(57)【要約】【課題】水が原料ガスの流れを妨げることを抑制し、水素生成量を安定に保つこと。【解決手段】蒸発器３を構成する壁面に接触するように蒸発器３の途中に設けられた吸水性部材８と、蒸発器３の上部から水を供給し、吸水性部材８に浸透した水が蒸発するように吸水性部材８を加熱する蒸発器加熱部６ａ，６ｂを備える水素生成装置３０において、吸水性部材８には、略鉛直方向の通気孔９が形成され、通気孔９には上から下に通過した原料ガスが通過できるようにすることにより、水が原料ガスを妨げることを抑制できるため、水素生成量が安定となる。【選択図】図２
2018100188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、前記混合ガスを前記改質器に供給する蒸発器と、前記蒸発器を構成する壁面に接触するように前記蒸発器の途中に設けられた吸水性部材と、前記蒸発器の上部から水を供給する水供給器と、前記吸水性部材に浸透した水が蒸発するように前記吸水性部材を加熱する蒸発器加熱部と、を備え、
前記吸水性部材には、略鉛直方向の通気孔が形成され、
前記改質器には、前記通気孔を上から下に通過した前記原料ガスと、前記吸水性部材で発生した水蒸気が供給されることを特徴とする、
水素生成装置。
【請求項２】
前記通気孔が少なくとも２つ以上形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記通気孔の少なくとも上部には、前記吸水性部材に浸透した水が前記通気孔に流出するのを防止する防水壁が、設けられていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記防水壁は、前記通気孔の下部には、設けられないことを特徴とする、
請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記吸水性部材から滴下した水を受ける水トラップ部と、前記水トラップ部の底部よりも上部に、前記原料ガスと前記水蒸気の混合ガスを前記改質器に流出させる流出口と、を備え、
前記蒸発器加熱部は、前記水トラップ部で受けた水を加熱することを可能に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系燃料を原料ガスとして、水素が含まれた水素含有ガス（改質ガス）を作る、水素生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素を生成させる方法としては、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系の原料ガスに水蒸気を加えて加熱する、水蒸気改質方式が広く用いられている。水蒸気改質方式による水素発生装置は、原料ガスと水蒸気から化学反応によって水素を生成する改質器と、改質器に水蒸気や原料ガスを供給する蒸発器を有する構成が一般的である。
【０００３】
蒸発器には原料ガスと水が供給され、これらが周囲の熱を受けることで加熱され、水は水蒸気へと変化する。その後、高温化した原料ガスと水蒸気は混合ガスとなって改質器へと供給される。
【０００４】
従来の水素生成装置としては、円筒形状の容器によって蒸発器が構成され、さらに、その蒸発器には、予め螺旋状の通気孔が形成された円筒形状の吸水性部材が挿入され、吸水性部材に水を浸透させ、周囲の熱を吸収して水を蒸発させるように構成されたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図５は、特許文献１に記載の従来の水素生成装置の蒸発器の概略構成を示す要部縦断面図である。
【０００６】
図５に示すように、従来の水素生成装置の蒸発器１０３は、円筒形状の容器によって構成されている。蒸発器１０３は吸水性部材１０８を備え、吸水性部材１０８には螺旋状通気孔１０９が設けられている。
【０００７】
蒸発器１０３には原料ガスと、水が供給される。蒸発器１０３に供給された原料ガスは螺旋状通気孔１０９の内部を流れる。また、蒸発器１０３に供給された水は、吸水性部材１０８に浸透して、重力の作用に従って鉛直下方向に進行する。原料ガスは、螺旋状通気孔１０９の形状に沿った方向に流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１８９６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の水素生成装置は、螺旋状通気孔１０９に水が浸入して、原料ガスの流れが妨げられることによって、原料ガスの流量が不安定となり、改質器における水素生成量が不安定化するという課題を有していた。
【００１０】
つまり、従来の水素生成装置は、蒸発器１０３に供給された水が、吸水性部材１０８に浸透して、重力の作用に従って鉛直下方向に進行し、原料ガスが、吸水性部材１０８の螺旋状通気孔１０９の形状に沿った方向に流れるため、水が螺旋状通気孔１０９に流入し原料ガスの流れを妨げてしまう。
【００１１】
一般的な水素生成装置における原料ガスは、ポンプを用いた流量制御装置によって、そ
の流量が所定量となるように制御されている場合が多いが、螺旋状通気孔１０９に水が流入すると、原料ガスが流れ難くなり、原料ガスの流量が一時的に低下する。
【００１２】
その後、ポンプの働きによって螺旋状通気孔１０９の内部の圧力が高まり、圧力によって水を吹き飛ばすことで原料ガスは所定の流量まで増加する。しかし、水が再び螺旋状通気孔１０９に浸入すると、原料ガスの流量は再び低下する。
【００１３】
このように、螺旋状通気孔１０９に水が流入することで、原料ガスの流量は減少と増加を繰り返して、改質器への原料ガス供給量が不安定となり、改質器における水素生成量が不安定化するという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水が原料ガスの流れを妨げることを抑制し、水素生成量を安定に保つことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器に供給する蒸発器と、蒸発器を構成する壁面に接触するように蒸発器の途中に設けられた吸水性部材と、蒸発器の上部から水を供給する水供給器と、吸水性部材に浸透した水が蒸発するように吸水性部材を加熱する蒸発器加熱部を備え、吸水性部材には、略鉛直方向の通気孔が形成され、改質器には、通気孔を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材で発生した水蒸気が供給されるようにしたものである。
【００１６】
これによって、吸水性部材における水の進行方向と、通気孔を流れる原料ガスの進行方向は共に略鉛直方向となる。
【００１７】
しがたって、この両者は交差せず略平行となるため、水が通気孔に流入し難くなり、原料ガスが水によって妨げられることを抑制できる。その結果、改質器への原料ガスの供給量が安定となるため、水素生成量も安定に保つことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の水素生成装置は、水素生成量を安定に保つことができる。また、本発明の水素生成装置を搭載した燃料電池システムにおいては、燃料電池に安定した量の水素を供給できるため、発電出力を安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の概略構成を示す縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図
【図３】本発明の実施の形態２の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図
【図４】本発明の実施の形態３の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図
【図５】特許文献１に記載の従来の水素生成装置の蒸発器の概略構成を示す要部縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器に供給する蒸発器と、蒸発器を構成する壁面に接触するように蒸発器の途中に設けられた吸水性部材と、蒸発器の上
部から水を供給する水供給器と、吸水性部材に浸透した水が蒸発するように吸水性部材を加熱する蒸発器加熱部を備える水素生成装置において、吸水性部材には、略鉛直方向の通気孔が形成され、改質器には、通気孔を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材で発生した水蒸気が供給されるようにしたものである。
【００２１】
これによって、蒸発器内で吸水性部材を流れる水が通気孔に流入し難くなり、原料ガス供給量が不安定化することを抑制でき、水素生成量を安定に保つことができる。
【００２２】
第２の発明は、特に第１の発明の水素生成装置において、吸水性部材に設けられた通気孔が、少なくとも２つ以上となるようにしたものである。
【００２３】
これによって、仮に、一つの通気孔に水が浸入したとしても、別の通気孔に原料ガスが通るため、原料ガス供給量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００２４】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の水素生成装置において、吸水性部材の通気孔の少なくとも上部に、吸水性部材に浸透した水が通気孔に流出するのを防止する防水壁が設けられるものである。
【００２５】
これによって、吸水性部材の上部において原料ガスの流れが水に妨げられることを確実に防ぎ、原料ガス供給量や水素生成量を安定に保つことができる。
【００２６】
第４の発明は、特に第３の発明の水素生成装置において、防水壁を通気孔の下部に設けないようにしたものである。
【００２７】
これによって、吸水性部材で発生した水蒸気が蒸発器下部の通気孔へ流れ込み、原料ガスと水蒸気がよく混ざった状態で改質器に流入することで、水素生成量が高い状態に保つことができる。
【００２８】
第５の発明は、特に第１から第４のいずれか一つの発明の水素生成装置において、吸水性部材から滴下した水を受ける水トラップ部と、水トラップ部の底部よりも上部に、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器に流出させる流出口を備え、蒸発器加熱部は、水トラップ部で受けた水を加熱することを可能に配置されるようにしたものである。
【００２９】
これによって、吸水性部材から滴下した水を水トラップ部にて蒸発させることができるため、十分な水蒸気量が確保でき、蒸発器よりも下流に位置する改質器において十分な水蒸気生成量を確保できる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素生成装置の概略構成を示す縦断面図である。図中の矢印はガスや水の流れを表す。まずは水素生成装置の構成要素について述べる。
【００３２】
図１に示すように、実施の形態１の水素生成装置３０は、原料供給器１、水供給器２、蒸発器３、改質器４、燃焼器５、蒸発器加熱部６ａ、蒸発器加熱部６ｂ、断熱材７、空気供給口２４、水供給口２８、原料ガス供給口２９を備える。蒸発器３、改質器４、燃焼器５、蒸発器加熱部６ａ、蒸発器加熱部６ｂ、空気供給口２４、水供給口２８、原料ガス供給口２９は高温に耐えられるようにステンレス製の部材によって構成されている。
【００３３】
また、蒸発器３、改質器４、蒸発器加熱部６ａ、蒸発器加熱部６ｂを構成する容器は円筒形状である。蒸発器３は、蒸発器上部ヘッダ２５と、その下部に設置される吸水性部材８と、そのさらに下部に設置される蒸発器下部ヘッダ２６の三つの領域によって構成されている。
【００３４】
蒸発器３の下部には改質器４が設置され、蒸発器３の外側には蒸発器加熱部６ａが設置され、蒸発器３の内側には蒸発器加熱部６ｂが設置され、改質器４の内側には燃焼器５が設置される。断熱材７は改質器４、蒸発器加熱部６ａを覆うように取り付けられている。
【００３５】
原料ガス供給口２９はパイプ形状で、蒸発器上部ヘッダ２５の上部に一つ取り付けられている。原料供給器１は原料ガス供給口２９にガスを供給することができるように連結している。水供給口２８はパイプ形状で蒸発器上部ヘッダ２５の上部に複数取り付けられている。水供給器２は水供給口２８に水を供給することができるように連結している。
【００３６】
蒸発器下部ヘッダ２６は改質器４に、改質器４は蒸発器加熱部６ａに、燃焼器５は蒸発器加熱部６ｂに、それぞれガスを流すことができるように連結している。また、吸水性部材８は、水を吸収することが可能な部材であり、具体的には、金属ウールや、多孔質のセラミックなどが用いられる。吸水性部材８は蒸発器３を構成する壁面に接触するように設置されている。
【００３７】
改質器４には改質触媒が封入されている。改質触媒はアルミナの粉を固めた球状の粒の表面に、金属を付着させたものが用いられる。金属はニッケル、白金、ルテニウム、ロジウム、などが用いられる。粒子の直径は１〜５ｍｍ程度のものであり、数千〜数万粒の改質触媒が改質器４に封入されている。
【００３８】
蒸発器加熱部６ａ、蒸発器加熱部６ｂは蒸発器３に隣接している。蒸発器加熱部６ａの内部には、発熱性の触媒である変成触媒１５、選択酸化触媒１６が封入されている。変成触媒１５は蒸発器加熱部６ａの下部に、選択酸化触媒１６は蒸発器加熱部６ａの上部に設置され、その間には蒸発器加熱部中央ヘッダ２７が設置される。
【００３９】
変成触媒１５と選択酸化触媒１６は、蒸発器３における吸水性部材８に熱を加えることが可能な位置に配置されている。
【００４０】
蒸発器加熱部中央ヘッダ２７には水素生成装置３０の外部から空気を供給することができるように、空気供給口２４が取り付けられている。空気供給口２４はパイプなどの配管で構成される。
【００４１】
変成触媒１５は、アルミナの粉を固めた粒の表面に、銅や亜鉛などの金属を付着させたものが用いられる。選択酸化触媒１６は、アルミナの粉を固めた粒の表面に、ルテニウムなどの金属を付着させたものが用いられる。変成触媒１５、選択酸化触媒１６の粒子の直径は１〜５ｍｍ程度のものであり、それぞれ数千〜数万粒の触媒が蒸発器加熱部６ａに封入されている。燃焼器５は改質器４を加熱することが可能な位置に配置されている。
【００４２】
図２は本発明の実施の形態１の水素生成装置３０における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図である。図２において、図１に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付与し、適宜、重複する説明を省略する。
【００４３】
図２に示すように、吸水性部材８には略鉛直方向に設けられた通気孔９が複数設けられている。通気孔９は円柱形状で、鉛直上下方向に貫通しており、ガスを流すことが可能な
構成になっている。通気孔９は吸水性部材８の半径方向の厚み幅に対して、中央に配置される。また、通気孔９は、吸水性部材８の周方向において等間隔に配列されている。通気孔９は、完全に鉛直方向でなくてもよく、鉛直方向に対して数度程度傾いていてもよい。
【００４４】
また、蒸発器上部ヘッダ２５の上部における、複数の水供給口２８の取り付け位置は、隣り合う通気孔９の中間位置の真上である。原料ガス供給口２９は、蒸発器上部ヘッダ２５の上部の任意の位置に設置されている。
【００４５】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置３０について、以下その動作、作用を説明する。
【００４６】
図１に示すように、原料供給器１から炭化水素系の原料ガスが、原料ガス供給口２９を介して、蒸発器３における蒸発器上部ヘッダ２５に供給される。原料ガスは、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどである。
【００４７】
原料供給器１は水素生成に必要な原料ガスの流量が流れるように制御している。また、水が水供給器２から分配され、複数の水供給口２８を介して蒸発器上部ヘッダ２５に供給される。水供給器２は、水素生成に必要な流量が流れるように制御している。
【００４８】
図２において、蒸発器上部ヘッダ２５に供給された水は、蒸発器上部ヘッダ２５の内部で落下し、吸水性部材８に浸透する。水供給口２８が、隣り合う通気孔９の中間位置の真上に設置されているため、水は通気孔９がある位置には落下せず、隣り合う通気孔９の中間位置に到達する。
【００４９】
吸水性部材８に浸透した水は、重力の作用によって鉛直下方向に進行していく。また、蒸発器上部ヘッダ２５に供給された原料ガスは、吸水性部材８に到達し、通気孔９の内部を通って、吸水性部材８の下部へ流れる。吸水性部材８は、蒸発器３に隣接する蒸発器加熱部６ａ、蒸発器加熱部６ｂから加熱される。
【００５０】
吸水性部材８が加熱されると、吸水性部材８に浸透した水は加熱を受けて徐々に水蒸気へと変化する。発生した水蒸気の一部は通気孔９へ流れ込み、原料ガスと混ざりあい、混合ガスとなる。発生した水蒸気のうちのもう一部は吸水性部材８の内部を流れ、蒸発器下部ヘッダ２６において混合ガスと合流する。
【００５１】
混合ガスは、吸水性部材８からの熱を受け、温度が３００℃〜４００℃程度まで上昇する。図１において、高温化した混合ガスは、蒸発器３から排出され、改質器４へと供給される。改質器４に封入されている改質触媒が水素を生成する機能を有する。混合ガスは改質触媒の粒の間をすり抜けるように通過する。
【００５２】
混合ガスは、改質触媒に触れることで化学反応が促され、水素、ＣＯ、ＣＯ２を生成する。これらの化学反応を発生させるためには改質器４を４００℃〜７００℃程度の高温に保つ必要がある。また、これらの反応は吸熱反応であるため、改質器４には熱を加える必要がある。
【００５３】
水素生成装置３０は改質器４を加熱する目的で燃焼器５を備えているが、これについての説明は後ほど述べる。改質器４に投入された混合ガスは、化学反応によって水素を含む改質ガスとなって改質器４から排出され、蒸発器加熱部６ａへと供給される。
【００５４】
図２に示すように、蒸発器加熱部６ａは蒸発器３に隣接し、吸水性部材８に熱を与えることができるように構成されている。改質ガスは２００℃〜３００℃程度の温度で蒸発器
加熱部６ａに供給される。
【００５５】
蒸発器加熱部６ａに封入されている変成触媒１５、選択酸化触媒１６は、改質ガスに含まれるＣＯの濃度を低減させる機能を有する。改質ガスは変成触媒１５の粒の間をすり抜けるように通過する。改質ガスに含まれるＣＯと水蒸気は、この変成触媒１５に触れることで化学反応を起こし、水素とＣＯ２を発生させる。この化学反応は発熱反応であるため吸水性部材８が加熱される。
【００５６】
変成触媒１５を通り抜けた改質ガスは、蒸発器加熱部中央ヘッダ２７に供給される。また、蒸発器加熱部中央ヘッダ２７には、水素生成装置３０の外部から空気供給口２４を通して空気が供給される。変成触媒１５を通り抜けた後の改質ガスは、蒸発器加熱部中央ヘッダ２７で空気と合流し、選択酸化触媒１６に供給される。
【００５７】
改質ガスに含まれる水素、ＣＯ、酸素が選択酸化触媒１６に触れることによって化学反応を起こし、水とＣＯ２を発生させる。この反応も発熱反応であるため吸水性部材８が加熱される。
【００５８】
蒸発器加熱部６ａに供給される改質ガスは、蒸発器加熱部６ａに隣接する蒸発器３への熱伝達によって、６０℃〜１２０℃程度の温度に冷却されたのち、水素生成装置３０の外部へと排出される。水素生成装置３０の外部へ排出された改質ガスに含まれる水素のモル濃度は、４０％〜６０％となる。改質ガスは水素のほかに、水蒸気やＣＯ、ＣＯ２、メタンなども含む。
【００５９】
続いて、燃焼器５に関して説明する。図１に示すように、燃焼器５には可燃ガスと空気が投入される。可燃ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系のガスや、水素などが含まれるものを用いる。燃焼器５は、これらを混合させて燃焼させる。
【００６０】
可燃ガスと空気に含まれる酸素が反応することにより、火炎が発生し、燃焼排ガスが発生し、改質器４を加熱する。燃焼排ガスは、改質器４を加熱した後、蒸発器加熱部６ｂへと流入する。図２に示すように、蒸発器加熱部６ｂは蒸発器３の内側に隣接し、吸水性部材８に熱を与えることができるように構成されている。
【００６１】
燃焼排ガスは、３００℃〜５００℃程度の温度で蒸発器加熱部６ｂに供給され、蒸発器加熱部６ｂに隣接する蒸発器３への熱伝達によって、６０℃〜１００℃程度に冷却されたのち、水素生成装置３０の外部へと排出される。
【００６２】
また、図１に示すように、改質器４、蒸発器加熱部６ａを覆う断熱材７が水素生成装置３０からの放熱を抑制している。放熱を抑制することで、改質器４が効率よく加熱され、高い水素生成量を確保することができる。
【００６３】
以下では蒸発器３における動作、作用についてより詳細に記載する。
【００６４】
蒸発器３では、図２に示すように水の進行方向と原料ガスの進行方向が共に略鉛直下方向を向いているため、これらは互いに略平行であり、交差していない。したがって、本発明の蒸発器３は、通気孔９に水が流入しにくい構成となっている。よって、水が原料ガスの流れを妨げることを抑制できるため、原料ガスの流量が安定となり、水素生成量が安定となる。
【００６５】
また、通気孔９が２つ以上設けられることによって、原料ガスの流量の安定化の効果が
よりいっそう増す。その理由について以下に詳しく述べる。
【００６６】
本実施の形態における吸水性部材８は、通気孔９に水が流入しにくい構成になっているが、水が流入する可能性を完全に排除できるものではない。
【００６７】
その理由は、蒸発器３の上部から供給される水の流量が吸水性部材８の上面に対して均一でなく、一部の領域で大きくなれば、水平方向に水が拡散する作用が働き、通気孔９に向かって水が進行する可能性があるためである。しかし、通気孔９を２つ以上設けておけば、仮に一つの通気孔９に水が浸入したとしても、別の通気孔９に原料ガスが通るため、原料ガスの流量を安定に保つことができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態の水素生成装置３０は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器４と、混合ガスを改質器４に供給する蒸発器３と、蒸発器３を構成する壁面に接触するように蒸発器３の途中に設けられた吸水性部材８と、蒸発器３の上部から水を供給する水供給器２と、吸水性部材８に浸透した水が蒸発するように吸水性部材８を加熱する蒸発器加熱部６ａ，６ｂと、を備え、吸水性部材８には、略鉛直方向の通気孔９が形成され、改質器４には、通気孔９を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材８で発生した水蒸気が供給されることによって、原料ガスの流量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００６９】
また、吸水性部材８に通気孔９を少なくとも２つ以上設けることにより、原料ガスの流量を安定化させる効果をより高めることができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００７０】
なお、図１では、円筒形状の水素生成装置３０や、円筒形状の蒸発器３について記載したが、これらが平板形状の構造であっても同様の効果が得られる。また蒸発器加熱部６ａの具体的な事例として、変成触媒１５や選択酸化触媒１６の発熱による加熱方法を記載したが、これによって本発明が限定されるものではない。
【００７１】
蒸発器加熱部６ｂの具体的な事例として燃焼排ガスの熱を利用したものを記載したが、これについても本発明を限定するものではない。例えば、蒸発器加熱部６ａや蒸発器加熱部６ｂは電気ヒーターなどを用いてもよい。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における水素生成装置については、特に蒸発器に関する説明を行う。それ以外の構成については、実施の形態１と同様のため、適宜、重複する説明を省略し、動作、作用についても、適宜、重複する説明を省略する。
【００７３】
図３は本発明の実施の形態２の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図である。本実施の形態において、図２に示した実施の形態１の水素生成装置３０と同じ構成要素には同じ符号を付与し重複する説明は省略する。
【００７４】
図２に示した実施の形態１の水素生成装置３０と異なる点は、水が蒸発器３の上部の側面に供給されるように水供給口２８が一つ構成され、吸水性部材８における通気孔９の上部には防水壁２１が設けられていることである。
【００７５】
水供給口２８はパイプなどの配管によって構成され、水が供給される位置は吸水性部材８の上部である。また、防水壁２１はパイプ形状のステンレス製部材を通気孔９に差し込んだ構成となっている。また、吸水性部材８の下部では防水壁２１は設けられていない。防水壁２１の水平断面は、通気孔９の水平断面と同じで円形である。
【００７６】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置３０の蒸発器３について、以下その動作、作用を説明する。
【００７７】
図３において、水は水供給口２８を介して蒸発器３の上部の側面から供給される。水が蒸発器３に供給される位置において、水の進行方向は水平方向であり、原料ガスの進行方向に対して交差するが、防水壁２１によって、水が通気孔９に流入することを阻止している。よって、吸水性部材８の上部では、水が原料ガスの流れを妨げることを確実に阻止できる。
【００７８】
水の進行方向は、蒸発器３に供給される位置では水平方向であるが、重力の作用で吸水性部材８に染み渡っていくにつれて、次第に進行方向が鉛直方向となる。したがって吸水性部材８の下部では、水の進行方向とガスの進行方向が略平行になり、水が通気孔９に流入し難くなるため、防水壁２１は必ずしも必要ではない。
【００７９】
吸水性部材８の下部では、吸水性部材８で発生した水蒸気を通気孔９に流入させて、原料ガスと混合させることが望ましい。
【００８０】
本実施の形態においては、吸水性部材８の下部に防水壁２１を設けないことによって、原料ガスと水蒸気の混合性を確保している。その結果、よく混合された混合ガスが改質器４に供給され、高い水素生成量を確保することができる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態の水素生成装置３０は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器４と、混合ガスを改質器４に供給する蒸発器３と、蒸発器３を構成する壁面に接触するように蒸発器３の途中に設けられた吸水性部材８と、蒸発器３の上部から水を供給する水供給器２と、吸水性部材８に浸透した水が蒸発するように吸水性部材８を加熱する蒸発器加熱部６ａ，６ｂと、を備え、吸水性部材８には、略鉛直方向の通気孔９が形成され、改質器４には、通気孔９を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材８で発生した水蒸気が供給されることによって、原料ガスの流量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００８２】
また、吸水性部材８に通気孔９を少なくとも２つ以上設けることにより、原料ガスの流量を安定化させる効果をより高めることができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００８３】
また、通気孔９の少なくとも上部には、吸水性部材８に浸透した水が通気孔９に流出するのを防止する防水壁２１が、設けられていることによって、吸水性部材８の上部では原料ガスの流れが水に妨げられることを確実に防ぎ、原料ガス供給量や水素生成量を安定に保つことができる。
【００８４】
また防水壁２１を吸水性部材８の下部には設けないことにより、吸水性部材８の下部で原料ガスと水蒸気の混合性が確保され、高い水素生成量を保つことができる。
【００８５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における水素生成装置においては、特に蒸発器、蒸発器加熱部に関する説明を行う。それ以外の構成については、実施の形態１と同様のため、適宜、重複する説明を省略し、動作、作用についても、適宜、重複する説明を省略する。
【００８６】
図４は本発明の実施の形態３の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図である。本実施の形態において、図２に示した実施の形態１の水素生成装置３０と同じ構成要素には同じ符号を付与し重複する説明は省略する。
【００８７】
図２に示した実施の形態１の水素生成装置３０と異なる点は、蒸発器下部ヘッダ２６に水を受けるための水トラップ部２２を設けていること、さらに、水トラップ部２２の底部よりも上部に混合ガスを排出するための流出口２３を設けていることである。水トラップ部２２は、蒸発器加熱部６ｂが水トラップ部２２を加熱できるように、蒸発器加熱部６ｂに隣接した位置に配置されている。
【００８８】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置３０について、以下その動作、作用を説明する。
【００８９】
本実施の形態における水素生成装置３０は、水素生成量を増加させる目的で原料および水の供給量を増加させた際において、吸水性部材８に浸透した水が蒸発しきれずに吸水性部材８の下部まで浸透し、吸水性部材８の下部から滴下した場合に、滴下した水を水トラップ部２２で受けとめることができる。
【００９０】
水トラップ部２２は蒸発器加熱部６ｂに隣接しているため、水トラップ部２２で受けた水は、蒸発器加熱部６ｂを流れる燃焼排ガスからの伝熱によって加熱され、蒸発する。蒸発によって発生した水蒸気は、蒸発器下部ヘッダ２６の内部で上昇し、通気孔９から排出される原料ガスと混ざり合って混合ガスとなり、流出口２３を通過し、蒸発器下部ヘッダ２６から排出される。
【００９１】
以上のように、実施の形態３の水素生成装置３０は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器４と、混合ガスを改質器４に供給する蒸発器３と、蒸発器３を構成する壁面に接触するように蒸発器３の途中に設けられた吸水性部材８と、蒸発器３の上部から水を供給する水供給器２と、吸水性部材８に浸透した水が蒸発するように吸水性部材８を加熱する蒸発器加熱部６ａ，６ｂと、を備え、吸水性部材８には、略鉛直方向の通気孔９が形成され、改質器４には、通気孔９を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材８で発生した水蒸気が供給されることによって、原料ガスの流量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００９２】
また、吸水性部材８に通気孔９を少なくとも２つ以上設けることにより、原料ガスの流量を安定化させる効果をより高めることができ、水素生成量を安定に保つことができる。
【００９３】
また、吸水性部材８から滴下した水を受ける水トラップ部２２と、水トラップ部２２の底部よりも上部に、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器４に流出させる流出口２３と、を備え、蒸発器加熱部６ｂは、水トラップ部２２で受けた水を加熱することを可能に配置されるので、吸水性部材８から滴下した水を水トラップ部２２で受け止め、蒸発器加熱部６ｂからの伝熱によって蒸発させることができる。
【００９４】
これにより、十分な水蒸気量が確保できるため、蒸発器よりも下流に位置する改質器において十分な水蒸気生成量を確保できる。なお、図４においては、実施の形態２で示した防水壁２１は設けられていないが、防水壁２１が設けられていても、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明にかかる水素生成装置は、原料ガス供給量や水素生成量を安定に保つことができる。したがって、安定的な水素供給が必要な家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの用途に適用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１      原料供給器
２      水供給器
３      蒸発器
４      改質器
５      燃焼器
６ａ    蒸発器加熱部
６ｂ    蒸発器加熱部
７      断熱材
８      吸水性部材
９      通気孔
１５    変成触媒
１６    選択酸化触媒
２１    防水壁
２２    水トラップ部
２３    流出口
２４    空気供給口
２５    蒸発器上部ヘッダ
２６    蒸発器下部ヘッダ
２７    蒸発器加熱部中央ヘッダ
２８    水供給口
２９    原料ガス供給口
３０    水素生成装置
【図１】
2018100188.tif 000003
【図２】
2018100188.tif 000004
【図３】
2018100188.tif 000005
【図４】
2018100188.tif 000006
【図５】
2018100188.tif 000007