JPH11189401A

JPH11189401A - 燃料反応器

Info

Publication number: JPH11189401A
Application number: JP10248028A
Authority: JP
Inventors: Isao Nakagawa; 功夫中川
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: JP3820765B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池本体に供給する燃料ガスを生成する反
応ガス系を、所要スペースが小さく、かつ熱損失の小さ
いものとする。【解決手段】原燃料を導入し、所定温度に加熱したのち
脱硫し、次いで水素濃度の高い改質ガスへと改質し、さ
らにＣＯを変成して含有量を低減し、燃料ガスとして用
いるものにおいて、熱交換器２３と冷却器２４を備えた
ＣＯ変成器２２と、脱硫反応器２１を隣接して配し、一
体化して断熱材２８を施して複合反応器を構成し、ＣＯ
変成器２２の発熱を用いて熱交換器２３で加熱した原燃
料を脱硫反応器２１に送って脱硫する。また、ＣＯ変成
器２２において改質ガスのＣＯの含有量を下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素を主成分
とする原燃料を水素にとんだガスに改質する前後におい
て、原燃料の脱硫および改質ガス中のＣＯガス変化を行
う燃料反応器に係わり、特に、燃料電池本体の燃料極に
供給する燃料ガスの生成に用いられる反応器の構成に適
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の燃料電池発電装置の反応
ガス系、冷却水系の基本構成を示すフロー図である。図
において、４は、単位セルを積層し、適宜冷却板を介装
して構成された燃料電池本体、６は脱硫器、７はＣＯ変
成器、８は改質器、９はエゼクタ、１０は水蒸気分離器
である。また、１は、改質器８のバーナー８ａへと燃焼
用の空気を供給するブロア、２は、燃焼用の空気を加熱
する燃焼系予熱器、３は、燃料電池本体４の空気極へと
反応用の空気を送るブロア、５は、導入した炭化水素を
主成分とする原燃料を脱硫器６へ送るに先立って加熱す
るための燃料ガス予熱器であり、１１は、水蒸気分離器
１０に貯えられた水を燃料電池本体の冷却板へと送り、
加熱されて排出される水と水蒸気の気液二相流を再び水
蒸気分離器１０へと戻す役割を果たす冷却水循環ポンプ
である。また、１２は、この冷却水循環系より熱を回収
するための熱回収用熱交換器である。

【０００３】本系統においては、導入した炭化水素を主
成分とする原燃料を、まず燃料ガス予熱器５で加熱した
のち脱硫器６へと送って脱硫する。次いでエゼクタ９で
水蒸気分離器１０より送られた水蒸気と混合し、改質器
８へと送って水素濃度の高い改質ガスとする。なお、本
図の系統では、改質器８へ送るに先立って燃料ガス予熱
器５を経由させて加温している。得られた高温の改質ガ
スは、燃料ガス予熱器５で上記の原燃料の加熱に利用さ
れたのち、ＣＯ変成器７へと送られ、残存するＣＯの濃
度が１％以下となるよう変成される。このようにして得
られた燃料ガスは、燃料電池本体４の燃料極へと送ら
れ、発電反応に供される。なお、生成された燃料ガスの
一部は、脱硫器６へ送られる原燃料に混合されてリサイ
クルガスとして用いられる。燃料電池本体４の内部では
燃料ガス中の水素のみが消費される。燃料極より排出さ
れたガスは、改質器８のバーナー８ａへと送られ、空気
と混合させて未反応の水素、あるいは微量に含まれるメ
タンやＣＯを燃焼させることにより、改質器８の加熱に
有効に利用されている。また、バーナー８ａより排出さ
れる燃焼生成水を含んだ燃焼排ガスは、燃焼系予熱器２
において燃焼用の空気および燃料極排ガスを加熱したの
ち、空気極からの反応生成水を含んだ排ガスとともに水
回収系へと送られ、生成水が回収される。

【０００４】図６は、本構成の反応ガス系で用いられて
いるＣＯ変成器７の構成を示す断面図である。支柱１８
により支持され、外面に断熱材１４が配された金属製の
円筒状容器１３の内部に触媒１５が収納され、上面と下
面にガス入口、ガス出口が備えられている。また、本変
成器には、模式的に示したヒーター１６と冷却配管１７
が組み込まれており、起動時には、ヒーター１６を作動
させて触媒を所定温度に加熱したのちＣＯ変成操作を開
始される。定常運転時には、触媒反応に伴って生じる発
熱を、冷却配管１７に冷却水を通流して除去し、所定温
度に保持して運転が持続される。なお、原燃料の脱硫操
作を行う脱硫器６も同様の金属製円筒状容器より構成さ
れており、冷却配管１７を備えていない点を除き、図４
の構成と基本的に同様の構成である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電装
置では、上記のごとく、燃料ガス予熱器５、脱硫器６、
改質器８、さらにはＣＯ変成器７を組み込むことによ
り、原燃料を燃料ガスとして使用可能なガスへと生成
し、燃料電池本体４へと送って安定した発電運転が行わ
れている。

【０００６】しかしながら、本構成においては、上記の
ごとく多数の反応器や予熱器、さらにはこれらを連結す
る配管系が必要となる。これらの機器を近接して配置す
ることとすれば設置スペースが小さくなるが、機器間の
配管の接続作業が困難となり、長時間の作業が必要とな
るので製造コストが多額となる。このため、従来の燃料
電池発電装置においては、これらの機器をある程度の間
隔を空けて配置しており、そのためかなりの広さの設置
スペースを採らざるをえず、コンパクトな発電装置を形
成する上で問題点の一つとなっていて。また、これらの
機器や配管は、200 〜 400℃の高温で用いられるので、
熱効率を高く維持するには断熱構成として形成する必要
があるが、多数の機器や配管より構成される装置では、
断熱構成として形成するのにコストが掛かり、また多大
な熱損失の発生は不可避であるという難点がある。

【０００７】この発明の目的は、原燃料より燃料ガスを
生成する際に用いられる反応装置がコンパクトに形成さ
れ、所要スペースが小さく、かつ熱損失の小さい反応ガ
ス系を備えた燃料反応器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、炭化水素を主成分とするガス
体を導入し、上記のガス体を所定温度に加熱する加熱手
段と、含まれる硫黄分を除去する脱硫手段と、一酸化炭
素の含有量を低減する変成手段を併せて組み込んで燃料
反応器を構成し、かつ、（１）上記加熱手段を、変成手段に導入された改質ガス
の顕熱、および変成操作で生じたＣＯ変成反応の発熱を
用いて導入したガス体を加熱する熱交換器とする。

【０００９】（２）上記の（１）において、変成手段と
して変成用触媒を収納し冷却器を具備した方形状断面の
変成器を備え、また脱硫手段として脱硫用触媒を収納し
た方形状断面の脱硫器を備え、かつ、前記熱交換器を上
部に備えた変成器と脱硫器を隣接させ、一体化して断熱
外被を施すことにより燃料反応器を構成することとす
る。

【００１０】（３）上記の（２）において、上記熱交換
器を、ガス体を通流する複数の平板を間隙を設けて重ね
合わせて形成されるプレート型熱交換器より構成するこ
ととし、かつ、その隣接する平板と平板との間隔を、変
成器の内部に充填されている変成用の触媒粒子の代表直
径の少なくとも５倍以上とする。（４）また、上記加熱手段を、変成手段に導入された改
質ガスの顕熱を用いて導入したガス体を加熱する熱交換
器として燃料反応器を構成することとする。

【００１１】（５）上記の（４）において、変成手段と
して変成用触媒を収納し冷却器を具備した方形状断面の
変成器を備え、また脱硫手段として脱硫用触媒を収納し
た方形状断面の脱硫器を備え、かつ、前記熱交換器と該
熱交換器により導入された熱を伝える伝熱体を上部に備
えた該変成器と該脱硫器が隣接して配し、かつ一体化し
て断熱外被を施すことにより燃料反応器を構成すること
とする。

【００１２】（６）また、上記の（２）あるいは（５）
において、導入したガス体の一部を分岐させて脱硫器へ
直接通流させる温度制御可能なガス分岐回路を備えるこ
ととする。（７）また、上記の（２）あるいは（５）において、変
成器より取出されるガス体の一部を循環させて、導入す
るガス体に合流させる循環回路を備え、かつ、この循環
回路に流量調整用の固定オリフィスを組み込み、変成器
および脱硫器とともに断熱外被を施して、燃料反応器を
構成することとする。

【００１３】上記（１）のごとく、従来それぞれ個別の
機器で分担していた、ガス体の加熱手段、脱硫手段、変
成手段を１台の燃料反応器に併せて組み込めば、加温し
て用いられるこれらの手段を共通の断熱材で覆って組み
込むことができるので、所要設置スペースを小さくする
ことができる。また、改質手段で改質され変成手段へと
導入された改質ガスは高温であり、変成手段におけるＣ
Ｏ変成反応は、次式のごとく発熱反応である。

【００１４】

【化１】ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋Ｈ₂ ΔＨ＝
9.84 ［kcal/mol］したがって、上記（１）のごとく、反応器の加熱手段
を、改質ガスの顕熱および変成操作で生じた発熱を用い
る熱交換器とすれば、導入されたガス体は、効果的に加
熱されて反応器内部に組み込まれた脱硫手段へと送られ
ることとなる。外部より加熱手段を持ち込む必要もな
く、また熱交換器と脱硫手段とを連結する配管も同一反
応器内に一体化して組み込むことができるので、所要設
置スペースが小さく、コンパクトな反応ガス系が構成で
きる。特に、（２）のごとく、変成器および脱硫器をい
ずれも方形状断面の構成とし、上部に熱交換器を配した
変成器と、脱硫器を互いに隣接させて配置し、一体化し
て断熱材で覆って反応器を構成することとすれば、反応
器の内部のデッドスペースがほぼ無くなるので、より効
果的にコンパクト化されることとなる。

【００１５】また、熱交換器として、ガス体を通流する
複数の平板を間隙を設けて重ね合わせて構成されるプレ
ート型熱交換器を用い、間隙に高温の変成用触媒粒子を
配することとすれば、変成用触媒粒子との熱交換により
ガス体が加熱されることとなるが、運転に伴い温度変動
を受けると、金属材料よりなる平板と変成用触媒粒子と
の間には熱膨張差に起因する熱応力が生じ、熱応力が過
大になると強度の弱い変成用触媒粒子が圧壊して微少な
粒子となる事態が生じる。このように変成用触媒粒子が
圧壊して微少な粒子になると、触媒層中の空隙が小さく
なり、通流するガスの圧力損失が増大するので、ガス流
量が低下し、燃料電池発電装置の発電性能が低下する事
態となる恐れがある。

【００１６】図５は、変成用触媒層中にプレート型熱交
換器を配した変成器における圧力損失の特性図で、平板
間の間隙の異なる３種類のプレート型熱交換器につい
て、運転開始前（特性）および１万時間運転後（特性
〜）に、窒素ガスを通流して単体としての特性試験
を行い、得られた圧力損失を相対値として表示したもの
である。本試験に用いられている変成用触媒は、直径 1
/4インチ、高さ 1/8インチ、従って代表直径 1/4インチ
のペレット状触媒であり、図５の特性〜特性に表示
の代表直径比は、用いたプレート型熱交換器の平板間の
間隙と上記の変成用触媒の代表直径との比を表示してい
る。図に見られるように、平板の間隙を20mmとして多数
の平板を配した代表直径比が３の場合には、当初（特性
）の圧力損失は微少であるが、１万時間運転後（特性
）には当初の１０倍以上の圧力損失を生じており、熱
応力によって変成用触媒粒子が圧壊して微少な粒子とな
り圧力損失が大幅に増大したことがわかる。一方、特性
、特性はいずれも１万時間運転後に測定した結果で
あるが、いずれの場合にも圧力損失は微少な値であり、
変成用触媒粒子の圧壊が抑制されている。すなわち、プ
レート型熱交換器の平板間の間隙をより広くし代表直径
比を９あるいは５としたことにより、変成用触媒粒子に
加わる熱応力が緩和され、圧壊が回避されたことがわか
る。

【００１７】したがって、上記の（３）のごとく、プレ
ート型熱交換器を用い、かつ、その隣接する平板の間隙
を、充填されている変成用の触媒粒子の代表直径の少な
くとも５倍以上とすれば、変成器の性能低下をもたらす
ことなく、効果的にガス体の加熱を行うことができる。
また、上記の（４）のごとくとすれば、上記（１）の場
合と同様に、外部より加熱手段を持ち込む必要がなく、
また熱交換器と脱硫手段とを連結する配管も同一反応器
内に一体化して組み込むことができるので、所要設置ス
ペースが小さく、コンパクトな反応ガス系が構成でき
る。また本構成では、上記（１）の場合と異なり、変成
手段に導入された改質ガスの顕熱のみを加熱に用い、変
成操作で生じたＣＯ変成反応の発熱を用いていないの
で、長時間の運用に伴い変成反応の発熱量が変化する事
態が生じても、これに影響されることなく安定して脱硫
操作およびＣＯ変成操作を行うことができる。

【００１８】また、上記の（５）のごとくとすれば、上
記の（２）と同様に、反応器の内部のデッドスペースが
ほぼ無くなり、より効果的にコンパクト化された反応ガ
ス系が得られることとなる。また、上記の（６）のごと
くとすれば、改質器の性能変化等によって導入される改
質ガスの温度条件が変動する事態が生じても、導入した
ガス体の一部を温度制御可能なガス分岐回路に分岐させ
て直接脱硫器へ通流させることにより、脱硫器での反応
温度を所定温度に制御することが可能となるので、安定
して脱硫操作を行うことができる。

【００１９】また、上記の（７）のごとく、流量調整用
の固定オリフィスを組み込んだ循環回路を、変成器およ
び脱硫器とともに一体化して断熱外被を施せば、従来例
で見られた配管からの放熱による循環回路でのドレン化
が防止でき、また、配管温度が常に燃料反応器の温度に
保持されるので、循環回路を流れるガスの温度の監視が
不要となるので、監視機器や監視保護項目が削減され、
装置の運用を簡潔に行うことが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１は、本発明の燃
料反応器を燃料電池発電装置内に組み込んだ実施例１の
反応ガス系、冷却水系の基本構成を示すフロー図であ
る。本図において、図５に示した従来の構成例の構成部
品と同一機能を有する構成部品には同一符号を付し、重
複する説明は省略する。本実施例の構成と従来例の構
成との差異は、燃料ガスの生成に用いられる脱硫器やＣ
Ｏ変成器の構成にある。すなわち、図５に示した従来例
においては、これらの機器がそれぞれ個別の独立した機
器として構成されていたのに対して、図１に示した本実
施例では、脱硫器２０ａとＣＯ変成器２０ｂと熱交換器
２０ｃとを一体に組み込んだ燃料反応器２０が用いられ
ている点が特徴である。本構成においては、燃料反応器
２０に組み込まれたＣＯ変成器２０ｂの上部の、改質器
８から送られる改質ガスの入口部分に近接して熱交換器
２０ｃが配されており、熱交換器２０ｃに導入された原
燃料は、高温の改質ガスと変成反応による発熱を加熱源
として加熱され、脱硫器２０ａへと送られて脱硫された
のち、燃料反応器２０よりエゼクタ９へと送られる。ま
た、改質器８から送られた改質ガスは、ＣＯ変成器２０
ｂに送られ、上部の熱交換器２０ｃの部分で原燃料の加
熱に供されるとともに、ＣＯ濃度が１％以下となるよう
に変成される。なお、ＣＯ変成器２０ｂには水蒸気分離
器１０の冷却水を循環させる冷却配管が組み込まれてお
り、変成用触媒の温度を所定温度以下に冷却して、変成
反応の促進を図っている。

【００２１】図２は、上記の実施例１の反応ガス系に用
いられる燃料反応器の具体的構成を示す縦断面図であ
る。図に見られるように、本実施例の燃料反応器におい
ては、変成用触媒２６を充填したＣＯ変成器２２と脱硫
用触媒２７を充填した脱硫器２１が併置して組み込ま
れ、一体化されている。また、一体化された燃料反応器
の外面には各機器の温度を効果的に所定温度に保持する
ための断熱材２８が配されている。このうち、ＣＯ変成
器２２には、上部の改質ガス入口に近接する部分に原燃
料を導入して加熱する熱交換器２３が、またその下側部
分に冷却水を用いて触媒温度を調整するための冷却器２
４が配されており、さらに、ＣＯ変成器２２と脱硫器２
１には、それぞれ起動時に触媒を加熱するためのヒータ
ー２５Ａ，２５Ｂが組み込まれている。

【００２２】また、ＣＯ変成器２２の上部に配された熱
交換器２３は、蛇行するガス通路を備えた複数の平板
を、図中紙面に垂直方向に重ね合わせて構成されてお
り、隣接する平板間の間隔は、その間に充填される変成
用触媒２６のの代表直径の 1/4インチの５倍以上となる
ように 32 mmに選定されている。原燃料入口より導入さ
れた原燃料は、図示しないヘッダーより複数の平板に分
岐して供給され、出口で合流するよう構成されている。

【００２３】本構成では、原燃料入口２９より熱交換器
２３へと導入された原燃料は、改質ガス入口３１より変
成用触媒２６へと導入された高温の改質ガスの顕熱、な
らびにＣＯ変成器２２での変成反応に伴う発熱によって
加熱されて脱硫器２１へと送られる。脱硫器２１で脱硫
されたガスは、脱硫ガス出口より排出され、エゼクタを
経て改質器へと送られ改質される。得られた改質ガス
は、上部の改質ガス入口３１より本燃料反応器のＣＯ変
成器２２へと戻され、変成用触媒２６によってＣＯ濃度
の低いガスへと変成されて変成ガス出口３２より放出さ
れ、燃料電池本体へと送られる。

【００２４】本構成の燃料反応器には、ガス体の加熱手
段、脱硫手段、変成手段が一体化して組み込まれてお
り、かつこれらが共通の断熱材で覆われているので、こ
の燃料反応器を用いて反応ガス系を構成すれば、所要設
置スペースが小さく、かつ熱損失の小さいシステムが得
られることとなる。＜実施例２＞図３は、本発明の燃料反応器を燃料電池発
電装置内に組み込んだ実施例２の反応ガス系、冷却水系
の基本構成を示すフロー図である。

【００２５】本実施例の構成においても、図１に示した
実施例１の構成と同様に、脱硫器２０ａとＣＯ変成器２
０ｂと熱交換器２０ｃとを一体に組み込んだ燃料反応器
２０が用いられている。実施例１の構成との相違点の第
１は、導入したガス体を加熱する熱交換器２０ｃの加熱
源として、改質器８から送られる改質ガスの顕熱のみを
用いている点にある。したがって、熱交換器２０ｃに導
入された原燃料は、高温の改質ガスにより加熱され、脱
硫器２０ａへと送られて脱硫されたのち、燃料反応器２
０よりエゼクタ９へと送られる。また、改質器８から送
られた改質ガスは、ＣＯ変成器２０ｂへと送られ、ＣＯ
濃度が１％以下となるように変成される。実施例１の構
成との相違点の第２は、熱交換器２０ｃへ導入される原
燃料の一部を分岐させて直接脱硫器２０ａと送る、温度
制御可能なガス分岐回路３４が備えられている点にあ
る。このため、本装置では、改質器８から熱交換器２０
ｃへと送られた改質ガスの温度条件が変動する事態が生
じても、脱硫器２０ａへ送られるガス体の温度は所定温
度に維持され、脱硫されることとなる。また、実施例１
の構成との相違点の第３は、ＣＯ変成器２０ｂより取出
されるガス体の一部を原燃料に合流させて熱交換器２０
ｃに再循環させる循環回路３６を設け、この循環回路３
６に固定オリフィス３５を組み込み、上記のガス分岐回
路３４とともに、図中破線で示した断熱外被領域４０に
含めることとし、脱硫器２０ａ、ＣＯ変成器２０ｂ、お
よび熱交換器２０ｃと一体に組み込んで構成されたこと
にある。これにより、コンパクトでシステム効率の高い
燃料反応器が構成されている。

【００２６】図４は、実施例２の反応ガス系に用いられ
る燃料反応器の具体的構成を示す縦断面図である。図４
に見られるように、本実施例の燃料反応器においても、
図２に示した実施例１の燃料反応器と同様に、変成用触
媒２６を充填したＣＯ変成器２２と脱硫用触媒２７を充
填した脱硫器２１が併置して組み込まれ、一体化されて
おり、その外面には各機器の温度を効果的に所定温度に
保持するための断熱材２８が配されている。一方、本実
施例の構成では、実施例１と異なり、ＣＯ変成器２２の
上部に設置された熱交換器２３が、良熱伝導性のアルミ
ナボールからなる伝熱体３３を配して構成されている。
したがって、原燃料入口２９より導入されたガス体は、
改質ガス入口３１より導入される改質ガスの顕熱のみを
加熱源とする熱交換器２０ｃにおいて加熱されたのち、
脱硫器２１へと送られる。また、本実施例の構成におい
ては、断熱材２８で保温された断熱領域に、熱交換器２
３へ導入される原燃料の一部を分岐させて直接脱硫器２
１と送る、温度制御可能なガス分岐回路３４が備えられ
ている。さらに、本構成では、ＣＯ変成器２２より取出
されるガス体の一部を原燃料に合流させて熱交換器２３
へと再循環させる、固定オリフィス３５を組み込んだ循
環回路３６が備えられており、上記のガス分岐回路３４
と同様に断熱材２８で保温された断熱領域に配されてい
る。

【００２７】したがって、本実施例の構成とすれば、実
施例１の構成と同様に、所要設置スペースが小さく、か
つ熱損失の小さい燃料反応器が構成され、さらに、脱硫
器の反応温度が安定に制御され、また、変成反応の発熱
量の変化に影響されることなく安定して脱硫操作、ＣＯ
変成操作が行われることとなる。

【００２８】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、（１）炭化水素を主成分とするガス体を導入し、前記の
ガス体を所定温度に加熱する加熱手段と、含まれる硫黄
分を除去する脱硫手段と、一酸化炭素の含有量を低減す
る変成手段を併せて組み込んで燃料反応器を構成し、さ
らに、上記の加熱手段を、変成手段に導入された改質ガ
スの顕熱、および変成操作で生じた発熱を用いて導入し
たガス体を加熱する熱交換器とするか、あるいはさら
に、変成手段として変成用触媒を収納し冷却器を具備し
た方形状断面の変成器を備え、また脱硫手段として脱硫
用触媒を収納した方形状断面の脱硫器を備え、かつ、前
記熱交換器を上部に備えた変成器と脱硫器を隣接させ、
一体化して断熱外被を施すことにより反応器を構成する
こととすれば、より効果的に小型化され、かつ効果的に
断熱されるので、コンパクトな構成によって原燃料から
燃料ガスを生成する燃料反応器として好適である。

【００２９】（２）また、上記の熱交換器を、ガス体を
通流する複数の平板を間隙を設けて重ね合わせて形成さ
れるプレート型熱交換器より構成することとし、かつ、
その隣接する平板と平板との間隔を、変成器の内部に充
填されている変成用の触媒粒子の代表直径の少なくとも
５倍以上とすれば、変成器の性能低下を引き起こすこと
なく、かつ効果的にガス体を加熱することができるの
で、所要スペースが小さく、かつ熱損失の小さい燃料反
応器としてより一層好適である。

【００３０】（３）また、上記（１）の加熱手段を、変
成手段に導入された改質ガスの顕熱を用いて導入したガ
ス体を加熱する熱交換器とするか、あるいはさらに、変
成手段として変成用触媒を収納し冷却器を具備した方形
状断面の変成器を備え、また脱硫手段として脱硫用触媒
を収納した方形状断面の脱硫器を備え、かつ、前記熱交
換器と該熱交換器により導入された熱を伝える伝熱体を
上部に備えた該変成器と該脱硫器が隣接して配し、かつ
一体化して断熱外被を施すことにより燃料反応器を構成
することとすることとすれば、所要設置スペースが小さ
く、コンパクトな反応ガス系が構成でき、また、変成反
応の発熱量の変化影響されることなく安定して脱硫操
作、ＣＯ変成操作を行うことができるので、コンパクト
な構成によって原燃料から燃料ガスを生成する燃料反応
器としてより好適である。

【００３１】（４）またさらに、導入したガス体の一部
を分岐させて脱硫器へ直接通流させる温度制御可能なガ
ス分岐回路を備えることとすれば、脱硫器の反応温度の
制御が容易となり安定した脱硫操作が行えるので、コン
パクトな構成によって原燃料から燃料ガスを生成する燃
料反応器としてより好適である。（５）またさらに、変成器より取出されるガス体の一部
を循環させて導入するガス体に合流させる循環回路を備
え、この循環回路に流量調整用の固定オリフィスを組み
込み、変成器および脱硫器とともに断熱外被を施して、
燃料反応器を構成することとすれば、配管からの放熱に
よる循環回路でのドレン化が防止でき、また、循環回路
を流れるガスの温度監視が不要となり、監視システムが
シンプルとなるので、コンパクトな構成によって原燃料
から燃料ガスを生成する燃料反応器としてより一層好適
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料反応器の実施例１を燃料電池発電
装置に組み込んだ場合の反応ガス系、冷却水系の基本構
成を示すフロー図

【図２】本発明の燃料反応器の実施例１の具体的構成を
示す縦断面図

【図３】本発明の燃料反応器の実施例２を燃料電池発電
装置に組み込んだ場合の反応ガス系、冷却水系の基本構
成を示すフロー図

【図４】本発明の燃料反応器の実施例２の具体的構成を
示す縦断面図

【図５】従来の燃料反応器を燃料電池発電装置に組み込
んだ場合の反応ガス系、冷却水系の基本構成を示すフロ
ー図

【図６】図５に示した従来のＣＯ変成器の構成を示す断
面図

【図７】変成用触媒層中にプレート型熱交換器を配した
変成器における圧力損失の特性図

【符号の説明】

１ブロア２Ａ燃焼系予熱器３ブロア４燃料電池本体８改質器８ａバーナー９エゼクタ１０水蒸気分離器１１冷却水循環ポンプ１２熱回収用熱交換器２０燃料反応器２０ａ脱硫器２０ｂＣＯ変成器２０ｃ熱交換器２１脱硫器２２ＣＯ変成器２３熱交換器２４冷却器２５Ａ，２５Ｂヒーター２６変成用触媒２７脱硫用触媒２８断熱材２９原燃料入口３０脱硫ガス出口３１改質ガス入口３２変成ガス出口３４ガス分岐回路３５固定オリフィス３６循環回路４０断熱外被領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化水素を主成分とするガス体を導入し、
前記ガス体を所定温度に加熱する加熱手段と、脱硫用触
媒を用いて含まれる硫黄分を除去する脱硫手段と、変成
用触媒を用いて一酸化炭素の含有量を低減する変成手段
を併せて組み込んでなり、前記加熱手段が、変成手段に
導入された改質ガスの顕熱、および変成手段の変成操作
で生じた一酸化炭素変成反応の発熱を用いて導入したガ
ス体を加熱する熱交換器よりなることを特徴とする燃料
反応器。
【請求項２】請求項１に記載の燃料反応器において、変
成手段として変成用触媒を収納し冷却器を具備した方形
状断面の変成器を備え、また脱硫手段として脱硫用触媒
を収納した方形状断面の脱硫器を備え、かつ、前記熱交
換器を上部に備えた該変成器と該脱硫器が隣接して配さ
れ、かつ一体化して断熱外被を施して形成されているこ
とを特徴とする燃料反応器。
【請求項３】請求項２に記載の燃料反応器において、前
記熱交換器が、ガス体が通流する複数の平板を間隙を設
けて重ね合わせて配してなるプレート型熱交換器よりな
り、かつ、プレート型熱交換器の隣接する平板の間隔
が、変成器の内部に充填された変成用触媒粒子の代表直
径の少なくとも５倍以上であることを特徴とする燃料反
応器。
【請求項４】炭化水素を主成分とするガス体を導入し、
前記ガス体を所定温度に加熱する加熱手段と、脱硫用触
媒を用いて含まれる硫黄分を除去する脱硫手段と、変成
用触媒を用いて一酸化炭素の含有量を低減する変成手段
を併せて組み込んでなり、前記加熱手段が、変成手段に
導入された改質ガスの顕熱を用いて導入したガス体を加
熱する熱交換器よりなることを特徴とする燃料反応器。
【請求項５】請求項４に記載の燃料反応器において、変
成手段として変成用触媒を収納し冷却器を具備した方形
状断面の変成器を備え、また脱硫手段として脱硫用触媒
を収納した方形状断面の脱硫器を備え、かつ、前記熱交
換器と該熱交換器により導入された熱を伝える伝熱体を
上部に備えた該変成器と該脱硫器が隣接して配され、か
つ一体化して断熱外被を施して形成されていることを特
徴とする燃料反応器。
【請求項６】請求項２または５に記載の燃料反応器にお
いて、導入したガス体の一部を分岐させて前記脱硫器へ
直接通流させる温度制御可能なガス分岐回路が備えられ
ていることを特徴とする燃料反応器。
【請求項７】請求項２または５に記載の燃料反応器にお
いて、前記変成器より取出されるガス体の一部を分岐さ
せて、導入するガス体に合流させる循環回路が備えら
れ、かつ、該循環回路に流量調整用の固定オリフィスが
組み込まれ、前記変成器および脱硫器とともに断熱外被
を施されてなることを特徴とする燃料反応器。