Ｓに、前記改質反応用触媒１９等の触媒を充填する場合は、扁平状の容器Ｂを上下方向に沿わせた姿勢で、処理空間Ｓにおける底部よりもやや上方部にて触媒を受けるべく、多孔状の触媒受け板５５を、その処理空間Ｓを形成する容器形成部材５１、伝熱板５２又は皿状の補助容器形成部材５３に溶接にて取り付けられている。

そして、上述の７個の扁平状の容器Ｂを、夫々を上下方向に沿わせた姿勢で、左端の容器Ｂ１の外側、左端の容器Ｂ１と左から２個目の容器Ｂ２との間、左から２個目の容器Ｂ２と左から３個目の容器Ｂ３との間、左から３個目の容器Ｂ３と左から４個目の容器Ｂ４との間、左から４個目の容器Ｂ４と左から５個目の容器Ｂ５との間、及び、左から５個目の容器Ｂ５と左から６個目の容器Ｂ６との間の夫々に伝熱係数設定用の断熱材２３を配置した状態で密接状態に並べて設けて、前記押し付け手段により、それら密接状態の７個の容器Ｂを容器並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で容器並び方向両側から押し付けるように構成し、更に、前記選択酸化室５を構成する右端の容器Ｂ７の側方に、その容器Ｂ７に向けて通風するように冷却用送風機２６を設けて、その冷却用送風機２６により、前記選択酸化室５を冷却するように構成されている。つまり、前記冷却用送風機２６により、前記選択酸化室５を冷却する冷却手段が構成される。

つまり、脱硫室１、改質室３、変成室４及び選択酸化室５のうち、改質室３が最も高温に維持する必要があり、選択酸化室５が最も低温に維持する必要がある。
そこで、改質室３とそれを加熱する燃焼室６とが伝熱可能に密接して設けられ、その密接状態の改質室３及び燃焼室６における改質室３側に、脱硫室１、変成室４、選択酸化室５が記載順に改質室３の側から並んで位置し且つ隣接するもの同士で熱伝導可能に設けられ、密接状態の改質室３及び燃焼室６における燃焼室６側に、蒸発処理流路２が燃焼室６から熱伝導可能に設けられている。

そして、前記運転制御部Ｃが、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室３の温度が改質処理用設定温度になるように前記改質バーナ１７の燃焼量を調節し、且つ、前記選択酸化温度センサＴｍにて検出される選択酸化室５の温度が選択酸化用設定温度になるように前記冷却用送風機２６の通風量を調節して冷却量を調節するように構成されている。
このように、前記改質室３の温度が前記改質処理用設定温度になるように前記改質バーナ１７の燃焼量が調節され、且つ、前記選択酸化室５の温度が前記選択酸化用設定温度になるように前記冷却用送風機２６の通風量が調節される状態で、並びに、変成室４が冷却用排ガス通流室９を通流する燃焼排ガスにて冷却される状態で、改質室３と選択酸化室５との間に位置する脱硫室１及び変成室４夫々の温度が脱硫処理可能な温度、変成処理可能な温度になり、且つ、蒸発処理流路２が水蒸気生成可能な温度になるように、隣接するもの同士、即ち、改質室３と脱硫室１との間、脱硫室１と変成室４との間、変成室４と選択酸化室５との間、及び、燃焼室６と蒸発処理流路２との間の夫々の伝熱係数が所定に設定されている。

以下、各容器Ｂにて形成される各処理空間Ｓに流体を供給したり、各処理空間Ｓから流体を排出するための、各処理空間Ｓに対する流路の接続形態について説明する。尚、各処理空間Ｓにおいては、流体を上部から供給して下方側に向けて通流させて下部から排出する、あるいは、流体を下部から供給して上方側に向けて通流させて上部から排出するように、流体を上下方向に通流させるように構成するので、各流路は、各処理空間Ｓの上端部又は下端部に接続する。

発電用原燃料供給路３１が前記脱硫前原燃料通流室１３に接続され、前記２段目の脱硫室１と前記脱硫後原燃料通流室１１とが、その脱硫後原燃料通流室１１と前記改質室３とが、前記改質室加熱用通流室７と前記上流側熱交換用通流室１０とが、その上流側熱交換用通流室１０と前記下流側熱交換用通流室１２を兼用する前記１段目の変成室４とが、その１段目の変成室４と前記２段目の変成室４とが、前記４段目の変成室４と前記選択酸化室５とが、夫々、ガス処理流路３２にて接続され、更に、その選択酸化室５と燃料電池Ｇの燃料ガス供給部とが燃料ガス流路３３にて接続されている。

前記発電用原燃料供給路３１には、改質処理用の原燃料ガスの供給を断続する発電用原燃料断続弁Ｖ１、及び、改質処理用の原燃料ガスの供給量を調節する発電用原燃料調節弁Ｖ２が設けられている。
２段目の脱硫室１と前記脱硫後原燃料通流室１１とを接続するガス処理流路３２には、脱硫後の原燃料ガスに水蒸気を混合させるためのエジェクタ３５が設けられている。

又、前記４段目の変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２には、選択酸化用送風機２４から選択酸化用空気が供給される選択酸化用空気供給路２５が接続されて、変成室４にて変成処理された改質処理ガスに選択酸化用空気を混合させて前記選択酸化室５に供給するように構成されている。

つまり、原燃料ガスを１段目、２段目の脱硫室１にて脱硫処理し、その脱硫処理した原燃料ガスに、後述する蒸発処理流路２から水蒸気流路３４にて供給される水蒸気をエジェクタ３５にて混合させ、その水蒸気を混合させた原燃料ガスを改質室３にて改質処理し、その改質処理ガスを１段目、２段目、３段目、４段目の変成室４にて変成処理し、その変成処理した改質処理ガスを選択酸化室５にて選択酸化処理して、一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成し、その水素含有ガスを燃料ガスとして燃料ガス流路３３を通じて燃料電池Ｇに供給するように構成されている。

前記燃焼室６と前記加熱用排ガス通流室８とが、その加熱用排ガス通流室８と前記冷却用排ガス通流室９とが、その冷却用排ガス通流室９と前記エコノマイザＥｃの前記排熱源排ガス通流室１４とが、夫々、燃焼排ガス流路３７にて接続されて、燃焼室６から排出される燃焼排ガスを、加熱用排ガス通流室８、冷却用排ガス通流室９、エコノマイザＥｃの排熱源排ガス通流室１４の順に通流させるように構成されている。

前記燃料電池Ｇの前記燃料極から排出されるオフガスを前記改質バーナ１７にて燃焼させる燃焼用燃料として導くオフガス路３８にて、その燃料電池Ｇのオフガス排出部と前記エコノマイザＥｃの燃焼用ガス通流室１５とが、その燃焼用ガス通流室１５と前記改質バーナ１７の第２噴出管１７Ｂとが、夫々接続されている。
前記燃料ガス流路３３と前記オフガス路３８とを前記燃料電池Ｇを迂回して接続するバイパス路６０が設けられ、前記燃料ガス流路３３における前記オフガス路３８の接続箇所よりも前記燃料電池Ｇの側の箇所に、その燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給を断続する燃料ガス断続弁Ｖ５が設けられ、前記バイパス路６０には、そのバイパス路６０を開閉するバイパス開閉弁Ｖ６が設けられ、前記オフガス路３８における前記バイパス路６０の接続箇所よりも上流側の箇所に電池下流側開閉弁Ｖ７が設けられている。

又、前記改質バーナ１７に燃焼用空気を供給する燃焼用送風機３９と前記エコノマイザＥｃの前記燃焼用空気通流室１６とが、その燃焼用空気通流室１６と前記改質バーナ１７の第１噴出管１７Ａとが、夫々燃焼用空気流路４０にて接続されている。

そして、前記エコノマイザＥｃにて、燃焼排ガスの排熱をオフガス及び燃焼用空気に回収して、それらオフガス及び燃焼用空気を予熱し、そのように予熱したオフガス及び燃焼用空気を前記改質バーナ１７に供給して燃焼させるように構成されている。

更に、前記改質バーナ１７の第１噴出管１７Ａには、原燃料ガスを燃焼用燃料として供給するバーナ用原燃料供給路４１が接続されている。
このバーナ用原燃料供給路４１には、前記改質バーナ１７への原燃料ガスの供給を断続するバーナ用原燃料断続弁Ｖ３、及び、このバーナ用原燃料供給路４１を通して供給する原燃料ガスの供給量を調節するバーナ用原燃料調節弁Ｖ４が設けられている。
尚、前記バーナ用原燃料供給路４１と前記燃焼用空気流路４０とは、前記第１噴出管１７Ａの手前で合流させた状態でその第１噴出管１７Ａに接続され、原燃料ガスを燃焼用空気と予混合した状態で第１噴出管１７Ａに供給するように構成されている。

前記改質用水タンク４４内の改質用水を改質用水ポンプ４２にて供給する改質用水供給流路４３が前記蒸発処理流路２の下端に接続され、前記加熱用排ガス通流室８による加熱により前記蒸発処理流路２にて生成された水蒸気を導く前記水蒸気流路３４が前記エジェクタ３５に接続されている。

前記１段目予熱用熱交換器４６は、前記改質用水供給流路４３を通流する改質用水と前記燃料ガス流路３３を通流する燃料ガスとを熱交換させるように設けられ、前記バイパス路６０には、通流する気体から凝縮水を除去するドレイントラップ４８が設けられている。
前記２段目予熱用熱交換器４７は、前記改質用水供給流路４３における前記１段目予熱用熱交換器４６よりも下流側の箇所を通流する改質用水と、前記４段目の変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２を通流する改質処理ガスとを熱交換させるように設けられている。
更に、前記改質用水供給流路４３における前記２段目予熱用熱交換器４７よりも下流側の箇所に蛇行状流路部分４３ｄが設けられ、この蛇行状流路部分４３ｄが、左から３個目の容器Ｂ３における前記燃焼室６を形成する容器形成部材５１に熱伝導可能に当て付けて設けられて、容器形成部材５１からの伝導熱及び輻射熱により改質用水供給流路４３を通流する改質用水を予熱するように構成されている。
つまり、改質用水が、前記１段目予熱用熱交換器４６、前記２段目予熱用熱交換器４７、前記蛇行状流路部分４３ｄにて予熱された後、前記蒸発処理流路２に供給されるように構成されている。

更に、前記４段目の変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２における前記２段目予熱用熱交換器３７よりも下流側の箇所には、排熱回収用熱交換器４９が設けられている。
図示は省略するが、前記燃料電池Ｇから発生する熱により貯湯する貯湯タンクが設けられ、この貯湯タンクの湯水を循環させる湯水循環路に設けられた加熱用熱交換器に前記燃料電池Ｇを冷却した冷却水を通流させることにより、前記貯湯タンクの湯水を加熱するように構成されている。
そして、前記排熱回収熱交換器４９が前記湯水循環路に設けられ、ガス処理流路３２を通流する改質処理ガスの排熱を回収して、前記湯水循環路を通流する湯水を加熱するように構成されている。

前記４段目の変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２における前記排熱回収用熱交換器４９よりも下流側の箇所に、改質処理ガスから凝縮水を除去するドレイントラップ５０が設けられている。
前記燃料ガス流路３３に設けられたドレイントラップ４８にて除去された凝縮水は、凝縮水回収路６１を通して前記改質用水タンク４４に供給され、前記４段目の変成室４と前記選択酸化室５とを接続するガス処理流路３２に設けられたドレイントラップ５０にて除去された凝縮水は凝縮水回収路６２を通して前記改質用水タンク４４に供給されるように構成されている。
又、図示を省略するが、前記燃料電池Ｇの酸素極から排出された排空気に含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水や、前記エコノマイザＥｃの排熱源排ガス通流室１４を通過した燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水も前記改質用水タンク４４に供給されるように構成されている。
つまり、上述のように改質処理ガス、燃料ガス、排空気及び燃焼排ガス等から回収した凝縮水を前記改質用水タンク４４に貯留して、その貯留している凝縮水を改質用水として用いるように構成されている。

次に、前記運転制御部Ｃによる制御動作を説明する。
この運転制御部Ｃは、電気負荷に追従するように前記燃料電池Ｇの発電電力を調節する通常運転時においては、前記改質温度センサＴｒの検出温度が改質処理用設定温度になるように、バーナ用原燃料調節弁Ｖ４を調節して前記改質バーナ１７の燃焼量を調節し、且つ、前記改質バーナ１７へ設定空燃比となる量の燃焼用空気を供給するように、燃焼用送風機３９の回転速度を調節する改質室温度制御、選択酸化温度センサＴｍの検出温度が選択酸化用設定温度になるように、冷却用送風機２６の回転速度を調節する選択酸化室温度制御、前記燃料電池Ｇの発電電力を電気負荷に応じて調節するように、原燃料ガスの供給量を調節すべく前記発電用原燃料調節弁Ｖ２を制御する発電電力調節制御、並びに、Ｓ／Ｃ（原燃料ガスに対する水蒸気の量の比である水蒸気／炭素比に相当する）を目標Ｓ／Ｃになるように、改質用水の供給量を調節すべく前記改質用水ポンプ４２の回転速度を制御するＳ／Ｃ調節制御を実行する。

ちなみに、燃料電池Ｇにおける燃料利用率は予め設定されており、前記発電用原燃料調節弁Ｖ２及び前記バーナ用原燃料調節弁Ｖ４の制御情報に基づいて、改質バーナ１７に供給されるオフガスと原燃料ガスを合わせた燃焼用燃料の量を求めることができる。
従って、運転制御部Ｃは、前記改質室温度制御においては、現時点の改質バーナ１７への燃焼用燃料の供給量（オフガスと原燃料ガスを合わせた量）を求めて、その求めた燃焼用燃料の供給量に対して設定空燃比となる量の燃焼用空気を供給するように、前記燃焼用送風機３９の回転速度を調節するように構成されている。

ちなみに、前記改質処理用設定温度は、例えば６００〜７５０°Ｃの範囲に設定され、前記選択酸化用設定温度は、例えば、８０〜１５０°Ｃの範囲に設定される。又、前記設定空燃比は、前記改質バーナ１７を適切に燃焼させることができる空燃比に設定されている。

そして、運転制御部Ｃは、通常運転時において、前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室４の温度（以下、変成室温度と記載する場合がある）が変成処理用の設定適正範囲よりも高くなると、Ｓ／Ｃを大きくするように改質用水の供給量を増大調節すべく、前記改質用水供給部Ｊの作動を制御する（具体的には、前記改質用水ポンプ４２の回転速度を調節する）ように構成されている。
具体的には、運転制御部Ｃは、前記Ｓ／Ｃ調節制御において、前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度が設定適正範囲内のとき、及び、変成室温度が設定適正範囲よりも高くなってもその設定適正範囲よりも高い状態の継続時間が設定時間以内のときは、前記目標Ｓ／Ｃを通常Ｓ／Ｃに設定し、前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度が設定適正範囲よりも高い状態の継続時間が前記設定時間を越えると、前記目標Ｓ／Ｃを増大補正Ｓ／Ｃに設定して、その設定した目標Ｓ／Ｃになるように改質用水の供給量を調節すべく、前記改質用水ポンプ４２の回転速度を調節するように構成されている。
ちなみに、前記設定適正範囲は例えば１５０〜４００°Ｃに設定され、前記設定時間は例えば１分間程度に設定される。
又、前記通常Ｓ／Ｃは、改質室３への原燃料ガス供給量（炭素のモル数）に対する水蒸気供給量（モル数）の比にて、例えば、２．８程度に設定され、前記補正Ｓ／Ｃは、前記設定Ｓ／Ｃよりも例えば０．２程度大きくなるように設定されている。

次に、図６及び図７に基づいて、前記運転制御部Ｃによる制御動作を説明する。
図６のフローチャートに示すように、前記運転制御部Ｃは、起動タイミングになると、改質バーナ１７の燃焼を開始して、改質室３を改質処理可能な温度に加熱してその改質室３での原燃料ガスの改質処理を開始する起動運転処理を実行し、その起動運転処理が終了すると、電気負荷に追従するように前記燃料電池Ｇの発電電力を調節する通常運転処理を実行し、停止タイミングになると、前記脱硫室１、前記改質室３、前記変成室４及び前記選択酸化室５並びにそれらを接続するガス処理流路３２に原燃料ガスを充填して水素含有ガス生成部Ｐの運転を停止する停止処理を実行する。
例えば、燃料電池発電装置を１日のうちの所定の運転時間帯に運転する場合は、その運転時間帯の開始時刻になると起動タイミングとなり、その運転時間帯の終了時刻になると停止タイミングになる。

前記起動運転処理における制御動作について説明を加える。
前記起動タイミングになると、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７を閉弁し、且つ、前記バイパス開閉弁Ｖ６を開弁して、後述する停止処理により、前記改質室３、前記変成室４及び前記選択酸化室５並びにそれらを接続するガス処理流路３２に充填されていた原燃料ガスが前記改質バーナ１７に供給される状態とし、続いて、前記燃焼用送風機３９の作動を開始し且つバーナ用原燃料断続弁Ｖ３を開弁して、イグナイタ（図示省略）を作動させることにより、前記改質バーナ１７の燃焼を開始させ、並びに、前記補助加熱用電気ヒータ２７、前記起動用電気ヒータ２８，２９，３０の加熱作動を開始する。

続いて、改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が改質用水供給開始用設定温度以上になると、前記改質用水ポンプ４２の作動を開始して、前記蒸発処理流路２への改質用水の供給を開始する。すると、蒸発処理流路２にて生成された水蒸気が改質室３に供給されて、停止時に前記改質室３、前記変成室４、前記選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２、並びに、前記燃料電池Ｇ及び燃料ガス流路３３に充填されていた原燃料ガスが水蒸気により押し出されて、前記改質バーナ１７に供給される。
続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度が原燃料供給開始用設定温度以上になると、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁して、前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始し、且つ、前記選択酸化用送風機２９の作動を開始して、選択酸化用空気の供給を開始する。
続いて、待機用設定時間が経過すると、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７を開弁し、且つ、前記バイパス開閉弁Ｖ６を閉弁して、前記燃料電池Ｇへの燃料ガスの供給を開始する。
以降は、前記燃料電池Ｇの燃料極から排出されたオフガスが燃焼用燃料として前記改質バーナ１７に供給される。

前記改質用水供給開始用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば２２０〜２５０°Ｃに設定され、前記原燃料開始用設定温度は、原燃料ガスの改質処理が可能な温度、例えば、６００°Ｃに設定されている。
又、前記待機用設定時間は、前記脱硫室１への原燃料ガスの供給を開始してから、改質室３における改質処理、変成室４における変成処理及び選択酸化室５における選択酸化処理が安定するのに要する時間に設定される。

図７に示すフローチャートに基づいて、前記通常運転処理の制御動作について説明を加える。
運転制御部Ｃは、上述した改質室温度制御、選択酸化室温度制御及び発電電力調節制御を実行し（ステップ＃１〜３）、続いて、前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度が設定適正範囲内のとき（ステップ＃４）、及び、変成室温度が設定適正範囲よりも高くなってもその設定適正範囲よりも高い状態の継続時間が設定時間以内のときは（ステップ＃４，５）、前記目標Ｓ／Ｃを通常Ｓ／Ｃに設定し（ステップ＃６）、前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度が設定適正範囲よりも高い状態の継続時間が前記設定時間を越えると（ステップ＃４，５）、前記目標Ｓ／Ｃを増大補正Ｓ／Ｃに設定して（ステップ＃７）、その設定した目標Ｓ／Ｃになるように改質用水の供給量を調節すべく、前記改質用水ポンプ４２の回転速度を調節する（ステップ＃８）。

前記停止処理における制御動作について説明を加える。
前記停止タイミングになると、前記改質用水ポンプ４２の作動を継続した状態で、前記燃料ガス断続弁Ｖ５及び電池下流側開閉弁Ｖ７の開弁状態を維持し、前記バイパス開閉弁Ｖ６を開弁し、並びに、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を閉弁して前記脱硫部１への原燃料ガスの供給を停止する。
この状態では、蒸発処理流路２への改質用水の供給が継続されているので、その蒸発処理流路２にて生成された水蒸気が前記改質室３に供給され、その改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２に残留していた改質処理ガス、並びに、燃料電池Ｇ及び燃料ガス流路３３に残留していた燃料ガスが改質バーナ１７に供給されて燃焼し、改質室３、変成室４、選択酸化室５及びにそれらを接続するガス処理流路３２、並びに、燃料電池Ｇ及び燃料ガス流路３３に水蒸気が満たされる。

続いて、前記改質温度センサＴｒにて検出される改質室温度がパージ用設定温度に低下すると、前記改質用水ポンプ４２の作動を停止し、且つ、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を開弁することにより、前記脱硫室１に原燃料ガスを供給して、改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２、並びに、燃料電池Ｇ及び燃料ガス流路３３に満たされていた水蒸気を排出して、脱硫室１、改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２、並びに、燃料電池Ｇ及び燃料ガス流路３３に原燃料ガスを満たし、予め設定されたパージ用設定時間が経過すると、前記バイパス開閉弁Ｖ６及び電池下流側開閉弁Ｖ７を閉弁し、続いて、前記発電用原燃料断続弁Ｖ１を閉弁して、脱硫室１、改質室３、変成室４、選択酸化室５及びそれらを接続するガス処理流路３２、並びに、燃料電池Ｇ及び燃料ガス流路３３に原燃料ガスを充填する。
前記パージ用設定温度は、原燃料ガスの熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度、例えば、４００°Ｃに設定される。

以下、図８に基づいて、上述のように前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度が設定適正範囲よりも高くなるとＳ／Ｃを大きくすることにより、変成室温度を低下させることができることを検証した結果を説明する。
尚、図８において、細い実線にて、前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度の経時変化を示し、太い実線にて、Ｓ／Ｃの経時変化を示す。
図８に示すように、Ｓ／Ｃを２．８から３．０に増大変更すると、変成室温度を２０°Ｃ程度低下させることができることが分かる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 前記変成温度センサＴｓにて検出される変成室温度が設定適正範囲よりも高くなるとＳ／Ｃを大きくするに当たって、変成室温度が設定適正範囲よりも高い状態が継続する時間が長くなるほど、あるいは、変成室温度が設定適正範囲よりも高くなるほど、Ｓ／Ｃを通常Ｓ／Ｃよりも増大変更する値を大きくするように構成しても良い。

（ロ） 炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）に限定されるものではなく、プロパンガス、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることができる。

（ハ） 本発明による水素含有ガス生成装置は、上記の実施形態において例示した如き燃料電池に供給する燃料ガスの生成用以外に、種々の用途で用いることができる。

水素含有ガス生成装置を備えた燃料電池発電装置のブロック図 水素含有ガス生成装置の縦断面図 水蒸気生成部を構成する容器を示す図 容器の斜視図 容器の斜視図 制御動作のフローチャートを示す図 制御動作のフローチャートを示す図 検証試験の結果を説明する図

符号の説明

１ 脱硫部
３ 改質部
４ 変成部
５ 選択酸化部
９ 熱回収用の熱交換部
１７ 燃焼式の加熱手段
２６ 冷却手段
Ｃ 運転制御手段
Ｊ 改質用水供給手段

Claims (2)

1. 炭化水素系の原燃料を改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質部と、
   前記改質部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理し且つ熱回収用の熱交換部にて冷却される変成部と、
   前記改質部を改質処理が可能なように加熱し且つ前記変成部を変成処理が可能なように加熱する燃焼式の加熱手段と、
   前記改質部において原燃料を改質処理するための改質用水を供給する改質用水供給手段と、
   運転を制御する運転制御手段とが設けられた水素含有ガス生成装置であって、
   前記改質用水供給手段が、改質用水を前記燃焼式の加熱手段の燃焼排ガスにより加熱して水蒸気を生成し、その生成水蒸気を前記改質部に供給される原燃料に混合するように構成され、
   前記熱回収用の熱交換部が、前記改質用水供給手段にて改質用水の加熱に用いられた前記燃焼式の加熱手段の燃焼排ガスにより前記変成部を冷却するように構成され、
   前記運転制御手段が、前記改質部の温度が改質処理用の設定適正範囲になるように前記加熱手段の作動を制御し、且つ、前記変成部の温度が変成処理用の設定適正範囲よりも高い状態の継続時間が設定時間を越えると、原燃料に対する水蒸気の量の比である水蒸気／炭素比を大きくするように改質用水の供給量を増大調節すべく、前記改質用水供給手段の作動を制御するように構成されている水素含有ガス生成装置。
2. 前記改質部、その改質部に供給される原燃料を脱硫処理する脱硫部、前記変成部、及び、その変成部から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化処理する選択酸化部が、前記改質部と前記選択酸化部との間に前記脱硫部及び前記変成部が位置し、且つ、隣接するもの同士で熱伝導可能に設けられ、
   前記加熱手段が、前記改質部を加熱するように、その改質部における前記脱硫部及び前記変成部が設けられている側とは反対側に隣接して設けられ、
   前記選択酸化部を冷却する冷却手段が設けられ、
   前記運転制御手段が、前記改質部の温度が改質処理用設定温度になるように前記加熱手段の加熱量を調節し、且つ、前記選択酸化部の温度が選択酸化用設定温度になるように前記冷却手段の冷却量を調節するように構成されている請求項１記載の水素含有ガス生成装置。

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