燃料电池用重整装置的制作方法

专利名称：燃料电池用重整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将原燃料重整为在燃料电池系统中使用的重整气体 的燃料电池用重整装置。
背景技术：
固体高分子形燃料电池将含氢的化学能转变为电能而产生电力。已实 用的是，将比较容易且廉价获得的天然气、石脑油等烃类气体或甲醇等醇 类的原燃料气体与水蒸气混合并利用重整器重整而获得作为固体高分子 形燃料电池的燃料的氢。利用重整获得的氢气供给于燃料电池的燃料极用 于发电。通常，重整器具备燃烧器，该燃烧器用于供给由水蒸气进行的原燃料 气体的重整反应所需的热量。将在燃烧器燃烧燃料后产生的燃烧气体从燃 烧筒导入设于重整反应部附近的路径，由此燃烧气体的热能在重整反应中 得以利用。另外，在用作原燃料的民用气体和丙烷气体中添加有机硫磺成 分作为加臭剂以容易感知漏气。当将含有有机硫磺成分的民用气体和丙烷 气体等直接供给于重整器时，会在重整器的催化剂上附着有机硫磺成分， 由硫磺中毒会导致重整器性能降低。因此，提出了具备脱硫器的重整装置。但是，由于现有的重整器是通过使在燃烧器中燃烧燃料而产生的燃烧 废气在重整部的内侧流动，将燃烧废气的热能用于高温水蒸气的生成和重 整部的温升，因此，必须将重整部配置于燃烧废气流路的外侧。另外，由 于用于减少包含在利用重整部生成的重整气体中的一氧化碳的转移变换 部和一氧化碳除去部配置于具备重整部的流路的更外侧，因此使得流路复 杂。其结果，成为导致重整部的直径变大，并且重整装置整体复杂化、大 型化的一个原因。另外，现有的重整器在重整部的内侧以外没有燃烧废气流动。因此还 有进一步提高热效率的余地。
另外，当考虑从民用气体等的原燃料生成作为燃料电池的发电燃料的 氢的重整效率时，要求在重整器内部，燃烧废气和重整气体的热量更多地 用于水蒸气的生成和重整部的反应。另外，在现有的重整器中，为了重整反应和一氧化碳的减少所必须的 催化剂配置于重整反应部的所需位置，但是，在所述重整器中，重整气体 流路复杂，并由于需要在多个流路配置不同的催化剂，因此成为导致操作 工序烦杂、装置制造成本增加的一个原因。另外，当要向这种重整器追加脱硫功能时，会导致其构造更加复杂。另外，现有的重整器是将包含硫磺等杂质的原燃料在存在有催化剂的 条件下与氢反应除去硫磺成分的所谓氢化脱硫方式(也称加氢脱硫方式) 的脱硫装置。因此，利用哪一种方法都需要向脱硫装置供给氢。发明内容本发明是鉴于是上述状况而作出的，其目的在于提供一种结构简单的 燃料电池用重整装置。另外，本发明的其他目的在于提供一种提高燃料电池用重整装置的热 效率的技术。另外，本发明的其他目的在于提供一种提高燃料电池用重整装置的重 整效率的技术。另外，本发明的其他目的在于提供一种容易制造的燃料电池用重整装置。另外，本发明的其他目的在于提供一种具有脱硫部的结构简单的燃料 电池用重整装置。为解决上述课题，本发明的一个方案的燃料电池用重整装置将原燃料 重整为富含氢的重整气体，其包括重整部，其从原燃料以及水蒸气生成 重整气体；转移变换部，其利用转移反应减少包含于所述重整气体中的一 氧化碳；选择氧化部，其选择氧化并减少包含于通过所述转移变换部的重 整气体中的一氧化碳；重整反应筒，其将所述重整部、所述转移变换部和所述选择氧化部以此顺序直线状收容；燃烧机构，其燃烧原燃料并生成燃 烧废气；以及外筒，其配置于所述重整反应筒的外周，且直径比该重整反
应筒大。在所述重整反应筒与所述外筒之间形成有加热流路，该加热流路 为加热所述重整反应筒而通过有所述燃烧废气。根据该方案，由于重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线状 收容于一个重整反应筒，因此，即使不形成复杂形状的流路也能够减少包 含于重整气体中的一氧化碳。另外，由于使重整反应筒与外筒之间的加热 流路中通过燃烧废气，因此，能够供给重整反应筒内部的重整部的重整反 应所需的热量，且不需要加热器等加热机构。另外，通过在重整反应筒与 外筒之间设置加热流路，无需采用需要折返和大量筒的流路，用简单的结 构即能够实现燃料电池用重整装置。为解决上述课题，本发明的一个方案的燃料电池用重整装置将原燃料 重整为富含氢的重整气体，其包括重整部，其从原燃料生成重整气体； 转移变换部，其利用转移反应减少包含于所述重整气体中的一氧化碳；选 择氧化部，其选择氧化并减少包含于通过所述转移变换部的重整气体中的 一氧化碳；重整反应筒，其将所述重整部、所述转移变换部和所述选择氧 化部以此顺序直线状收容，同时在收容重整部的一端侧形成有凹部；外筒， 其配置于所述重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大；燃烧机构， 其配置于与凹部相对的燃烧室，并燃烧原燃料生成燃烧废气；加热流路， 其使燃烧废气加热并通过在凹部的周围设置的重整部的凹部侧以及外筒根据该方案，由于利用通过加热流路的燃烧废气加热重整部的凹部侧 及外筒侧，因此能够有效地供给重整部所需的热量。为解决上述课题，本发明的一个方案的燃料电池用重整装置将原燃料 重整为富含氢的重整气体，其包括重整部，其从原燃料生成重整气体； 转移变换部，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化碳；选择氧 化部，其选择氧化并减少包含于通过转移变换部的重整气体中的一氧化 碳；重整反应筒，其将重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线状 收容；燃烧机构，其配置于在重整反应筒的重整部侧的端部形成的燃烧室 中，并燃烧原燃料生成燃烧废气；外筒，其配置于重整反应筒的外周，且 直径比该重整反应筒大；加热流路，其形成于重整反应筒与外筒之间，为 加热重整反应筒而通过燃烧废气；以及水蒸气供给路，其为了向重整部供
给水蒸气，以使水在重整反应筒内部从选择氧化部侧向重整部侧流动的方 式而设置。所述水蒸气供给路从重整气体回收热量，并利用该热量使水汽 化为水蒸气。根据该方案，由于为了使在水蒸气供给路中的水汽化为水蒸气而使用 从重整气体回收的热量，因此能够降低从燃料电池用重整装置向外部送出 的重整气体的温度。为解决上述课题，本发明的一个方案的燃料电池用重整装置将原燃料重整为富含氢的重整气体，其包括重整部，其从原燃料生成重整气体； 转移变换部，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化碳；选择氧 化部，其选择氧化并减少包含于通过转移变换部的重整气体中的一氧化 碳；重整反应筒，其将重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线状 收容；燃烧机构，其燃烧原燃料并生成燃烧废气；以及外筒，其配置于重 整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大。重整反应筒以重整部侧成为 下部而选择氧化部侧成为上部的方式沿铅直方向配置，且转移变换部与选 择氧化部中至少任一个具有在上下方向上分隔重整反应筒内部的分隔构 件和利用该分隔构件从下方支承的催化剂。根据该方案，由于能够利用分隔构件从下方支承催化剂，因此将催化 剂填充到用分隔构件与重整反应筒包围的区域即可，能够简单地进行催化 剂的填充。为解决上述课题，本发明的一个方案的燃料电池用重整装置将原燃料 重整为富含氢的重整气体，其包括脱硫部，其从原燃料中除去硫磺成分； 重整部，其从在脱硫部除去了硫磺成分的原燃料生成重整气体；转移变换 部，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化碳；选择氧化部，其 选择氧化并减少包含于通过转移变换部的重整气体中的一氧化碳；重整反 应筒，其将重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线状收容，同时 还收容脱硫部；燃烧机构，其燃烧原燃料并生成燃烧废气；外筒，其配置 于重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大；以及加热流路，其形成 于重整反应筒与外筒之间，为加热重整反应筒而通过燃烧废气。根据该方案，由于重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线状 收容于一个重整反应筒，同时重整反应筒还收容脱硫部，因此，在不形成
复杂形状的流路的情况下，也能够减少包含于重整气体中的一氧化碳并除 去硫磺成分。为解决上述课题，本发明的一个方案的燃料电池用重整装置将原燃料重整为富含氢的重整气体，其包括重整部，其从原燃料生成重整气体； 转移变换部，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化碳；选择氧 化部，其选择氧化并减少包含于通过所述转移变换部的重整气体中的一氧 化碳；重整反应筒，其将重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线 状收容，同时还收容脱硫部；燃烧机构，其燃烧原燃料并生成燃烧废气； 外筒，其配置于重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大；加热流路， 其形成于重整反应筒与外筒之间，并为加热重整反应筒而通过燃烧废气； 水蒸气供给路，其为向重整部供给水蒸气而利用由燃烧废气进行的加热使 水汽化；原燃料供给路，其通过重整反应筒内部，并在中途与脱硫部连接， 且为向重整部供给升温的原燃料而利用由燃烧废气进行的加热使原燃料 升温；以及重整气体返回流路，其与在原燃料供给路的中途连接的脱硫部的上游侧连接，并使在重整部生成的重整气体的一部分返回脱^l部。脱硫 部具有利用与氢的反应而从原燃料中除去硫磺的加氢脱硫催化剂。根据该方案，由于能够从重整气体中得到脱硫所必须的氢气，因此能 够用简单的结构实现具有脱硫部的燃料电池用重整装置。


实施方式通过参照附图来进行描述，这些实施方式仅作为示例而 无限定作用，并且附图中的相同要素标以相同符号。图1是表示第一实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图2是表示第二实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图3是表示第三实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图4是表示第四实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图5是表示第五实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图6是表示第六实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图7是表示第七实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图8是表示第八实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。
图9是示出在图8所示的燃料电池用重整装置中的重整反应筒内部的 水蒸气供给路附近的构件局部的要部剖视图。图10是表示第九实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图11是表示第十实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图12是表示第十一实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。图13是表示第十二实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图14是表示第十三实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图15是表示第十四实施方式的燃料电池用重整装置的结构的剖视图。 图16是示意地表示第十五实施方式的燃料电池系统的概略结构的结 构图。图17是示意地表示第十六实施方式的燃料电池系统的概略结构的结 构图。图18是示意地表示第十七实施方式的燃料电池系统的概略结构的结 构图。
具体实施方式
本发明通过优选实施方式来描述。这并不是指要限定本发明创造的范 围，而仅是作为本发明的示例。以下，参照附图对用于实施本发明的优选方式进行说明。并且，在附 图的说明中同一要素标以同一符号并省略重复的说明。另外，为方便说明， 对应于图的上下左右来说明各构件间的位置关系，但仅是相对的位置关 系，并不限定于此。例如也可以为上下翻转的状态。 (第一实施方式)图1是表示第一实施方式的燃料电池用重整装置10的结构的剖视图。 燃料电池用重整装置IO将作为原燃料的甲烷、丙烷和丁烷等利用水蒸气 重整而生成富含氢的重整气体。燃料电池用重整装置IO包括重整部12，其从原燃料以及水蒸气生 成重整气体；转移变换部14，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一 氧化碳；选择氧化部16，其利用选择氧化反应选择氧化并减少包含于通过 转移变换部14的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒18，其将重整部12、 转移变换部14和选择氧化部16以此顺序直线状收容；燃烧器20，其作为 燃烧原燃料而生成燃烧废气的燃烧机构；以及外筒22，其同轴配置于重整 反应筒18的外周，且直径比重整反应筒18大。在外筒22的周围，除多 个配管与外部连通的部位以外均用绝热构件24覆盖。燃烧器20使从空气进入口 26进入的空气和从燃料进入口 28进入的 原燃料尾气混合并燃烧。通过在燃烧器20中燃烧原燃料气体而产生 1200 130(TC的高温燃烧废气。燃烧器20配置于在重整反应筒18的重整 部12侧的端部形成的燃烧室30中，并固定于外筒22的下部。由此，能 够使在燃烧器20生成的燃烧废气的热量迅速用于重整部12的重整反应， 因此能够提高热效率。在重整反应筒18与外筒22之间形成有加热流路32，该加热流路32 为加热重整反应筒18而通过所述燃烧废气。重整部12具有壳体34，其设于重整反应筒18的底部且外径比重整 反应筒18小；催化剂层36，其被收容于壳体34的下方，并包括在氧化铝 上担载有镍和钌等金属粒子的重整催化剂。壳体34的上表面形成有开口 部38，原燃料与水蒸气以混合状态流入该开口部38。另外，为使重整气 体能从催化剂层36的侧面通过，在壳体34的侧面开设有通气口 。原燃料经由贯通重整反应筒18、外筒22和绝热构件24的原燃料供给 路40从燃料电池用重整装置10的外部供给于重整部12的催化剂层36。 此时，原燃料利用在加热流路32流动的燃料废气和重整反应筒18内部的 重整气体而升温，同时使重整气体的温度降低。另外，在重整部12的重整反应所需的水蒸气利用从燃料电池用重整 装置10的外部经由水蒸气供给路42供给的重整水而生成。作为从外部供 给的液体的重整水通过燃烧废气和在重整反应筒18内部升温的重整气体 而被汽化，并以水蒸气的形式供给于催化剂层36，同时使转移变换部14 和选择氧化部16的温度降低。在本实施方式的燃料电池用重整装置10中，原燃料供给路40与水蒸 气供给路42在合流部44合流，该合流部44位于在水蒸气供给路42中通 过的水被汽化的部位的下游侧。水蒸气供给路42在外筒22及重整反应筒 18的内部，其一部分具有以螺旋状巻绕而成的线圈形状，由于通过增大表^
面积容易使水汽化，因此在合流部44的上游侧的至少线圈的下端生成水蒸气。如本实施方式的燃料电池用重整装置10，通过分别在原燃料供给路 40及水蒸气供给路42进行由燃烧废气的加热引起的原燃料的升温与水的 汽化之后，使原燃料与水蒸气合流，使得在各供给路的原燃料的升温与水 的汽化引起的水蒸气的供给控制变容易。转移变换部14具有催化剂层46，其由例如氧化铜或氧化锌的颗粒 构成；以及分隔板48，其担载催化剂层46，并形成有使重整气体从下方 向上方穿过的孔。转移变换部14能够利用催化剂层46的作用，通过使用 包含于重整气体中的水蒸气的转移反应来减少一氧化碳。选择氧化部16具有催化剂层50，其由例如在氧化铝上担载的一氧 化碳选择氧化催化剂构成；以及分隔板52，其担载催化剂层50，并形成 有使重整气体从下方向上方穿过的孔。选择氧化部16利用催化剂层50的 作用，通过用氧气使一氧化碳氧化为二氧化碳，使得一氧化碳浓度进一步 降低。在转移变换部14与选择氧化部16之间的区域，为了供给在选择氧化 部16中消耗的氧气而配置有与燃料电池用重整装置IO外部连通的空气供 给路54的前端部56。由此，从前端部56流入的空气与在转移变换部14 中一氧化碳减少了的重整气体一起上升，并被赋予选择氧化部16的反应。在选择氧化部16的上方的重整反应筒18的上表面形成有开口部58。 在开口部58上连接有重整气体送出管60，该重整气体送出管60将一氧化 碳充分减少了的重整气体送出到未图示的燃料电池的燃料极。下面，对本实施方式的燃料电池用重整装置10的动作进行说明。在 燃烧器20生成的燃烧废气加热重整反应筒18的下表面，然后沿加热流路 32上升，并从侧面加热重整反应筒18。此时，经由重整反应筒18，催化 剂层36被加热到重整反应所需的温度，例如600 70(TC的范围内。另夕卜， 水蒸气供给路42被直接地或经由重整反应筒18间接地利用燃料废气加 热，通过其内部的重整水被汽化。另一方面，燃料废气随着沿加热流路32 上升而被水蒸气供给路42冷却，温度逐渐降低。并且，通过加热流路32 的燃烧废气从形成于外筒22的上部的排气口 62向外部排出。
在水蒸气供给路42被汽化的水蒸气与在原燃料供给路40被升温的原 燃料在合流部44混合，并经过壳体34内部向下方送出。包含水蒸气的原 燃料气体在通过催化剂层36的内部时被燃烧废气的热量逐渐加热，并通 过重整反应变成富含氢的重整气体。通过重整原燃料气体而得到的重整气体利用所供给的原燃料气体的 流动而在重整反应筒18内部上升，并到达转移变换部14。这里，由于重 整部12的重整反应为吸热反应，因此，利用水蒸气供给路42的热量回收 而降低了温度的重整气体到达转移变换部14。转移变换部14的转移反应 例如在200 30(TC的范围内进行，由于利用水蒸气供给路42的热量回收 而获得热平衡，因此即使不进行特别的温度控制也能够维持适当的温度。 由此，在转移变换部14中，重整气体中的一氧化碳被减少。并且，在转移变换部14的温度达不到合适的温度的装置的情况下， 可通过调整燃烧器20中的原燃料的燃料量，或增减转移变换部14附近的 水蒸气供给路42的线圈圈数来调整。在转移变换部14中减少了一氧化碳的重整气体进一步通过供给的原 燃料气体的流动，在重整反应筒18内部被整流板64限制流动的同时上升， 并到达选择氧化部16。此时，从空气供给路54供给的空气也在重整反应 筒18内上升，并到达选择氧化部16。由于选择氧化部16配置于水蒸气供给路42的流入口 66附近，因此， 重整气体的温度通过由重整水进行的冷却而成为比转移变换部14中的重 整气体的温度低的温度。选择氧化部16中的选择氧化反应在比转移变换 部14中的转移反应低温的例如70 200'C的范围内进行，由于通过水蒸气 供给路42的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别的温度控制也 能够维持适当的温度。由此，在选择氧化部16中，重整气体中的一氧化 碳被进一步减少。如上述，在燃料电池用重整装置10中，由于将重整部12、转移变换 部14和选择氧化部16以此顺序收容于一个重整反应筒18内，因此，能 够在不形成复杂形状的流路的情况下减少包含于重整气体中的一氧化碳。 另外，由于燃烧废气通过重整反应筒18与外筒22之间的加热流路32，因 此，能够供给重整反应筒18内部的重整部12的重整反应所需的热量，且
不需要加热器等加热机构。另外，由于在重整反应筒18与外筒22之间设置加热流路32，因此没有必要采用需要折返和大量筒的流路，用简单的结 构即能够实现燃料电池用重整装置10。换言之，在本实施方式的燃料电池用重整装置10中，由于没有设置需要折返和大量筒的流路，因此，通过部件数量的减少和制造工序的简化而使成本降低。另外，由于通过用绝热构件24覆盖外筒22的外周部能够 容易地确保装置整体的绝热性，因此能够使安装绝热构件24时的工序简 化。另外，由于加热流路32以使燃烧废气从重整部12侧向选择氧化部16 侧通过的方式形成，因此，燃烧废气与重整反应筒18和水蒸气供给路42 进行热交换的同时温度逐渐降低。从而，燃烧废气从反应温度高的重整部 向反应温度低的选择氧化部温度适当降低的同时通过加热流路32的内部。 因此，可直线地形成加热流路32。 (第二实施方式)图2是表示第二实施方式的燃料电池用重整装置110的结构的剖视 图。本实施方式的燃料电池用重整装置IIO包括水蒸气供给路42，其为 向重整部12供给水蒸气而利用燃料废气进行的加热使水汽化；以及原燃 料供给路112，其用于向重整部12供给原燃料。原燃料供给路112与水蒸 气供给路42在合流部114合流，该合流部114位于在水蒸气供给路42中 通过的水被汽化的部位的上游侧。由此，由燃烧废气进行的原燃料的升温 与水的汽化在水蒸气供给路42中同步进行，因此能够縮短原燃料供给路。另外，由于原燃料供给路112与水蒸气供给路42在重整反应筒18的 外侧区域合流，因此，不需要在重整反应筒18内部分别设置原燃料供给 路112与水蒸气供给路42。因此，使得重整反应筒18与包括其的燃料电 池用重整装置IIO制造容易。 (第三实施方式)在上述各实施方式的燃料电池用重整装置中，水蒸气供给路42以通 过重整反应筒18的内部，并贯通转移变换部14的催化剂层46和选择氧 化部16的催化剂层50的方式设置。因此，在水蒸气供给路42直接接触 催化剂层50的部分，存在催化剂温度过度地降低，反应没有充分进行的
可能性。因此，在本实施方式中，通过对水蒸气供给路的配置进行研究， 防止催化剂层的温度过度地降低。图3是表示第三实施方式的燃料电池用重整装置210的结构的剖视图。燃料电池用重整装置210与第一实施方式的燃料电池用重整装置10 相比较，在水蒸气供给路142设置于加热流路32内部这一点上存在较大 不同。利用这种结构，由于转移变换部14的催化剂层46与选择氧化部16 的催化剂层50被水蒸气供给路142经由重整反应筒18间接冷却，因此， 能抑制各催化剂层的局部温度过于降低。其结果，例如，能抑制在选择氧 化部16中一氧化碳没有充分反应，未反应的一氧化碳向燃料电池的燃料 极送出的情况。另外，水蒸气供给路142可以以接触重整反应筒18的方 式设置。由此，不仅能从燃烧废气回收热量，还能更多地回收催化剂层46、 50的反应热量，并能进一步冷却催化剂层46、 50。另外，能够进一步冷 却重整反应筒18内部的重整气体。 (第四实施方式)在上述各实施方式的燃料电池用重整装置中，由于转移变换部14的 催化剂层46及选择氧化部16的催化剂层50都形成为圆柱形状，因此， 在各催化剂层的直径变大的情况下，存在催化剂层的中心部分不能充分进 行除热之虞。这时，催化剂层的中心部分形成为高温部分，难以进行正常 且有效的反应。特别的是，如第三实施方式的燃料电池用重整装置210那 样，将水蒸气供给路142配置于重整反应筒18的外侧的情况下，除热不 充分的倾向较强。因此，例如当选择氧化部16的催化剂层50的温度超过 合适的温度时，有产生氧化重整气体中的氢气的副反应之虞。图4是表示第四实施方式的燃料电池用重整装置310的结构的剖视 图。在燃料电池用重整装置310中，转移变换部14的催化剂层146及选 择氧化部16的催化剂层150都形成为环状。由此，由于将各催化剂层中 难以控制到合适温度范围的部分设置为空心，从而抑制发生不希望的副反 应。(第五实施方式)图5是表示第五实施方式的燃料电池用重整装置410的结构的剖视 图。如上所述，选择氧化部的催化剂反应需要在合适的温度范围进行。通
常，在选择氧化部的氧化剂层中，由于在重整气体流入的入口侧最容易引 起反应，因此催化剂层的温度也存在入口侧高出口侧低的倾向。因此，当 流入选择氧化部的催化剂层的重整气体的温度过高时，存在催化剂层的入 口附近的反应温度高于合适的温度范围的可能性。因此，在燃料电池用重整装置410中，选择氧化部116具有折返流路118和设置于折返流路118的中途的环状催化剂层250。折返流路118由 第一流路120和第二流路122构成，所述第一流路120使通过转移变换部 14的重整气体沿重整反应筒18的内面向燃烧室30侧的相反侧流动，所述 第二流路122使通过第一流路120的重整气体以朝向燃烧室30侧的方式 向内侧折返。另外，催化剂层250设置于第二流路122上。由此，重整气体在到达催化剂层250的入口侧之前，先在第一流路120 中被配置于其外周的水蒸气供给路142中流动的低温重整水夺取热量。从 而，能够将催化剂层250的入口侧的反应温度降低到合适的温度范围。另 外，水蒸气供给路142可以以接触第一流路120的方式设置。由此，能够 使流入催化剂层250的入口侧的重整气体的温度更加降低。另外，由于第一流路120与第二流路122并列配置，因此，能够通过 重整气体回收催化剂层250的反应热量。另外，由于重整气体在第二流路 中通过催化剂层250向燃烧室30侧流动，因此，即使在催化剂层250的 出口侧的反应热少的情况下，也能够利用流入第一流路120的重整气体抑 制温度的降低。其结果，在催化剂层250中，能抑制比入口侧的反应温度 低的倾向的出口侧的反应温度的降低，使催化剂层250整体维持在合适催 化剂反应的温度范围。这里，催化剂层250的反应温度可以维持在100 20(TC的范围。优选 的是维持在120 18(TC的范围。更优选的是维持在130 170'C的范围。 温度过低的区域反应不充分。另外，温度过高的区域会先进行不需要的副 反应。并且，如本实施方式所示，通过设置折返流路118，可以将选择氧化 部16的催化剂层250的入口侧配置于选择氧化部16的远离转移变换部14 侧。从而，即使不加长转移变换部14与选择氧化部16的距离，换言之， 即使不延伸重整反应筒18的长度方向，也会由于实质地加长了通过转移
变换部14的重整气体到达选择氧化部16的催化剂层250的距离，而能够使到达催化剂层250的入口侧的重整气体的温度下降。其结果，能够使燃 料电池用重整装置410的长度方向紧凑。 (第六实施方式)图6是表示第六实施方式的燃料电池用重整装置1010的结构的剖视 图。燃料电池用重整装置1010将作为原燃料的甲烷、丙烷和丁烷等利用 水蒸气重整而生成富含氢的重整气体。燃料电池用重整装置IOIO包括重整部12，其从原燃料生成重整气 体；转移变换部1014，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化碳； 选择氧化部1016，其利用选择氧化反应选择氧化并减少包含于通过转移变 换部1014的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒1018，其将重整部1012、 转移变换部1014和选择氧化部1016以此顺序直线状收容，并在收容有重 整部1012的一端侧形成凹部1120;燃烧器1020，其作为燃烧原燃料而生 成燃烧废气的燃烧机构；以及外筒1022，其同轴配置于重整反应筒1018 的外周，且直径比重整反应筒1018大。外筒1022的周围除多个配管与外 部连通的部位以外均用绝热构件1024覆盖。燃烧器1020使从空气进入口 1026进入的空气和从燃料进入口 1028 进入的原燃料尾气混合并燃烧。通过在燃烧器1020中燃烧原燃料气体， 而产生1200 130(TC的高温燃烧废气。燃烧器1020配置于重整反应筒 1018的与形成在重整部1012侧的一端部的凹部1120对置的燃烧室1030 中，并固定于外筒1022的下部。由此，能够使在燃烧器1020生成的燃烧 废气的热量迅速用于重整部1012的重整反应，从而能够提高热效率。在重整反应筒1018与外筒1022之间形成有加热流路1032，该加热流 路1032为加热重整反应筒1018而通过有所述燃烧废气。重整部1012具有壳体1034，其设于重整反应筒1018的底部且外径 比重整反应筒1018小；催化剂层1036，其被收容于壳体1034的下部的内 周部，并包括在氧化铝上担载有镍和钌等金属粒子的重整催化剂。本实施 方式的催化剂层1036为包围凹部1120的外周部的环状构件。壳体1034的上表面形成有开口部1038，原燃料与水蒸气以混合状态 流入该开口部1038。另外，为使重整气体能从催化剂层1036的下部侧面通过，在壳体34的侧面开设有通气口 1122。经由原燃料供给路1040原燃料被从燃料电池用重整装置1010的外部 供给于重整部1012的催化剂层1036。此时，原燃料通过在加热流路1032 流动的燃料废气和在重整反应筒1018内部的重整气体而升温，并使重整 气体的温度降低。另外，在重整部1012的重整反应所必须的水蒸气是利用从燃料电池 用重整装置1010的外部经由水蒸气供给路1042供给的重整水而生成。作 为从外部供给的液体的重整水通过燃烧废气和在重整反应筒1018内部升 温的重整气体而被汽化，并以水蒸气的形式供给于催化剂层1036，同时使 转移变换部1014和选择氧化部1016的温度降低。在本实施方式的燃料电池用重整装置1010中，原燃料供给路1040与 水蒸气供给路1042在合流部1114合流，该合流部1114位于在水蒸气供 给路1042中通过的水被汽化的部位的上游侧。水蒸气供给路1042在外筒 1022及重整反应筒1018的内部，其一部分具有以螺旋状巻绕而成的线圈 形状，并由于通过增大表面积容易使水汽化，因此至少在线圈的下端生成 水蒸气。由此，由于燃烧废气的加热引起的原燃料的升温与水的汽化在水蒸气 供给路1042同步进行，因此，能够縮短原燃料供给路1040。另外，由于原燃料供给路1040与水蒸气供给路1042在重整反应筒 1018的外侧区域合流，因此，不需要在重整反应筒1018的内部设置相对 于水蒸气供给路1042独立的原燃料供给路1040。因此，使得重整反应筒 1018和包括其的燃料电池用重整装置1010的制造容易。水蒸气供给路1042具有以至少一部分与重整反应筒1018的内面相接 的方式形成为线圈状的环状部1124。由此，水蒸气供给路1042从在重整 反应筒1018的外侧的加热流路1032中通过的燃烧废气经由重整反应筒 1018有效地供给热量，从而水容易汽化为水蒸气。特别的是，通过形成为 线圈状的环状部1124接触重整反应筒1018的内面，能够使水蒸气供给路 1042与重整反应筒1018的接触面积在不加长重整反应筒1018的长度的情 况下进一步加大，并能够提高原燃料以及重整水与燃烧废气之间热交换效 率。
转移变换部1014具有催化剂层1046，其由例如氧化铜和氧化锌的颗粒构成；以及分隔板1048，其担载催化剂层1046，并形成有使重整气 体从下方向上方穿过的孔。转移变换部1014能够利用催化剂层1046的作 用，通过使用包含于重整气体中的水蒸气的转移反应来减少一氧化碳。选择氧化部1016具有催化剂层1050，其由例如在氧化铝上担载的 一氧化碳选择氧化催化剂构成；以及分隔板1052，其担载催化剂层1050， 并形成有使重整气体从下方向上方穿过的孔。选择氧化部1016利用催化 剂层1050的作用，通过用氧气使一氧化碳氧化为二氧化碳，使得一氧化 碳浓度进一步降低。本实施方式的选择氧化部1016在水蒸气供给路1042通过的区域A以 外的区域，设置有构成重整气体的流动阻力的阻力构件1126。由此，利用 燃烧废气加热的重整气体向通过选择氧化部1016的水蒸气供给路1042的 线圈的流动变得容易，并容易向水蒸气供给路1042内部的水、或水蒸气 供给热量。作为阻力构件1126也可以是完全遮断重整气体的流动的构件。 由此，重整气体被导入到选择氧化部1016的催化剂层1050。此外，在转 移变换部1014上设置如上述的阻力构件也能够获得同样的效果。在转移变换部1014与选择氧化部1016之间的区域配置有与燃料电池 用重整装置1010的外部连通的空气供给路1054的前端部1056，用来供给 在选择氧化部1016中消耗的氧气。由此，从前端部1056流入的空气与在 转移变换部1014中一氧化碳减少了的重整气体一起上升，并赋予选择氧 化部1016的反应。在选择氧化部1016的上方的重整反应筒1018的上表面形成有开口部 1058。在开口部1058上连接有重整气体送出管1060，该重整气体送出管 1060将一氧化碳充分减少了的重整气体送出到未图示的燃料电池的燃料 极。本实施方式的加热流路1032在位于燃烧器1020的上方的入口侧具有 折返部1128。折返部1128以燃烧废气加热并通过设置于凹部1120周围的 重整部1012的催化剂层1036的凹部侧及外筒侧的方式，从凹部1120的 内侧向重整反应筒1018的外周侧折返。从而，由于利用通过加热流路1032 的燃烧废气加热重整部1012的凹部侧及外筒侧，因此有效地供给重整部 1012所需要的热量。另外，在重整部1012中，从开口部1038流入壳体1034的水蒸气与 原燃料的混合气体向下方通过催化剂层1036，并作为重整气体从通气口 1122排出。排出的重整气体沿重整反应筒1018与壳体1034之间的间隙向 上方流动。也就是，重整部1012具有折返流路1030，气体在该折返流路 1030中沿凹部1120的侧面经过催化剂层1036的内部向燃烧室1030侧流 动，同时沿重整反应筒1018的内面向转移变换部1014侧流动。下面，对本实施方式的燃料电池用重整装置1010的动作进行说明。 在燃烧器1020生成的燃烧废气从重整反应筒1018的下表面的凹部1020 流入加热流路1032，加热催化剂层1036的凹部1120侧的侧面，并在折返 部1128改变方向，沿加热流路1032上升，同时加热催化剂层1036的外 筒侧。此时，经由重整反应筒1018，催化剂层1036被加热到重整反应所 需的温度，例如600 70(TC的范围内。另外，水蒸气供给路1042被直接 地或经由重整反应筒1018间接地利用燃料废气加热，通过其内部的重整 水被汽化。另一方面，燃料废气随着沿加热流路1032上升而被水蒸气供 给路1042冷却，温度逐渐降低。并且，通过加热流路1032的燃烧废气从 形成于外筒1022的上部的排气口 1062向外部排出。原燃料供给路1040与水蒸气供给路1042在合流部1114合流，重整 水与原燃料以混合状态在水蒸气供给路1042中被汽化、升温，同时从壳 体1034的下部向下方送出。由于本实施方式的水蒸气供给路1042具有与 重整反应筒1018的内周面相接的环状部1124，因此，能够更加有效地使 重整水汽化生成水蒸气。包含水蒸气的原燃料气体在通过催化剂层1036 的内部时被燃料废气的热量逐渐加热，并通过重整反应变成富含氢的重整 气体。利用重整原燃料气体而得到的重整气体利用所供给的原燃料气体的 流动而在重整反应筒1018内部上升，并到达转移变换部1014。这里，由 于重整部1012的重整反应为吸热反应，因此，利用水蒸气供给路1042的 热量回收而降低了温度的重整气体到达转移变换部1014。转移变换部1014 的转移反应例如在200 30(TC的范围内进行，由于利用水蒸气供给路1042 的热量回收而获得热平衡，因此，即使不进行特别的温度控制也能够维持
适当的温度。由此，在转移变换部1014中，重整气体中的一氧化碳被减 少。并且，在转移变换部1014的温度达不到合适的温度的装置的情况下， 可通过调整燃烧器1020中的原燃料的燃料量、或增减转移变换部1014附 近的水蒸气供给路1042的线圈圈数来调整。在转移变换部1014中减少了一氧化碳的重整气体进一步通过供给的 原燃料气体的流动，在重整反应筒1018内部被整流板1064限制流动的同 时上升，并到达选择氧化部1016。此时，从空气供给路1054供给的空气 也在重整反应筒1018内上升，并到达选择氧化部1016。整流板1064设置 于转移变换部1014与选择氧化部1016之间的空间，使重整气体的流动改 变为朝向水蒸气供给路1042的流动。也就是，通过使在重整反应筒1018 内部流动的重整气体的流动改变为朝向水蒸气供给路1042，使在水蒸气供 给路1042的内部流动的重整水以及原燃料气体与重整气体之间有效地进 行热交换。由于选择氧化部1016配置于水蒸气供给路1042的流入口 1066附近， 因此，重整气体的温度通过由重整水进行的冷却而成为比转移变换部1014 中的重整气体的温度低的温度。选择氧化部1016中的选择氧化反应在比 转移变换部1014中的转移反应低温的例如70 200'C的范围内进行，由于 通过水蒸气供给路1042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别 的温度控制也能够维持适当的温度。由此，在选择氧化部1016中，重整 气体中的一氧化碳被进一步减少。如上述，在燃料电池用重整装置1010中，由于将重整部1012、转移 变换部1014和选择氧化部1016以此顺序收容于一个重整反应筒1018内， 因此，能够在不形成复杂形状的流路的情况下减少包含于重整气体中的一 氧化碳。另外，由于燃烧废气通过重整反应筒1018与外筒1022之间的加 热流路1032，因此，能够供给重整反应筒1018内部的重整部1012的重整 反应所需的热量，且不需要加热器等加热机构。另外，由于在重整反应筒 1018与外筒1022之间设置加热流路1032，因此没有必要采用需要折返和 大量筒的流路，用简单的结构即能够实现燃料电池用重整装置1010。换言之，由于在本实施方式的燃料电池用重整装置1010中，没有设200810168707.8说明书第18/46页置需要折返和大量筒的流路，因此，通过部件数量的减少和制造工序的简化而使成本降低。另外，由于外筒1022的外周部用绝热构件1024覆盖， 能够容易地确保装置整体的绝热性，因此能够使安装绝热构件1024时的 工序简化。另外，由于加热流路1032以使燃烧废气从重整部1012侧向选择氧化 部1016侧通过的方式形成，因此，燃烧废气与重整反应筒1018和水蒸气 供给路1042进行热交换的同时温度逐渐降低。从而，燃烧废气从反应温 度高的重整部1042向反应温度低的选择氧化部1016温度适当降低的同时 通过加热流路1032内部。因此，可直线地形成加热流路1032。在上述的燃料电池用重整装置1010中可以构成为原燃料供给路1040 与水蒸气供给路1042在比水蒸气供给路1042中通过的水被汽化的部位靠 下游侧的合流部合流。这样，分别在原燃料供给路1040及水蒸气供给路 1042进行由燃烧废气的加热引起的原燃料的温升与水的汽化之后，原燃料 与水蒸气合流，由此，由各供给路中的原燃料的升温和水的汽化引起的水 蒸气的供给控制变得容易。另外，线圈状的环状部1124可以设置于水蒸气供给路1042的整个区 域，也可以局部地断续设置，只要是考虑装置整体的热效率和热平衡来进 行设计即可。(第七实施方式)图7是表示第七实施方式的燃料电池用重整装置2010的结构的剖视 图。燃料电池用重整装置2010将作为原燃料的甲烷、丙烷和丁烷等利用 水蒸气重整而生成富含氢的重整气体。燃料电池用重整装置2010包括重整部2012，其从原燃料生成重整 气体；转移变换部2014，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化 碳；选择氧化部2016，其利用选择氧化反应选择氧化并减少包含于通过转 移变换部2014的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒2018，其将重整部 2012、转移变换部2014和选择氧化部2016以此顺序直线状收容；燃烧器 2020，其作为燃烧原燃料而生成燃烧废气的燃烧机构；以及外筒2022，其 同轴配置于重整反应筒2018的外周，且比重整反应筒2018的直径大。外 筒2022的周围除多个配管与外部连通的部位以外均用绝热构件2024覆
盖。重整反应筒2018优选以重整部2012侧成为下部而选择氧化部2016 侧成为上部的方式沿竖直方向配置。燃烧器2020使从空气进入口 2026进入的空气和从燃料进入口 2028 进入的原燃料尾气混合并燃烧。通过在燃烧器2020中燃烧原燃料气体， 而产生1200 130(TC的高温燃烧废气。燃烧器2020配置于在重整反应筒 2018的重整部2012侧的端部形成的燃烧室2030中，并固定于外筒2022 的下部。由此，能够使在燃烧器2020生成的燃烧废气的热量迅速用于重 整部2012的重整反应，因此能够提高热效率。在重整反应筒2018与外筒2022之间形成有加热流路2032，该加热流 路2032为加热重整反应筒2018而通过有所述燃烧废气。重整部2012具有壳体2034，其设于重整反应筒2018的底部且外径 比重整反应筒2018小；催化剂层2036，其被收容于壳体2034的下方，并 包括在氧化铝上担载有镍和钌等的金属粒子的重整催化剂。壳体2034的 上表面形成有开口部2038，原燃料与水蒸气以混合状态流入该开口部 2038。另外，为使重整气体能从催化剂层2036的侧面通过，在壳体2034的侧面开设有通气口。经由原燃料供给路2040原燃料被从燃料电池用重整装置2010的外部供给于重整部2012的催化剂层2036。此时，原燃料利用在加热流路2032流动的燃料废气和在重整反应筒2018内部的重整气体而升温，并使重整气体的温度降低。另外，在重整部2012的重整反应所必须的水蒸气是利用从燃料电池 用重整装置2010的外部经由水蒸气供给路2042供给的重整水而生成。水 蒸气供给路2042以使重整水在重整反应筒2018内部从选择氧化部2016 侧向重整部2012侧流动的方式设置。并且，水蒸气供给路2042从燃烧废 气和在重整反应筒2018内部升温的重整气体回收热量，并利用该热量将 作为从外部供给的液体的重整水汽化为水蒸气。其结果，重整水以水蒸气 的形式供给于催化剂层2036，并使转移变换部2014和选择氧化部2016 的温度降低。在本实施方式的燃料电池用重整装置2010中，原燃料供给路2040与 水蒸气供给路2042在合流部2114合流，该合流部2114位于在水蒸气供
给路2042中通过的水被汽化的部位的上游侧。水蒸气供给路2042在外筒 2022及重整反应筒2018的内部，且其一部分具有以螺旋状巻绕而成的线 圈形状，并由于通过增大表面积容易使水汽化，因此至少在线圈的下端生 成水蒸气。另外，由于水蒸气供给路2042以使水在重整反应筒2018的内 部，从选择氧化部2016侧向重整部2012侧流动的方式而设置，因此能抑 制水汽化时由水的闭塞而引起的压力变动。转移变换部2014具有催化剂层2046，其由例如氧化铜和氧化锌的 颗粒构成；以及分隔板2048，其担载催化剂层2046，并形成有使重整气 体从下方向上方穿过的孔。转移变换部2014能够利用催化剂层2046的作 用，通过使用包含于重整气体中的水蒸气的转移反应来减少一氧化碳。选择氧化部2016具有催化剂层2050，其由例如在氧化铝上担载的 一氧化碳选择氧化催化剂构成；以及分隔板2052，其担载催化剂层2050， 并形成有使重整气体从下方向上方穿过的孔。选择氧化部2016利用催化 剂层2050的作用，通过用氧气使一氧化碳氧化为二氧化碳，使得一氧化 碳浓度进一步降低。本实施方式的选择氧化部2016在水蒸气供给路2042通过的区域D以 外的区域，设置有构成重整气体的流动阻力的阻力构件2126。由此，利用 燃烧废气加热的重整气体向通过选择氧化部2016的水蒸气供给路2042的 线圈流动的变得容易，并容易向水蒸气供给路2042内部的水或水蒸气供 给热量。作为阻力构件2126可以是完全遮断重整气体的流动的构件。由 此，重整气体被导入到选择氧化部2016的催化剂层2050。此外，在转移 变换部2014上设置如上述的阻力构件也能够获得同样的效果。在转移变换部2014与选择氧化部2016之间的区域配置有与燃料电池 用重整装置2010的外部连通的空气供给路2054的前端部2056，用来供给 在选择氧化部2016中消耗的氧气。由此，从前端部2056流入的空气与在 转移变换部2014中一氧化碳减少了的重整气体一起上升，并被赋予选择 氧化部2016的反应。在选择氧化部2016的上方的重整反应筒2018的上表面形成有开口部 2058。在开口部2058上连接有重整气体送出管2060，该重整气体送出管 2060将一氧化碳充分减少了的重整气体送出到未图示的燃料电池的燃料
下面，对本实施方式的燃料电池用重整装置2010的动作进行说明。在燃烧器2020生成的燃烧废气加热重整反应筒2018的下表面，然后沿加 热流路2032上升，并从侧面加热重整反应筒2018。此时，经由重整反应 筒2018催化剂层2036被加热到重整反应所需的温度，例如600 70(TC的 范围内。另外，水蒸气供给路2042被直接地或经由重整反应筒2018间接 地利用燃料废气加热，通过其内部的重整水被汽化。另一方面，燃料废气 随着沿加热流路2032上升而被水蒸气供给路2042冷却，温度逐渐降低。原燃料供给路2040与水蒸气供给路2042在合流部2114合流，重整 水与原燃料以混合状态在水蒸气供给路2042中被汽化、升温，同时经过 壳体2034的下部向下方送出。由于本实施方式的水蒸气供给路2042具有 与重整反应筒2018的内周面相连的环状部2124，因此，不仅使重整气体 从燃烧废气回收热量变得容易，且能够更加有效地使重整水汽化生成水蒸 气。包含水蒸气的原燃料气体在通过催化剂层2036的内部时，被燃烧废 气的热量逐渐加热，并通过重整反应变成富含氢的重整气体。利用重整原燃料气体而得到的重整气体利用供给的原燃料气体的流 动而在重整反应筒2018内部上升，并到达转移变换部2014。这里，由于 重整部2012的重整反应为吸热反应，因此，利用水蒸气供给路2042的热 量回收而降低了温度的重整气体到达转移变换部2014。转移变换部2014 的转移反应例如在200 30(TC的范围内进行，由于利用水蒸气供给路2042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别的温度控制也能够维持适 当的温度。由此，在转移变换部2014中，重整气体中的一氧化碳被减少。并且，在转移变换部2014的温度达不到合适的温度的装置的情况下， 可通过调整燃烧器2020中的原燃料的燃料量、或增减转移变换部2014附 近的水蒸气供给路2042的线圈圈数来调整。在转移变换部2014中减少了一氧化碳的重整气体进一步通过供给的 原燃料气体的流动，在重整反应筒2018内部被整流板2064限制流动的同 时上升，并到达选择氧化部2016。此时，从空气供给路2054供给的空气 也在重整反应筒2018内上升，并到达选择氧化部2016。整流板2064设置 于转移变换部2014与选择氧化部2016之间的空间，使重整气体的流动改
变为朝向水蒸气供给路2042的流动。也就是，使在重整反应筒2018内部 流动的重整气体的流动改变为朝向水蒸气供给路2042，从而在水蒸气供给 路2042的内部流动的重整水以及原燃料气体与重整气体之间有效地进行 热交换。由于选择氧化部2016配置于水蒸气供给路2042的流入口 2066附近， 因此，重整气体的温度通过由重整水进行的冷却而成为比转移变换部2014 中的重整气体的温度低的温度。选择氧化部2016中的选择氧化反应在比 转移变换部2014中的转移反应低温的例如70 20(TC的范围内进行，由于 通过水蒸气供给路2042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别 的温度控制也能够维持适当的温度。由此，在选择氧化部2016中，重整 气体中的一氧化碳被进一步减少。虽然从重整气体送出管2060向燃料电池的燃料极送出重整气体，但 由于水蒸气供给路2042进行的热量回收，使得从重整气体送出管2060排 出的重整气体的温度降低，因此，能够提高燃料电池用重整装置2010的 重整效率。并且，通过加热流路2032的燃烧废气经由重整反应筒2018的上部的 在重整反应筒2018与外筒2022之间形成的燃烧废气储留室2132，并从形 成于外筒2022的上部的排气口 2062向外部排出。本实施方式的水蒸气供 给路2042以其一部分通过燃烧废气储留室2132的方式设置，能够回收通 过加热流路2032而从排出口 2062排出的燃烧废气的热量。因此，利用由 水蒸气供给路2042进行的热量回收，使得从排出口 2062排出的燃烧废气 的温度降低，从而能够提高燃料电池用重整装置2010的重整效率。如上述，在燃料电池用重整装置2010中，由于将重整部2012、转移 变换部2014和选择氧化部2016以此顺序收容于一个重整反应筒2018内， 因此，能够在不形成复杂形状的流路的情况下减少包含于重整气体中的一 氧化碳。另外，由于燃烧废气通过重整反应筒2018与外筒2022之间的加 热流路2032，因此，能够供给重整反应筒2018内部的重整部2012的重整 反应所需的热量，且不需要加热器等加热机构。另外，由于在重整反应筒 2018与外筒2022之间设置加热流路2032，因此没有必要采用需要折返和 大量筒的流路，用简单的结构即能够实现燃料电池用重整装置2010。
换言之，由于在本实施方式的燃料电池用重整装置2010中，没有设 置需要折返和大量筒的流路，因此，通过部件数量的减少和制造工序的简化而使成本降低。另外，由于外筒2022的外周部用绝热构件2024覆盖， 能够容易地确保装置整体的绝热性，因此能够使安装绝热构件2024时的 工序简化。另外，由于加热流路2032以使燃烧废气从重整部2012侧向选择氧化 部2016侧通过的方式形成，因此，燃烧废气与重整反应筒2018和水蒸气 供给路2042进行热交换的同时温度逐渐降低。从而，燃烧废气从反应温 度高的重整部向反应温度低的选择氧化部温度适当降低的同时通过加热 流路2032内部。因此，可直线地形成加热流路2032。另外，重整反应筒 2018将重整部2012、转移变换部2014和选择氧化部2016按反应温度增 高顺序向竖直方向的上方顺次收容。因此，重整气体从反应温度高的重整 部2012向反应温度低的选择氧化部2016流动，并利用与水蒸气供给路 2042的热交换而温度适当降低，同时在重整反应筒2018内部并没有通过 复杂路径的情况下而上升。在上述的燃料电池用重整装置2010中可以构成为原燃料供给路2040 与水蒸气供给路2042在比水蒸气供给路2042中通过的水被汽化的部位靠 下游侧的合流部合流。这样，分别在原燃料供给路2040及水蒸气供给路 2042进行由燃烧废气的加热引起的原燃料的温升与水的汽化之后，原燃料 与水蒸气合流，由此，由各供给路中的原燃料的升温和水的汽化引起的水 蒸气的供给控制变得容易。另外，线圈状的环状部2124可以设置于水蒸气供给路2042的整个区 域，也可以局部地断续设置，考虑装置整体的热效率和热平衡来设计即可。 (第八实施方式)图8是表示第八实施方式的燃料电池用重整装置3010的结构的剖视 图。燃料电池用重整装置3010将作为原燃料的甲烷、丙烷和丁烷等利用 水蒸气重整而生成富含氢的重整气体。燃料电池用重整装置3010包括重整部3012，其从原燃料生成重整 气体；转移变换部3014，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化 碳；选择氧化部3016，其利用选择氧化反应选择氧化并减少包含于通过转
移变换部3014的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒3018，其将重整部3012、转移变换部3014和选择氧化部3016以此顺序直线状收容；燃烧器 3020，其作为燃烧原燃料而生成燃烧废气的燃烧机构；以及外筒3022，其 同轴配置于重整反应筒3018的外周，且比重整反应筒3018的直径大。外 筒3022的周围除多个配管与外部连通的部位以外均用绝热构件3024覆 盖。重整反应筒3018以重整部3012侧成为下部而选择氧化部3016侧成 为上部的方式沿竖直方向配置。燃烧器3020使从空气进入口 3026进入的空气和从燃料进入口 3028 进入的原燃料尾气混合并燃烧。通过在燃烧器3020中燃烧原燃料气体而 产生1200 1300。C的高温燃烧废气。燃烧器3020配置于在重整反应筒 3018的重整部3012侧的端部形成的燃烧室3030中，并固定于外筒3022 的下部。由此，能够使在燃烧器3020生成的燃烧废气.的热量迅速用于重 整部3012的重整反应，进而能够提高热效率。在重整反应筒3018与外筒3022之间形成有加热流路3032，该加热流 路3032为加热重整反应筒3018而通过有所述燃烧废气。重整部3012具有壳体3034，其设于重整反应筒3018的底部且外径 比重整反应筒3018小；催化剂层3036，其被收容于壳体3034的下方，并 包括在氧化铝上担载有镍和钌等的金属粒子的重整催化剂。壳体3034的 上表面形成有开口部3038，原燃料与水蒸气以混合状态流入该开口部 3038。另外，为使重整气体能从催化剂层3036的侧面通过，在壳体3034的侧面开设有通气口。经由贯通重整反应筒3018、外筒3022和绝热构件3024的原燃料供给 路3040，原燃料被从燃料电池用重整装置3010的外部供给于重整部3012 的催化剂层3036。此时，原燃料利用在加热流路3032流动的燃料废气和 在重整反应筒3018内部的重整气体而升温，同时使重整气体的温度降低。另外，在重整部3012的重整反应所必须的水蒸气是利用从燃料电池 用重整装置3010的外部经由水蒸气供给路3042供给的重整水而生成。作 为从外部供给的液体的重整水通过燃烧废气和在重整反应筒3018内部升 温的重整气体而被汽化，并以水蒸气的形式供给于催化剂层3036，同时使 转移变换部3014和选择氧化部3016的温度降低。
在本实施方式的燃料电池用重整装置3010中，原燃料供给路3040与 水蒸气供给路3042在合流部3044合流，该合流部3044比在水蒸气供给 路3042中通过的水被汽化的部位靠下游侧。水蒸气供给路3042在外筒 3022及重整反应筒3018的内部，且其一部分具有以螺旋状巻绕而成的线 圈形状，由于通过增大表面积容易使水汽化，因此在合流部3044的上游 侧的至少线圈的下端生成水蒸气。如本实施方式的燃料电池用重整装置3010所示，通过分别在原燃料 供给路3040及水蒸气供给路3042进行由燃烧废气的加热引起的原燃料的 升温与水的汽化之后，使原燃料与水蒸气合流，使得在各供给路的原燃料 的升温与水的汽化引起的水蒸气的供给控制容易。转移变换部3014具有催化剂层3046，其由例如氧化铜和氧化锌的 颗粒构成；以及分隔板3048，其担载催化剂层3046，并形成有使重整气 体从下方向上方穿过的孔。转移变换部3014能够利用催化剂层3046的作 用，通过使用包含于重整气体中的水蒸气的转移反应来减少一氧化碳。分 隔板3048将重整反应筒3018的内部分隔为发生重整反应的重整部侧和发 生转移反应的转移变换部侧，并从下方支承被填充的催化剂层3046。选择氧化部3016具有催化剂层3050，其由例如在氧化铝上担载的 一氧化碳选择氧化催化剂构成；以及分隔板3052，其担载催化剂层3050， 并形成有使重整气体从下方向上方穿过的孔。选择氧化部3016利用催化 剂层3050的作用，通过用氧气使一氧化碳氧化为二氧化碳，使得一氧化 碳浓度进一步降低。分隔板3052将重整反应筒3018的内部分隔为发生转 移反应的转移变换部侧和进行选择氧化的选择氧化部侧，并从下方支承被 填充的催化剂层3050。在本实施方式的燃料电池用重整装置3010中，由于能够利用设于重 整反应筒3018内部的分隔板3048和分隔板3052支承催化剂，因此只要 向分隔板3048以及分隔板3052与重整反应筒3018所包围的区域B以及 区域C填充催化剂即可。由此，能够简单地进行催化剂侧填充。另外，由 于重整反应筒3018将重整部3012、转移变换部3014和选择氧化部3016 以直线状收容，因此，通过分隔板3048、 3052能够简单地区分开进行各 部分反应的区域。另外，由于利用分隔板3048、 3052支承催化剂，因此，　不需要为分隔各反应部而使重整反应筒的形状在中途变窄或追加其他的 部件或配管，用简单的结构即能够将重整反应筒内部的催化剂配置于合适 的位置。在转移变换部3014与选择氧化部3016之间的区域配置有与燃料电池 用重整装置3010的外部连通的空气供给路3054的前端部3056，用来供给 在选择氧化部3016中消耗的氧气。由此，从前端部3056流入的空气与在 转移变换部3014中一氧化碳减少了的重整气体一起上升，并被赋予选择 氧化部3016的反应。在选择氧化部3016的上方的重整反应筒3018的上表面形成有开口部 3058。在开口部3058上连接有重整气体送出管3060，该重整气体送出管 3060将一氧化碳充分减少了的重整气体送出到未图示的燃料电池的燃料 极。下面，对本实施方式的水蒸气供给路3042与分隔板3048、 3052之间 的位置关系进行详细说明。图9是示出图8所示的燃料电池用重整装置 3010中的重整反应筒3018内部的水蒸气供给路3042附近的构件局部的要部剖视图。如图9所示，分隔板3048形成有在上下方向贯通有水蒸气供给路3042 的贯通孔3140。另外，同样地，分隔板3052形成有在上下方向贯通有水 蒸气供给路3042的贯通孔3142。由此，在重整反应筒3018内部设置水蒸 气供给路3042，通过向水蒸气供给路3042的周围填充催化剂，能够简单 地在分隔板3048和分隔板3052与重整反应筒3018所包围的区域配置催 化剂层3046和催化剂层3050。另外，本实施方式的水蒸气供给路3042具有形成为线圈状的环状 部3144、 3146;以及在重整反应筒3018的上下方向上延伸的直线部3148、 3150。并且，分隔板3048以直线部3148位于贯通孔3140的方式而设置。 分隔板3052以直线部3150位于贯通孔3142的方式而设置。由此，在制 造时，容易使水蒸气供给路3042通过分隔板3048和分隔板3052。另外，分隔板3048、 3052使催化剂层3046和催化剂层3050的催化 剂不会向下方落下，并具有使重整气体通过程度的多个微小的通气口 (未 图示)。通气口的大小可以根据催化剂的方式和大小适当选择。例如，分
隔板3048的通气口的大小可以小于催化剂层3046的氧化铜和氧化锌的颗 粒的大小。通过设置这种通气口，不在重整反应筒3018内部和外部另行 设置连通分隔板3048和分隔板3052的上下区域的流路，即能够将重整气 体从重整部3012向转移变换部3014和选择氧化部3016送出。另外，为将催化剂填充到内部，本实施方式的重整反应筒3018在分 隔板3048、 3052的上方的侧面形成有填充口 3152、 3154。由此，例如， 即使在分隔板3048和分隔板3052固定于重整反应筒3018内部的状态下， 也能够从各自的填充口 3152、3154向重整反应筒3018内部投入各催化剂， 从而增加了制造工序中的催化剂填充工序的顺序和填充时的重整反应筒 姿势的自由度。另外，在本实施方式的燃料电池用重整装置3010中，由于加热流路 3032位于重整反应筒3018的外侧，并没有横穿重整反应筒3018内部，因 此重整反应筒3018内部构成为催化剂容易移动的构造。因此，即使向用 分隔板3048和分隔板3052分隔的区域B和区域C投入催化剂时重整反应 筒3018的姿势为例如水平放置或倾斜放置的情况，通过之后将重整反应 筒3018的姿势设置为竖直放置，也能够将偏置填充的催化剂容易地形成 为均匀厚度的催化剂层3046、 3050。其结果，提高催化剂填充工序的操作性。下面，对本实施方式的燃料电池用重整装置3010的动作进行说明。 在燃烧器3020生成的燃烧废气加热重整反应筒3018的下表面，然后沿加 热流路3032上升，并从侧面加热重整反应筒3018。此时，经由重整反应 筒3018，催化剂层3036被加热到重整反应所需的温度，例如600 70(TC 的范围内。另外，水蒸气供给路3042被直接地或经由重整反应筒3018间 接地利用燃料废气加热，通过其内部的重整水被汽化。另一方面，燃料废 气随着沿加热流路3032上升而被水蒸气供给路3042冷却，温度逐渐降低。 此外，通过加热流路3032的燃烧废气从形成于外筒3022的上部的排出口 3062向外部排出。在水蒸气供给路3042被汽化的水蒸气与在原燃料供给路3040被升温 的原燃料在合流部3044混合，并经过壳体3034内部向下方送出。包含水 蒸气的原燃料气体在通过催化剂层3036内部时，被燃烧废气的热量逐渐
加热，并通过重整反应变成富含氢的重整气体。通过重整原燃料气体而得到的重整气体利用供给的原燃料气体的流动而在重整反应筒3018的内部上升，并到达转移变换部3014。这里，由 于重整部3012的重整反应为吸热反应，因此，利用水蒸气供给路3042的 热量回收而降低了温度的重整气体到达转移变换部3014。转移变换部3014 中的转移反应例如在200 30(TC的范围内进行，由于利用水蒸气供给路 3042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别的温度控制也能够维 持适当的温度。由此，在转移变换部3014中，重整气体中的一氧化碳被5 并且，在转移变换部3014的温度达不到合适的温度的装置的情况下， 可通过调整燃烧器3020中的原燃料的燃料量，或增减转移变换部3014附 近的水蒸气供给路3042的线圈圈数来调整。在转移变换部3014中减少了一氧化碳的重整气体进一步通过供给的 原燃料气体的流动，在重整反应筒3018内部被整流板3064限制流动的同 时上升，并到达选择氧化部3016。此时，从空气供给路3054供给的空气 也在重整反应筒3018内上升，并到达选择氧化部3016。由于选择氧化部3016配置于水蒸气供给路3042的流入口 3066附近， 因此，重整气体的温度通过由重整水进行的冷却而成为比转移变换部3014 中的重整气体的温度低的温度。选择氧化部3016中的选择氧化反应在比 转移变换部3014中的转移反应低温的例如70 20(TC的范围内进行，由于 通过水蒸气供给路3042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别 的温度控制也能够维持适当的温度。由此，在选择氧化部3016中，重整 气体中的一氧化碳被进一步减少。如上述，在燃料电池用重整装置3010中，由于将重整部3012、转移 变换部3014和选择氧化部3016以此顺序收容于一个重整反应筒3018内， 因此，能够在不形成复杂形状的流路的情况下减少包含于重整气体中的一 氧化碳。另外，由于燃烧废气通过重整反应筒3018与外筒3022之间的加 热流路3032，因此，能够供给重整反应筒3018内部的重整部3012的重整 反应所需的热量，且不需要加热器等加热机构。另外，由于在重整反应筒 3018与外筒3022之间设置加热流路3032，因此没有必要采用需要折返和
大量筒的流路，用简单的结构即能够实现燃料电池用重整装置3010。换言之，由于在本实施方式的燃料电池用重整装置3010中，没有设 置需要折返和大量筒的流路，因此，通过部件数量的减少和制造工序的简化而使成本降低。另外，由于外筒3022的外周部用绝热构件3024覆盖， 从而能够容易地确保装置整体的绝热性，因此能够使安装绝热构件3024 时的工序简化。另夕卜，由于加热流路3032以使燃烧废气从重整部3012侧向选择氧化 部3016侧通过的方式形成，因此，燃烧废气与重整反应筒3018和水蒸气 供给路3042进行热交换的同时温度逐渐降低。从而，燃烧废气从反应温 度高的重整部向反应温度低的选择氧化部温度适当降低的同时通过加热 流路3032内部。因此，可直线地形成加热流路3032。(第九实施方式)图10是表示第九实施方式的燃料电池用重整装置4010的结构的剖视 图。燃料电池用重整装置4010将作为原燃料的甲垸、丙烷和丁烷等利用 水蒸气重整而生成富含氢的重整气体。燃料电池用重整装置4010包括重整部4012，其从原燃料生成重整 气体；转移变换部4014，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化 碳；选择氧化部4016，其利用选择氧化反应选择氧化并减少包含于通过转 移变换部4014的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒4018，其将重整部 4012、转移变换部4014和选择氧化部4016以此顺序直线状收容，同时还 收容脱硫部4160;燃烧器4020，其作为燃烧原燃料而生成燃烧废气的燃 烧机构；以及外筒4022，其同轴配置于重整反应筒4018的外周，且比重 整反应筒4018的直径大。外筒4022的周围除多个配管与外部连通的部位 以外均用绝热构件4024覆盖。燃烧器4020使从空气进入口 4026进入的空气和从燃料进入口 4028 进入的原燃料尾气混合并燃烧。通过在燃烧器4020中燃烧原燃料气体， 而产生1200 130(TC的高温燃烧废气。燃烧器4020配置于在重整反应筒 4018的重整部4012侧的端部形成的燃烧室4030中，并固定于外筒4022 的下部。由此，能够使在燃烧器4020生成的燃烧废气的热量迅速用于重 整部4012的重整反应，从而能够提高热效率。在重整反应筒4018与外筒4022之间形成有加热流路4032，该加热流 路4032为加热重整反应筒4018而通过有所述燃烧废气。重整部4012具有壳体4034，其设于重整反应筒4018的底部且外径 比重整反应筒4018小；催化剂层4036，其被收容于壳体4034的下方，并 包括在氧化铝上担载有镍和钌等的金属粒子的重整催化剂。壳体4034的 上表面形成有开口部4038，原燃料与水蒸气以混合状态流入该开口部 4038。另外，为使重整气体能从催化剂层4036的侧面通过，在壳体4034 的侧面开设有通气口。原燃料经由贯通重整反应筒4018、外筒4022和绝热构件4024的原燃 料供给路4040从燃料电池用重整装置4010的外部供给于重整部4012的 催化剂层4036。此时，原燃料利用在加热流路4032流动的燃料废气和在 重整反应筒4018内部的重整气体而升温，同时使重整气体的温度降低。另外，原燃料供给路4040通过重整反应筒4018内部，并在中途与脱 硫部4160连接。脱硫部4160是将包含硫磺等杂质的原燃料在存在有催化 剂的条件下与氢反应除去硫磺成分的所谓氢化脱硫方式(也称加氢脱硫方 式)的装置。在原燃料供给路4040中，回气管路(未图示)连接在脱硫 部4160的上游侧，该回气管路用于将没有在燃料电池中使用的富含氢的 气体和重整气体的一部分返回脱硫部4160。脱硫部4160对供给的原燃料气体与通常该原燃料气体的10vol。/。的量 的含H2气的再利用气体的合流气体进行脱硫。作为加氢脱硫催化剂使用 Co-Mo系或Ni-Mo系，作为吸附剂使用氧化锌系催化剂。根据该加氢'吸 附脱硫反应(RCH2SH+H2—RCH3+H2S ; ZnO+H2S—ZnS+H20)，原燃料 气体被脱硫到所包含的硫磺成分的浓度为20 50ppb左右。另外，有机硫磺中的RSH和COS,根据条件(例如，250 400°C) 也能被氧化锌系催化剂吸附，但较普遍的是，通常在Co-Mo系或Ni-Mo 系的加氢脱硫催化剂上， 一旦形成H2S即被ZnO吸附。作为催化剂，可 以考虑其工作温度和成本等适当选择例如Cii-Zn系的催化剂、Ni-Zn系的 催化剂等。在本实施方式的脱硫部4160中的脱硫反应温度为350°C 400 。C。另外，在重整部4012的重整反应所必须的水蒸气是利用从燃料电池 用重整装置4010的外部经由水蒸气供给路4042供给的重整水而生成。作 为从外部供给的液体的重整水通过燃烧废气和在重整反应筒4018内部升 温的重整气体而被汽化，并以水蒸气的形式供给于催化剂层4036，同时使 转移变换部4014和选择氧化部4016的温度降低。在本实施方式的燃料电池用重整装置4010中，原燃料供给路4040与 水蒸气供给路4042在合流部4044合流，该合流部4044比在水蒸气供给 路4042中通过的水被汽化的部位靠下游侧。换言之，原燃料供给路4040 与水蒸气供给路4042在脱硫部4160的下游侧合流。由此，防止在水蒸气 供给路4042通过的水和水蒸气混入脱硫部4160，抑制脱硫部4160的脱硫 性能的降低。水蒸气供给路4042外筒4022及重整反应筒4018的内部， 且其一部分具有以螺旋状巻绕而成的线圈形状，由于通过增大表面积容易 使水汽化，因此在合流部4044的上游侧的至少线圈的下端生成水蒸气。如本实施方式的燃料电池用重整装置4010所示，通过分别在原燃料 供给路4040及水蒸气供给路4042进行由燃烧废气的加热引起的原燃料的 升温与水的汽化之后，使原燃料与水蒸气合流，使得在各供给路的原燃料 的升温与水的汽化引起的水蒸气的供给控制容易。转移变换部4014具有催化剂层4046，其由例如氧化铜和氧化锌的 颗粒构成；以及分隔板4048，其担载催化剂层4046，并形成有使重整气 体从下方向上方穿过的孔。转移变换部4014能够利用催化剂层4046的作 用，通过使用包含于重整气体中的水蒸气的转移反应来减少一氧化碳。选择氧化部4016具有催化剂层4050，其由例如在氧化铝上担载的 一氧化碳选择氧化催化剂构成；以及分隔板4052，其担载催化剂层4050， 并形成有使重整气体从下方向上方穿过的孔。选择氧化部4016利用催化 剂层4050的作用，通过用氧气使一氧化碳氧化为二氧化碳，使得一氧化 碳浓度进一步降低。在转移变换部4014与选择氧化部4016之间的区域配置有与燃料电池 用重整装置4010的外部连通的空气供给路4054的前端部4056,用来供给 在选择氧化部4016中消耗的氧气。由此，从前端部4056流入的空气与在 转移变换部4014中一氧化碳减少了的重整气体一起上升，并被赋予选择 氧化部4016的反应。
在选择氧化部4016的上方的重整反应筒4018的上表面形成有开口部 4058。在开口部4058上连接有重整气体送出管4060，该重整气体送出管 4060将一氧化碳充分减少了的重整气体送出到未图示的燃料电池的燃料 极。下面，对本实施方式的燃料电池用重整装置4010的动作进行说明。 在燃烧器4020生成的燃烧废气加热重整反应筒4018的下表面，然后沿加 热流路4032上升，并从侧面加热重整反应筒4018。此时，经由重整反应 筒4018催化剂层4036被加热到重整反应所需的温度，例如600 70(TC的 范围内。另外，水蒸气供给路4042被直接地或经由重整反应筒4018间接 地利用燃料废气加热，通过其内部的重整水被汽化。另一方面，燃料废气 随着沿加热流路4032上升而被水蒸气供给路4042冷却，温度逐渐降低。 并且，通过加热流路4032的燃烧废气从形成于外筒4022的上部的排气口 4062向外部排出。在水蒸气供给路4042被汽化的水蒸气与在原燃料供给路4040被升温 的原燃料在合流部4044混合，并经过壳体4034内部向下方送出。包含水 蒸气的原燃料气体在通过催化剂层4036的内部时被燃烧废气的热量逐渐 加热，并通过重整反应变成富含氢的重整气体。通过重整原燃料气体而得到的重整气体利用供给的原燃料气体的流 动而在重整反应筒4018内部上升，并到达转移变换部40M。这里，由于 重整部4012的重整反应为吸热反应，因此，利用水蒸气供给路4042的热 量回收而降低了温度的重整气体到达转移变换部4014。转移变换部4014 的转移反应例如在200 30CTC的范围内进行，由于利用水蒸气供给路4042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别的温度控制也能够维持适 当的温度。由此，在转移变换部4014中，重整气体中的一氧化碳被减少。并且，在转移变换部4014的温度达不到合适的温度的装置的情况下， 可通过调整燃烧器4020中的原燃料的燃料量，或增减转移变换部4014附 近的水蒸气供给路4042的线圈圈数来调整。在转移变换部4014中减少了一氧化碳的重整气体进一步通过供给的 原燃料气体的流动，在重整反应筒4018内部被整流板4064限制流动的同 时上升，并到达选择氧化部4016。此时，从空气供给路4054供给的空气
也在重整反应筒4018内上升，并到达选择氧化部4016。由于选择氧化部4016配置于水蒸气供给路4042的流入口 4066附近， 因此，重整气体的温度通过由重整水进行的冷却而成为比转移变换部4014 中的重整气体的温度低的温度。选择氧化部4016中的选择氧化反应在比 转移变换部4014中的转移反应低温的例如70 20(TC的范围内进行，由于 通过水蒸气供给路4042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别 的温度控制也能够维持适当的温度。由此，在选择氧化部4016中，重整 气体中的一氧化碳被进一步减少。如上述，在燃料电池用重整装置4010中，由于将重整部4012、转移 变换部4014和选择氧化部4016以此顺序收容于一个重整反应筒4018，同 时还收容脱硫部4160，因此，能够在不形成复杂形状的流路的情况下减少 包含于重整气体中的一氧化碳，并除去硫磺成分。而且，与将脱硫部设置 于装置外部的情况比较，通过在重整反应筒内部配置脱硫器，能够使装置 整体紧凑。另外，由于燃烧废气通过重整反应筒4018与外筒4022之间的 加热流路4032，因此，能够供给重整反应筒4018内部的重整部4012的供 给重整反应所需的热量，且不需要加热器等加热机构。另外，由于在重整 反应筒4018与外筒4022之间设置加热流路4032，因此没有必要采用需要 折返和大量筒的流路，用简单的结构即能够实现燃料电池用重整装置 4010。换言之，由于在本实施方式的燃料电池用重整装置4010中，没有设 置需要折返和大量筒的流路，因此，通过部件数量的减少和制造工序的简 化而使成本降低。另外，由于外筒4022的外周部用绝热构件4024覆盖， 从而能够容易地确保装置整体的绝热性，因此能够使安装绝热构件4024 时的工序简化。 .另外，由于加热流路4032以使燃烧废气从重整部4012侧向选择氧化 部4016侧通过的方式形成，因此，燃烧废气与重整反应筒4018和水蒸气 供给路4042进行热交换的同时温度逐渐降低。从而，燃烧废气从反应温 度高的重整部向反应温度低的选择氧化部温度适当降低的同时通过加热 流路4032内部。因此，可不设置流路的折返和新的加热机构直线地形成 加热流路4032。
另外，在燃料电池用重整装置4010中，由于通过使重整反应筒4018 与外筒4022之间的加热流路4032之间通过燃烧废气，而供给脱硫部4160 的脱硫反应所需的热量，因此，与将脱硫部4160设置于装置外部的情况 比较，不需要加热器等加热机构，提高了装置整体的热效率。另外，与将 脱硫部4160设置于装置外部的情况比较，能够縮短原燃料供给路4040的 流路。另外，如图10所示，脱硫部4160设置于重整部4012与转移变换部 4014之间。由此，利用加热重整部4012的燃烧废气和重整气体供给脱硫 反应所必须的热量。因此，本实施方式的燃料电池用重整装置4010能够 使脱硫部有效地升温到装置工作时的稳定温度。 (第十实施方式)图11是表示第十实施方式的燃料电池用重整装置4110的结构的剖视 图。在本实施方式的燃料电池用重整装置4110中，脱硫部4162配置于重 整反应筒4018的轴向位置与转移变换部4164重合的位置处。由此，能够 使重整反应筒4018的纵向紧凑，并使燃料电池用重整装置4110小型化。 另外，转移变换部4164形成为环状，且脱硫部4162设置于转移变换部4164 的内周部。由此，燃料电池用重整装置4110能够在起动时有效升高转移 变换部4164的温度。另外，本实施方式的脱硫部4162的脱硫反应温度可以设定为200°C 30(TC左右。通常，在转移变换部4164的转移反应温度为20(TC 30(TC左 右。另外，由于脱硫部4162的硫磺成分为几个ppm左右，因此，由脱硫 反应引起的发热极少。因此，通过采用用水冷却由于转移反应而发热的催 化剂4046来获得热平衡的转移变换部4164与脱硫部4162相接的结构， 容易将脱硫部4162维持在与转移反应温度同程度的200。C 30(TC的温度 范围。(第十一实施方式) 在上述的各实施方式的燃料电池用重整装置中，水蒸气供给路4042 设置为通过重整反应筒4018内部，并贯通转移变换部4014的催化剂层 4046和选择氧化部4016的催化剂层4050。因此，水蒸气供给路4042直 接接触催化剂层4050的部分存在催化剂温度过度地降低，反应没有充分
进行的可能性。因此，在本实施方式中，通过对水蒸气供给路的配置进行 研究，防止催化剂层的温度过度地降低。图12是表示第十一实施方式的燃料电池用重整装置4210的结构的剖视图。燃料电池用重整装置4210与第九实施方式的燃料电池用重整装置 4010相比较，在水蒸气供给路4142设置于加热流路4032内部这一点存在 较大不同。利用这种结构，由于转移变换部4014的催化剂层4046与选择 氧化部4016的催化剂层4050被水蒸气供给路4142经由重整反应筒4018 间接冷却，因此，能抑制各催化剂层的局部温度过于降低。其结果，例如， 能抑制在选择氧化部4016中一氧化碳没有充分反应的未反应的一氧化碳 向燃料电池的燃料极送出。另外，水蒸气供给路4142可以以接触重整反 应筒4018的方式设置。由此，不仅能从燃烧废气回收热量，还能更多地 回收催化剂层4046、 4050的反应热量，并能进一步冷却催化剂层4046、 4050。并且，能够进一步冷却重整反应筒4018内部的重整气体。如上述各实施方式的燃料电池用重整装置，在选择氧化部16的催化 剂层4050形成为圆柱形状的情况下，当催化剂层4050的直径变大时，存 在催化剂层的中心部分的除热不能充分进行之虞。这时，催化剂层4050 的中心部分形成为高温部分，难以进行正常且有效的反应。特别的是，如 本实施方式的燃料电池用重整装置4210所示，将水蒸气供给路4142配置 于重整反应筒4018的外侧的情况下，除热不充分的倾向较强。因此，例 如，当选择氧化部4016的催化剂层4050的温度超过合适的温度时，可能 产生氧化重整气体中的氢气的副反应的。因此，在本实施方式的燃料电池用重整装置4210中，选择氧化部4016 的催化剂层4150形成为环状。由此，由于将各催化剂层4050的难以控制 为合适温度范围的部分设置为空心，从而抑制发生不希望的副反应。 (第十二实施方式)图13是表示第十二实施方式的燃料电池用重整装置4310的结构的剖 视图。如上所述，选择氧化部的催化剂反应需要在合适的温度范围进行。 通常，由于在选择氧化部的氧化剂层中重整气体流入的入口侧最容易引起 反应，因此催化剂层的温度也存在入口侧高出口侧低的倾向。因此，当流 入选择氧化部的催化剂层的重整气体的温度过高时，存在催化剂层的入口
附近的反应温度高于合适的温度范围的可能性。因此，在燃料电池用重整装置4310中，选择氧化部4116具有折返流 路4118和设置于折返流路4118的中途的环状催化剂层4250。折返流路 4118由第一流路4120和第二流路4122构成，所述第一流路412.0使通过 转移变换部4014的重整气体沿重整反应筒4018的内面向燃烧室4030侧 的相反侧流动，所述第二流路4122使通过第一流路4120的重整气体以朝 向燃烧室4030侧的方式向内侧折返。另外，催化剂层4250设置于第二流 路4122上。由此，重整气体在到达催化剂层4250的入口侧之前，在第一流路4120 中被在配置于其外周的水蒸气供给路4142中流动的低温重整水夺取热量。 从而，能够将催化剂层4250的入口侧的反应温度降低到合适的温度范围。 另外，水蒸气供给路4142可以以接触第一流路4120的方式设置。由此， 能够使流入催化剂层4250的入口侧的重整气体的温度更加降低。另外，由于第一流路4120与第二流路4122并列配置，因此，能够通 过重整气体回收催化剂层4250的反应热。另外，由于重整气体在第二流 路中经过催化剂层4250向燃烧室4030侧流动，因此，即使在催化剂层4250 的出口侧的反应热量少的情况下，也能够利用流入第一流路4120的重整 气体抑制温度的降低。其结果，在催化剂层4250能抑制比入口侧的反应 温度低的倾向的出口侧的反应温度的降低，使催化剂层4250整体维持在 适于催化剂反应的温度范围。这里，催化剂层4250的反应温度可以维持在100 200'C的范围。优 选的是维持在120 180。C的范围。更优选的是维持在130 17(TC的范围。 温度过低的区域反应不充分。另外，温度过高的区域会先进行不需要的副 反应。并且，如本实施方式所示，通过设置折返流路4118，可以将选择氧化 部4116的催化剂层4250的入口侧配置于选择氧化部4116的远离转移变 换部4014侧。从而，即使不加长转移变换部4014与选择氧化部4016之 间的距离，换言之，即使不延伸重整反应筒4018的长度方向，也会由于 实质地加长了通过转移变换部4014的重整气体到达选择氧化部4116的催 化剂层2450的距离，而能够使到达催化剂层4250的入口侧的重整气体的
温度下降。其结果，能够使燃料电池用重整装置4310的长度方向紧凑。在上述燃料电池用重整装置4110中，脱硫部4162设置于转移变换部 4164的内周部，但转移变换部4164也可以设置于脱硫部4162的内周部。 由此，燃料电池用重整装置4110能够在起动时有效升高脱硫部4162的温 度。(第十三实施方式)图14是表示第十三实施方式的燃料电池用重整装置5010的结构的剖 视图。燃料电池用重整装置5010将作为原燃料的甲垸、丙烷和丁烷等利 用水蒸气重整而生成富含氢的重整气体。燃料电池用重整装置5010包括重整部5012，其从原燃料生成重整 气体；转移变换部5014，其利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化 碳；选择氧化部5016，其利用选择氧化反应选择氧化并减少包含于通过转 移变换部5014的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒5018，其将重整部 5012、转移变换部5014和选择氧化部5016以此顺序直线状收容，同时还 收容脱硫部5160;燃烧器5020，其作为燃烧原燃料而生成燃烧废气的燃 烧机构；以及外筒5022，其同轴配置于重整反应筒5018的外周，且比重 整反应筒5018的直径大。外筒5022的周围除多个配管与外部连通的部位 以外均用绝热构件5024覆盖。燃烧器5020使从空气进入口 5026进入的空气和从燃料进入口 5028 进入的原燃料尾气混合并燃烧。通过在燃烧器5020中燃烧原燃料气体， 而产生1200 1300'C的高温燃烧废气。燃烧器5020配置于在重整反应筒 5018的重整部5012侧的端部形成的燃烧室5030，并固定于外筒5022的 下部。由此，能够使在燃烧器5020生成的燃烧废气的热量迅速用于重整 部5012的重整反应，从而能够提高热效率。在重整反应筒5018与外筒5022之间形成有加热流路5032，该加热流 路5032为加热重整反应筒5018而通过有所述燃烧废气。重整部5012具有壳体5034，其设于重整反应筒5018的底部且外径 比重整反应筒5018小；催化剂层5036，其被收容于壳体5034的下方，并 包括在氧化铝上担载有镍和钌等的金属粒子的重整催化剂。壳体5034的 上表面形成有开口部5038，原燃料与水蒸气以混合状态流入该开口部5038。另外，为使重整气体能从催化剂层5036的侧面通过，在壳体5034 的侧面开设有通气口。经由贯通重整反应筒5018、外筒5022和绝热构件5024的原燃料供给 路5040原燃料被从燃料电池用重整装置5010的外部供给于重整部5012 的催化剂层5036。此时，原燃料利用在加热流路5032流动的燃料废气和 在重整反应筒5018内部的重整气体而升温，同时使重整气体的温度降低。另外，原燃料供给路5040通过重整反应筒5018内部，并在中途与脱 硫部5160连接。脱硫部5160是将包含硫磺等杂质的原燃料在存在有催化 剂的条件下与氢反应除去硫磺成分的所谓氢化脱硫方式(也称加氢脱硫方 式)的装置。在原燃料供给路5040中，未图示的重整气体返回流路(后 述)连接在脱硫部5160的上游侧，该重整气体返回流路用于将没有在燃 料电池中使用的富含氢的气体和重整气体的一部分返回脱硫部5160。脱硫部5160对供给的原燃料气体与通常该原燃料气体的10volQ/。的量的含H2气的再利用气体的合流气体进行脱硫。作为加氢脱硫催化剂使用Co-Mo系或Ni-Mo系，作为吸附剂使用氧化锌系催化剂。根据该加氢*吸 附脱硫反应(RCH2SH+H2—RCH3+H2S ; ZnO+H2S—ZnS+H20)，原燃料 气体被脱硫到所包含的硫磺成分的浓度为20 50ppb左右。另外，有机硫磺中的RSH和COS，根据条件(例如，250 400°C) 也能被氧化锌系催化剂吸附，但较普遍的是，通常在Co-Mo系或M-Mo 系的加氢脱硫催化剂上， 一旦形成H2S之后即被ZnO吸附。作为催化剂， 可以考虑其工作温度和成本等适当选择例如Cu-Zn系的催化剂、Ni-Zn系 的催化剂等。在本实施方式的脱硫部5160中的脱硫反应温度为35(TC 400 。C。另外，在重整部5012的重整反应所必须的水蒸气是利用从燃料电池 用重整装置5010的外部经由水蒸气供给路5042供给的重整水而生成。作 为从外部供给的液体的重整水通过燃烧废气和在重整反应筒5018内部升 温的重整气体而被汽化，并以水蒸气的形式供给于催化剂层5036，同时使 转移变换部5014和选择氧化部5016的温度降低。在本实施方式的燃料电池用重整装置5010中，原燃料供给路5040与 水蒸气供给路5042在合流部5044合流，该合流部5044比在水蒸气供给
路5042中通过的水被汽化的部位靠下游侧。换言之，原燃料供给路5040 与水蒸气供给路5042在脱硫部5160的下游侧合流。由此，防止通过水蒸 气供给路5042的水和水蒸气混入脱硫部5160，并抑制脱硫部5160的脱硫 性能的降低。水蒸气供给路5042在外筒5022及重整反应筒5018的内部， 且其一部分具有以螺旋状巻绕而成的线圈形状，由于通过增大表面积容易 使水汽化，因此在合流部5044的上游侧的至少线圈的下端生成水蒸气。如本实施方式的燃料电池用重整装置5010所示，通过分别在原燃料 供给路5040及水蒸气供给路5042进行由燃烧废气的加热引起的原燃料的 升温与水的汽化之后，使原燃料与水蒸气合流，使得在各供给路的原燃料 的升温与水的汽化引起的水蒸气的供给控制容易。转移变换部5014具有催化剂层5046，其由例如氧化铜和氧化锌的 颗粒构成；以及分隔板5048，其担载催化剂层5046，并形成有使重整气 体从下方向上方穿过的孔。转移变换部5014能够利用催化剂层5046的作 用，通过使用包含于重整气体中的水蒸气的转移反应来减少一氧化碳。选择氧化部5016具有催化剂层5050，其由例如在氧化铝上担载的 一氧化碳选择氧化催化剂构成；以及分隔板5052，其担载催化剂层5050， 并形成有使重整气体从下方向上方穿过的孔。选择氧化部5016利用催化 剂层5050的作用，通过用氧气使一氧化碳氧化为二氧化碳，使得一氧化 碳浓度进一步降低。在转移变换部5014的下游侧且选择氧化部5016的上游侧的区域配置 有与燃料电池用重整装置5010的外部连通的空气供给路5054的前端部 5056，用来供给在选择氧化部5016中消耗的氧气。由此，从前端部5056 流入的空气与在转移变换部5014中一氧化碳减少了的重整气体一起上升， 并被赋予选择氧化部5016的反应。在选择氧化部5016的上方的重整反应筒5018的上表面形成有开口部 5058。在开口部5058上连接有重整气体送出管5060，该重整气体送出管 5060将一氧化碳充分减少了的重整气体送出到未图示的燃料电池的燃料 极。下面，对本实施方式的燃料电池用重整装置5010的动作进行说明。 在燃烧器5020生成的燃烧废气加热重整反应筒5018的下表面，然后沿加 热流路5032上升，并从侧面加热重整反应筒5018。此时，经由重整反应 筒5018催化剂层5036被加热到重整反应所需的温度，例如600 70(TC的 范围内。另外，水蒸气供给路5042被直接地或经由重整反应筒5018间接 地利用燃料废气加热，通过其内部的重整水被汽化。另一方面，燃料废气 随着沿加热流路5032上升而被水蒸气供给路5042冷却，温度逐渐降低。 并且，通过加热流路5032的燃烧废气从形成于外筒5022的上部的排气口 5062向外部排出。在水蒸气供给路5042被汽化的水蒸气与在原燃料供给路5040被升温 的原燃料在合流部5044混合，并经过壳体5034内部向下方送出。包含水 蒸气的原燃料气体在通过催化剂层5036的内部时被燃烧废气的热量逐渐 加热，并通过重整反应变成富含氢的重整气体。通过重整原燃料气体而得到的重整气体利用供给的原燃料气体的流 动而在重整反应筒5018内部上升，并到达转移变换部5014。这里，由于 重整部5012的重整反应为吸热反应，因此，利用水蒸气供给路5042的热 量回收而降低了温度的重整气体到达转移变换部5014。转移变换部5014 的转移反应例如在200 30(TC的范围内进行，由于利用水蒸气供给路5042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别的温度控制也能够维持适 当的温度。由此，在转移变换部5014中，重整气体中的一氧化碳被减少。并且，在转移变换部5014的温度达不到合适的温度的装置的情况下， 可通过调整燃烧器5020中的原燃料的燃料量，或增减转移变换部5014附 近的水蒸气供给路5042的线圈圈数来调整。在转移变换部5014中减少了一氧化碳的重整气体进一步通过供给的 原燃料气体的流动，在重整反应筒5018内部被整流板5064限制流动的同 时上升，并到达选择氧化部5016。此时，从空气供给路5054供给的空气 也在重整反应筒5018内上升，并到达选择氧化部5016。由于选择氧化部5016配置于水蒸气供给路5042的流入口 5066附近， 因此，重整气体的温度通过由重整水进行的冷却而成为比转移变换部5014 中的重整气体的温度低的温度。选择氧化部5016中的选择氧化反应在比 转移变换部5014中的转移反应低温的例如70 20(TC的范围内进行，由于 通过水蒸气供给路5042的热量回收而获得热平衡，因此即使不进行特别
的温度控制也能够使重整气体维持在适当的温度。由此，在选择氧化部 5016中，重整气体中的一氧化碳被进一步减少。如上述，在燃料电池用重整装置5010中，由于将重整部5012、转移 变换部5014和选择氧化部5016以此顺序收容于一个重整反应筒5018，同 时还收容脱硫部5160，因此，能够在不形成复杂形状的流路的情况下减少 包含于重整气体中的一氧化碳，并除去硫磺成分。而且，与将脱硫部设置 于装置外部的情况比较，通过在重整反应筒的内部配置脱硫器，能够使装 置整体紧凑。另外，由于燃烧废气通过重整反应筒5018与外筒5022之间 的加热流路5032，因此能够供给重整反应筒5018内部的重整部5012的重 整反应所需的热量，且不需要加热器等加热机构。另外，由于在重整反应 筒5018与外筒5022之间设置加热流路5032，因此没有必要采用需要折返 和大量筒的流路，用简单的结构即能够实现燃料电池用重整装置5010。换言之，由于在本实施方式的燃料电池用重整装置5010中，没有设 置需要折返和大量筒的流路，因此，通过部件数量的减少和制造工序的简 化而使成本降低。另外，由于外筒5022的外周部用绝热构件5024覆盖， 从而能够容易地确保装置整体的绝热性，因此能够使安装绝热构件5024 时的工序简化。另外，由于加热流路5032以使燃烧废气从重整部5012侧向选择氧化 部5016侧通过的方式形成，因此，燃烧废气与重整反应筒5018和水蒸气 供给路5042进行热交换的同时温度逐渐降低。从而，燃烧废气从反应温 度高的重整部向反应温度低的选择氧化部温度适当降低的同时通过加热 流路5032内部。因此，可不设置流路的折返和新的加热机构直线地形成 加热流路5032。另外，在燃料电池用重整装置5010中，由于通过使重整反应筒5018 与外筒5022之间的加热流路5032之间通过燃烧废气，而向脱硫部5160 的脱硫反应供给所需的热量，因此，与将脱硫部5160设置于装置外部的 情况比较，不需要加热器等加热机构，提高了装置整体的热效率。另外， 与将脱硫部5160设置于装置外部的情况比较，能够縮短原燃料供给路 5040的流路。另外，如图14所示，脱硫部5160设置于重整部5012与转移变换部
5014之间。由此，利用加热重整部5012的燃烧废气和重整气体供给脱硫 反应所必须的热量。因此，本实施方式的燃料电池用重整装置5010能够 使脱硫部有效地升温到装置工作时的稳定温度。 (第十四实施方式)图15是表示第十四实施方式的燃料电池用重整装置5110的结构的剖 视图。在本实施方式的燃料电池用重整装置5110中，脱硫部5162配置于 重整反应筒5018的轴向位置与转移变换部5164重合的位置处。由此能够 使重整反应筒5018的纵向紧凑，并使燃料电池用重整装置5110小型化。 另外，转移变换部5164形成为环状，且脱硫部5162设置于转移变换部5164 的内周部。由此，燃料电池用重整装置5110能够在起动时有效升高转移 变换部5164的温度。另外，本实施方式的脱硫部5162的脱硫反应温度可以设定为200°C 30(TC左右。通常，在转移变换部5164的转移反应温度为200。C 30CTC左 右。另外，由于脱硫部5162的硫磺成分为几个ppm左右，因此，由脱硫 反应引起的发热极少。因此，通过采用用水冷却由于转移反应而发热的催 化剂5046来获得热平衡的转移变换部5164与脱硫部5162相连的结构， 容易将脱硫部5162维持在与转移反应温度同程度的200'C 30(TC的温度 范围。(第十五实施方式)以下，对使用第十三实施方式的燃料电池用重整装置5010的燃料电 池系统中的重整气体、水和空气等的流动进行说明。图16是示意地表示 第十五实施方式的燃料电池系统5300的概略结构的结构图。并且，在以 下的说明中，主要针对使在重整部生成的重整气体的一部分返回脱硫部的 重整气体返回流路进行说明，并在图16记载的要素中，对在第十三实施 方式说明的各要素标以相同符号，并省略其说明。燃料电池系统5300包括燃料电池用重整装置5010和燃料电池5200。 燃料电池5200包括燃料极5202和空气极5204，经由重整气体送出管5060 向燃料极5202供给重整气体，利用气泵向空气极5204供给空气。重整气 体中的氢气和空气中的氧气经由离子交换膜(例如，固体高分子电解质膜) 发生化学反应，产生电动势并生成水。在燃料极5202中没被消耗的重整
气体作为尾气经由尾气供给路5170从燃料进入口 5028供给于燃烧器 5020，并被燃烧。并且，从设于原燃料供给路5040中途的阀5171被分支 的配管向燃烧器5020中供给合适的原燃料。燃料电池用重整装置5010包括水蒸气供给路5042，其为向重整部 5012供给水蒸气而利用由燃烧废气进行的加热而使水在热交换部5172、 5174等被汽化；原燃料供给路5040，其通过重整反应筒5018内部并在中 途与脱硫部5160连接，并为向重整部5012供给升温的原燃料而利用由燃 烧废气进行的加热而使原燃料在热交换部5172、 5174等升温；以及重整 气体返回流路5176，其与在原燃料供给路5040的中途连接的脱硫部5160 的上游侧连接，并使在重整部5012生成的重整气体的一部分返回到脱硫 部5160。重整气体返回流路5176以使重整气体的一部分从空气供给路5054的 上游侧流入的方式而构成。由此，不易在重整气体返回流路5176中混入 含氧空气，因此能抑制脱硫部5160的催化剂被氧化。本实施方式的燃料电池用重整装置5010还包括泵517S，其与原燃 料供给路5040连接，并向该原燃料供给路5040送出原燃料；以及气水分 离部51S0，其设于重整气体返回流路5176的中途，并除去包含于重整气 体中的水分。另外，重整气体返回流路5176连接在泵5178的吸入侧。作为气水分离部5180的热交换器使用重整用水作为制冷剂。由于通 过重整气体返回流路5176的高温重整气体在气水分离部5180被冷却，其 含有的水分被液化，因此，可通过从收集器5182作为水进行回收而除去 水分。由此，在重整返回流路5176中的重整气体通过气水分离部5180的 作用而除去水分之后，利用泵5178向原燃料供给路5040送出。因此，能 够抑制凝结的水滞留在原燃料供给路5040而妨碍原燃料通过，或者抑制 水分与原燃料一起到达脱硫部5160而引起催化剂的劣化。 (第十六实施方式)图17是示意地表示第十六实施方式的燃料电池系统5400的概略结构 的结构图。并且，在以下的说明中，主要针对使在重整部生成的重整气体 的一部分返回脱硫部的重整气体返回流路5184进行说明，对与图16相同的部分适当省略其说明。
燃料电池系统5400包括燃料电池用重整装置5010和燃料电池5200。 燃料电池用重整装置5010包括水蒸气供给路5042，其为向重整部5012 供给水蒸气而利用由燃烧废气进行的加热而使水在热交换部5172、 5174 等被汽化；原燃料供给路5040，其通过重整反应筒5018内部并在中途与 脱硫部5160连接，并为向重整部5012供给升温的原燃料而利用由燃烧废 气进行的加热使原燃料在热交换部5172、 5174等升温；以及重整气体返 回流路5184，其与在原燃料供给路5040的中途连接的脱硫部5160的上游 侧连接，并使在重整部5012生成的重整气体的一部分返回到脱硫部5160。重整气体返回流路5184以使重整气体的一部分从选择氧化部5016的 下游侧的重整气体送出管5060的中途流入的方式而构成。由此，可以不 在重整反应筒5018内部设置重整气体返回流路5184，使得配管容易。本实施方式的燃料电池用重整装置5010还包括泵5178，其与原燃 料供给路5040连接，并向该原燃料供给路5040送出原燃料；以及气水分 离部51S0，其设于重整气体返回流路5184的中途，并除去包含于重整气 体中的水分。另外，重整气体返回流路5184连接在泵5178的吸入侧。作为气水分离部5180的热交换器使用重整用水作为制冷剂。由于通 过重整气体返回流路5184的高温重整气体在气水分离部5180被冷却，其 含有的水分被液化，因此，可通过从收集器5182作为水进行回收而除去 水分。由此，在重整返回流路5184的重整气体通过气水分离部5180的作 用而除去水分之后，利用泵5178向原燃料供给路5040送出。因此，能够 抑制凝结的水滞留在原燃料供给路5040中妨碍原燃料通过，或者抑制水 分与原燃料一起到达脱硫部5160而引起催化剂的劣化。 (第十七实施方式)图18是示意地表示第十七实施方式的燃料电池系统5500的概略结构 的结构图。并且，在以下的说明中，主要针对使在重整部生成的重整气体 的一部分返回脱硫部的重整气体返回流路5186进行说明，对与图16相同的部分适当省略其说明。燃料电池系统5500包括燃料电池用重整装置5010和燃料电池5200。 燃料电池用重整装置5010包括水蒸气供给路5042，其为向重整部5012 供给水蒸气而利用由燃烧废气进行的加热使水在热交换部5172、 5174等
中被汽化；原燃料供给路5040，其通过重整反应筒5018内部并在中途与 脱硫部5160连接，并为向重整部5012供给升温的原燃料而利用由燃烧废 气进行的加热使原燃料在热交换部5172、 5174等中升温；以及重整气体 返回流路5186，其与在原燃料供给路5040的中途连接的脱硫部5160的上 游侧连接，并使在重整部5012生成的重整气体的一部分返回到脱硫部 5160。重整气体返回流路5186以使重整气体的一部分从尾气供给路5170流 入的方式而构成。由此，能够更有效地利用含氢的尾气，并使配管容易。本实施方式的燃料电池用重整装置5010还包括泵5178，其与原燃 料供给路5040连接，并向该原燃料供给路5040送出原燃料;以及气水分 离部5180，其设于重整气体返回流路5184的中途，并除去包含于重整气 体中的水分。另外，重整气体返回流路5186连接在泵5178的吸入侧。气水分离部5180的热交换器使用重整用水作为制冷剂。由于通过重 整气体返回流路5186的高温重整气体在气水分离部5180被冷却，其含有 的水分被液化，因此，可通过从收集器5182作为水进行回收而除去水分。 由此，在重整返回流路5186的重整气体通过气水分离部5180的作用而除 去水分之后，利用泵5178向原燃料供给路5040送出。因此，能够抑制凝 结的水滞留在原燃料供给路5040而妨碍原燃料通过、或者抑制水分与原 燃料一起到达脱硫部5160而引起催化剂的劣化。在上述的燃料电池用重整装置5110中，脱硫部5162设置于转移变换 部5164的内周部，但转移变换部5164也可以设置于脱硫部5162的内周 部。由此，燃料电池用重整装置5110能够在起动时有效升高脱硫部5162的温度o以上，参照上述各实施方式对本发明进行了说明，但仅是例示，本发 明并不限定于上述各实施方式，对各实施方式的结构进行适当组合或置换 的方式也包含于本发明。另外，也可以基于本领域技术人员的知识，将各 种设计变更等的变形加之于各实施方式，被加上这种变形的实施方式也包 含于本发明的范围。上述的燃料电池用重整装置在气体与水的热交换部中，为促进气体侧 的传热，也可以向气体侧通路填充氧化铝瓷球或麦可马洪填料等利用扩散
而提高传热性的物质。还可以向例如重整部与转移变换部之间、转移变换 部与选择氧化部之间、选择氧化部的上部、在水蒸气供给路的入口侧与燃 烧废气热交换的热交换部等中填充传热促进物。另外，作为用于上述燃料电池用重整装置的原燃料，并不限定于例示 的甲烷、丙烷和丁烷等。例如，也可以将例如以天然气、丙垸*丁烷作为 主要成分的LPG、石脑油、灯油等的烃类或、甲醇、乙醇等的醇类、或二 甲醚等的醚类等用作原燃料。
权利要求
1. 一种燃料电池用重整装置，其将原燃料重整为富含氢的重整气体，其特征在于，包括重整部，其从原燃料生成重整气体；转移变换部，其利用转移反应减少包含于所述重整气体中的一氧化碳；选择氧化部，其选择氧化并减少包含于通过所述转移变换部的重整气体中的一氧化碳；重整反应筒，其将所述重整部、所述转移变换部和所述选择氧化部以此顺序直线状收容；燃烧机构，其燃烧原燃料并生成燃烧废气；以及外筒，其配置于所述重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大，在所述重整反应筒与所述外筒之间形成有加热流路，该加热流路为加热所述重整反应筒而通过有所述燃烧废气。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述燃烧机构配置于在所述重整反应筒的重整部侧的端部形成的燃烧室。
3. 根据权利要求l所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述加热流路以使所述燃烧废气从重整部侧向选择氧化部侧通过的方式而形成。
4. 根据权利要求1所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括水蒸气供给路，其为向所述重整部供给水蒸气而利用由所述燃烧废气 进行的加热使水汽化；和原燃料供给路，其为向所述重整部供给升温的原燃料而利用由所述燃 烧废气进行的加热使原燃料升温，所述原燃料供给路与所述水蒸气供给路在比该水蒸气供给路中通过 的水被汽化的部位靠下游侧合流。
5. 根据权利要求1所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括水蒸气供给路，其为向所述重整部供给水蒸气而利用由所述燃烧废气 进行的加热使水汽化；和原燃料供给路，其向所述重整部供给原燃料，所述原燃料供给路与所述水蒸气供给路在比该水蒸气供给路中通过 的水被汽化的部位靠下游侧合流。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述原燃料供给路在所述重整反应筒的外侧区域与所述水蒸气供给 路合流。
7. 根据权利要求4所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述水蒸气供给路设置于所述加热流路的内部。
8. 根据权利要求7所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述水蒸气供给路以与所述重整反应筒相接触的方式设置。
9. 根据权利要求4所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述选择氧化部包括折返流路，其包括使通过所述转移变换部的重整气体沿所述重整反应 筒的内面向燃烧室侧的相反侧流动的第一流路，和使通过该第一流路的重 整气体以朝向燃烧室侧的方式向内侧折返的第二流路；以及催化剂层，其设置于所述第二流路。
10. 根据权利要求9所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述水蒸气供给路以与所述第一流路相接触的方式设置。
11. 根据权利要求1所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述重整反应筒在收容所述重整部的一端侧形成有凹部， 所述燃烧机构配置于与所述凹部对置的燃烧室，在所述加热流路中，所述燃烧废气加热并通过在所述凹部的周围设置 的重整部的凹部侧以及外筒侧。
12. 根据权利要求ll所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述加热流路具有从所述凹部的内侧向所述重整反应筒的外周侧折返的折返部。
13. 根据权利要求ll所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述重整部具有折返流路，在该折返流路中气体沿所述凹部的侧面向 燃烧室侧流动的同时沿所述重整反应筒的内面向转移变换部侧流动。
14. 根据权利要求4所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述水蒸气供给路具有线圈状形成的环状部，所述环状部的至少一部分配置为与所述重整反应筒的内面相接。
15. 根据权利要求14所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述选择氧化部在所述水蒸气供给路通过的区域以外的区域设置有 构成所述重整气体的流动阻力的阻力构件。
16. 根据权利要求14所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述转移变换部在所述水蒸气供给路通过的区域以外的区域设置有构成所述重整气体的流动阻力的阻力构件。
17. 根据权利要求14所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述重整反应筒内部配置有使所述重整气体的流动改变为向所述水蒸气供给路的流动的整流构件。
18. —种燃料电池用重整装置，其将原燃料重整为富含氢的重整气体， 其特征在于，包括重整部，其从原燃料生成重整气体；转移变换部，其利用转移反应减少包含于所述重整气体中的一氧化碳；选择氧化部，其选择氧化并减少包含于通过所述转移变换部的重整气 体中的一氧化碳；重整反应筒，其将所述重整部、所述转移变换部和所述选择氧化部以 此顺序直线状收容；燃烧机构，其配置于在所述重整反应筒的重整部侧的端部形成的燃烧 室，并燃烧原燃料生成燃烧废气；外筒，其配置于所述重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大；加热流路，其形成于所述重整反应筒与所述外筒之间，并为加热所述 重整反应筒而通过有所述燃烧废气；以及水蒸气供给路，其用于向所述重整部供给水蒸气，并以使水在所述重 整反应筒内部从选择氧化部侧向重整部侧流动的方式而设置，所述水蒸气供给路从重整气体回收热量，并利用该热量使水汽化为水蒸气。
19. 根据权利要求18所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述重整反应筒以重整部侧成为下部而选择氧化部侧成为上部的方式沿竖直方向配置，所述重整气体在所述重整反应筒的内部向上方流动。
20. 根据权利要求19所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括燃烧废气储留室，其在所述重整反应筒的上部，并形成于该重整反应 筒与所述外筒之间；和排出口，其设置于所述外筒的上方，以使燃烧废气从所述燃烧废气储 留室向外部排出，所述水蒸气供给路以其一部分通过所述燃烧废气储留室的方式而设 置，并从通过所述加热流路由所述排出口排出的所述燃烧废气中回收热
21. —种燃料电池用重整装置，其将原燃料重整为富含氢的重整气体， 其特征在于，包括重整部，其从原燃料生成重整气体；转移变换部，其利用转移反应减少包含于所述重整气体中的一氧化碳；选择氧化部，其选择氧化并减少包含于通过所述转移变换部的重整气 体中的一氧化碳；重整反应筒，其将所述重整部、所述转移变换部和所述选择氧化部以 此顺序直线状收容；燃烧机构，燃烧原燃料并生成燃烧废气；以及外筒，其配置于所述重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大， 所述重整反应筒以重整部侧成为下部而选择氧化部侧成为上部的方式沿竖直方向配置，所述转移变换部与所述选择氧化部中至少任一个具有在上下方向上分隔所述重整反应筒内部的分隔构件，和利用该分隔构件从下方支承的催 化剂。
22. 根据权利要求21所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括水蒸气供给路，其用于向所述重整部供给水蒸气，并以使水通过所述 重整反应筒内部的方式而设置，所述分隔构件上形成有在上下方向上贯通所述水蒸气供给路的贯通孔。
23. 根据权利要求22所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述水蒸气供给路具有形成为线圈状的环状部和沿重整反应筒上下方向延伸的直线部，所述分隔构件以使所述直线部位于所述贯通孔的方式而设置。
24. 根据权利要求21所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述分隔构件具有不会使催化剂落向下方且使重整气体通过程度的 通气口。
25. 根据权利要求21所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述重整反应筒具有为向内部填充催化剂而在比所述分隔板构件靠上方的侧面形成的填充口。
26. 根据权利要求l所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括脱硫部，其除去原燃料中的硫磺充分， 所述重整反应筒收容所述脱硫部。 '
27. 根据权利要求26所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还 包括水蒸气供给路，其为向所述重整部供给水蒸气而利用由所述燃烧废气 进行的加热使水汽化；和原燃料供给路，其通过所述重整反应筒内部并在中途与所述脱硫部连 接，且为向所述重整部供给升温的原燃料而利用由所述燃烧废气进行的加 热使原燃料升温，所述脱硫部具有利用与氢反应来除去硫磺的加氢脱硫催化剂，所述原燃料供给路与所述水蒸气供给路在所述脱硫部的下游侧合流。
28. 根据权利要求27所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述选择氧化部包括折返流路，其包括使通过所述转移变换部的重整气体沿所述重整反应 筒的内面向燃烧室侧的相反侧流动的第一流路，和使通过该第一流路的重 整气体以朝向燃烧室侧的方式向内侧折返的第二流路；以及催化剂层，其设置于所述第二流路。
29. 根据权利要求28所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述水蒸气供给路以与所述第一流路相接触的方式而设置。
30. 根据权利要求26所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述脱硫部设置于所述重整部与所述转移变换部之间。
31. 根据权利要求26所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述脱硫部在所述重整反应筒的轴向位置与所述转移变换部重合。
32. 根据权利要求31所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，所述转移变换部形成为环状， 所述脱硫部设置于所述转移变换部的内周部。
33. 根据权利要求31所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述脱硫部形成为环状， 所述转移变换部设置于所述脱硫部的内周部。
34. 根据权利要求26所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，包括水蒸气供给路，其为向所述重整部供给水蒸气而利用由所述燃烧废气 进行的加热使水汽化；原燃料供给路，其通过所述重整反应筒内部并在中途与所述脱硫部连 接，且为向所述重整部供给升温的原燃料而利用由所述燃烧废气进行的加 热使原燃料升温；以及重整气体返回流路，其连接在比在所述原燃料供给路的中途连接的所 述脱硫部靠上游侧，并使在所述重整部生成的重整气体的一部分返回所述 脱硫部，所述脱硫部具有利用与氢反应来除去原燃料中的硫磺的加氢脱硫催 化剂。
35. 根据权利要求34所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括氧气供给路，其向所述转移变换部的下游侧且在所述选择氧化部的上 游侧的区域供给包含使用于该选择氧化部反应的氧气的气体，所述重整气体返回流路使重整气体的一部分从比所述氧供给路靠上 游侧的部位流入。
36. 根据权利要求34所述的燃料电池用重整装置，其特征在于， 所述重整气体返回流路使重整气体的一部分从比所述选择氧化部靠下游侧的部位流入。
37. 根据权利要求34所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括尾气供给路，其将在燃料电池的燃料极中没被消耗的重整气体向所述 燃烧机构供给，所述重整气体返回流路以使重整气体的一部分从所述尾气供给路流 入的方式而构成。
38. 根据权利要求34所述的燃料电池用重整装置，其特征在于，还包括泵，其连接于所述原燃料供给路，并将所述原燃料向该原燃料供给路送出；禾Q '气水分离部，其设于所述重整气体返回流路的中途，并除去包含于重 整气体中的水分，所述重整气体返回流路连接于所述泵的吸入侧。
全文摘要
本发明提供一种将原燃料重整为富含氢的重整气体的燃料电池用重整装置，其中，重整部从原燃料生成重整气体。转移变换部利用转移反应减少包含于重整气体中的一氧化碳。选择氧化部选择氧化并减少包含于通过转移变换部的重整气体中的一氧化碳。重整反应筒将重整部、转移变换部和选择氧化部以此顺序直线状收容。燃烧机构燃烧原燃料并生成燃烧废气。外筒配置于重整反应筒的外周，且直径比该重整反应筒大。在重整反应筒与外筒之间形成有加热流路，该加热流路为加热重整反应筒而通过燃烧废气。
文档编号C01B3/02GK101399351SQ20081016870
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月26日 优先权日2007年9月27日
发明者中岛一明, 佐村健, 佐藤康司, 小林和实, 藤生昭, 门胁正天 申请人:三洋电机株式会社;新日本石油株式会社