(57)【要約】【課題】起動時間を短縮でき、通常運転時は、一酸化炭素低減部が過剰に加熱されず、従来よりも断熱部と反応容器が損傷し難い水素生成装置を提供する。【解決手段】燃焼器５ｃの燃焼動作によって反応容器２が充分に熱膨張する前は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間で空気が対流して、第１隙間１６ａで加熱された空気が第３隙間を通って第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して一酸化炭素低減部４を加熱するのを許容し、反応容器２が充分に熱膨張した後は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとを連通させる第３隙間は存在するが、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間の空気の対流を制限して第１隙間で加熱された空気が第３隙間を通って第２隙間に侵入して筒状低温部を介して必要以上に一酸化炭素低減部４を加熱しないように、第３隙間の寸法（形状）を設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料および水蒸気を反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、前記改質部よりも上方に配置され前記改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減する一酸化炭素低減部と、前記改質部が内部に配置され相対的に表面温度が高い筒状高温部と、前記一酸化炭素低減部が内部に配置され相対的に表面温度が低い筒状低温部と、を有する多重筒状の金属製の反応容器と、
前記反応容器を囲んで断熱する断熱部と、
前記断熱部の内周面と前記筒状高温部の外周面との間に形成され、前記反応容器が充分に熱膨張する前は、空気対流可能な第１隙間と、
前記断熱部の内周面と前記筒状低温部の外周面との間に形成され、前記反応容器が充分に熱膨張した後も、空気対流可能な第２隙間と、
前記反応容器が充分に熱膨張した後も、前記第１隙間と前記第２隙間とを連通させる第３隙間と、
を有した、水素生成装置であって、
前記反応容器が充分に熱膨張する前は、前記第１隙間と前記第２隙間との間で空気が対流して前記第１隙間で加熱された空気が前記第２隙間に侵入して前記筒状低温部を介して前記一酸化炭素低減部を加熱するのを許容し、前記反応容器が充分に熱膨張した後は、前記第１隙間と前記第２隙間との間の空気の対流を制限して前記第１隙間で加熱された空気が前記第２隙間に侵入して前記筒状低温部を介して必要以上に前記一酸化炭素低減部を加熱しないように、前記第１隙間と前記第３隙間の少なくともどちらか一方の寸法を設定した、ことを特徴とする水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器と一酸化炭素低減部とを収容する多重筒状の反応容器の外周面を、断熱部で覆った水素生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の水素生成装置としては、特許文献１に開示された水素生成装置がある。以下、特許文献１に開示された従来の水素生成装置について、図面を参照しながら説明する。図２は、従来の水素生成装置の起動時の状態を示す概略断面図である。
【０００３】
図２に示すように、従来の水素生成装置１は、金属製の多重筒状の反応容器２を備えている。反応容器２は、炭化水素化合物などの原料ガスと水とを反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質部３と、改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減する一酸化炭素低減部４とを備えている。改質部３は重力方向の下方に設けられ、一酸化炭素低減部４は改質部３よりも重力方向の上方に設けられている。
【０００４】
反応容器２は、加熱部５により加熱される。加熱部５は、水素生成装置１の中心に位置するように反応容器２の内部に配置されている。加熱部５は、内筒部５ａと外筒部５ｂとを備える略二重管構造を有し、内筒部５ａ内に燃焼器５ｃを備えている。
【０００５】
燃焼器５ｃは、燃料電池６のアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼用の空気を用いて燃焼させて、水蒸気反応に必要な反応熱を含む燃料排ガスを発生させる。
【０００６】
燃料排ガスは、内筒部５ａの下端部に設けられた連通部５ｄを通じて内筒部５ａと外筒部５ｂとの間に形成された燃焼排ガス流路５ｅに供給される。燃料排ガスが燃焼排ガス流路５ｅを通ることにより、改質部３と一酸化炭素低減部４とが加熱される。燃焼排ガス流路５ｅを通過した燃料排ガスは、加熱部５の上方に設けられた排気流路５ｆを通じて水素生成装置１から排出される。
【０００７】
改質部３は、加熱部５の外筒部５ｂの下方の外周面に沿うように改質触媒層７を備えている。改質触媒層７は、例えば、ルテニウムを主成分とする触媒、又は、ニッケルを主成分とする触媒で形成されている。改質触媒層７は、原料ガスと水とが供給される原料供給流路８と接続されている。
【０００８】
原料供給流路８には、加熱部５の外筒部５ｂの上方の外周面に沿う螺旋状の流路を備える蒸発器９が設けられている。原料供給流路８に供給された原料ガス及び水は、燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスにより蒸発器９内で加熱される。
【０００９】
この加熱により、蒸発した水（すなわち、水蒸気）と原料ガスとが混合される。この水蒸気と原料ガスとの混合ガスは、改質触媒層７に送られ、改質触媒層７内で燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスにより６００〜７００℃程度に加熱される。
【００１０】
これにより、混合ガスは、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応のメタン及び水蒸気を含む改質ガスに変化する。改質触媒層７を通過した改質ガスは、一酸化炭素低減部４に送られる。
【００１１】
一酸化炭素低減部４は、蒸発器９に隣接するように設けられ、変成触媒層を備えた変成器１０と選択酸化触媒層を備えた選択酸化器１１とで構成される。変成器１０の変成触媒
層は、燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスの熱により、燃料電池６に対して有害な改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させる。この変成触媒層により、改質ガス中の一酸化炭素の濃度が低減（例えば、１％以下に低減）される。
【００１２】
選択酸化器１１の選択酸化触媒層には、変成器１０の変成触媒層により一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスが供給されると共に、空気供給流路１２を通じて空気が供給される。
【００１３】
選択酸化触媒層は、変成器１０よりも外径寸法が小さい部分に収納されて、燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスの熱により、変成器１０から流出した改質ガスと空気中の酸素とを反応させて、改質ガス中に残留する一酸化炭素を選択的に酸化除去する。
【００１４】
これにより、燃料電池６に有害な一酸化炭素の濃度が充分に低減された水素含有ガスからなる燃料電池６の発電用の燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス流路１３を通じて燃料電池６のアノードに供給される。燃料電池６は、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された空気（酸素）を用いて発電を行う。
【００１５】
また、反応容器２の上部は、容器固定板１４に固定されている。また、反応容器２の周囲には、反応容器２を覆うように成形断熱材からなる断熱部１５が配置されている。断熱部１５は、有底筒状に形成される。反応容器２は、有底筒状に形成された断熱部１５の開口部から、断熱部１５の穴に挿入される。
【００１６】
ここで、断熱部１５の加工精度は、金属製の反応容器２の加工精度に比べて劣るため、有底筒状に形成された断熱部１５の内周面と多重筒状の反応容器２の外周面との間には、隙間１６（例えば、１〜３ｍｍ程度の隙間）が生じている。
【００１７】
以下、反応容器２における改質部３が内部に配置され相対的に表面温度が高い筒状高温部の外周面と断熱部１５の内周面との隙間を第１隙間１６ａといい、一酸化炭素低減部４（変成器１０と選択酸化器１１）が内部に配置され相対的に表面温度が低い筒状低温部の外周面と断熱部１５の内周面との隙間を第２隙間１６ｂという。
【００１８】
選択酸化器１１の選択酸化触媒層が収納された部分の外周方向における断熱部１５と反応容器２との隙間、及び選択酸化器１１の上方における固定板１４と反応容器２との隙間には、グラスファイバー等で構成された筒状断熱部１７が設けられている。
【００１９】
反応容器２の筒状高温部の外径は、筒状低温部の外径よりも小さいため、断熱部１５の穴における筒状高温部を覆う部分の内径は、筒状低温部を覆う部分の内径よりも小さい。
【００２０】
そのため、反応容器２の外径が変わる部分には段差部２ｂがあり、断熱部１５の穴の内径が変わる部分には段差部１５ｂがある。
【００２１】
なお、段差部２ｂと段差部１５ｂは、反応容器２が加熱部５により加熱されていない収縮状態にあるとき（すなわち、水素生成装置１の運転停止時）には、互いから離れて第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへ空気が対流することを許容し、反応容器２が加熱部５により加熱されて膨張状態にあるとき（すなわち、水素生成装置１の通常運転時）には、互いに接触（密着）して第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへ空気が対流することを防止するように設けられている。
【００２２】
また、反応容器２の段差部２ｂのコーナー部を、直角形状に形成せずに、アール形状に形成しているので、直角形状に形成した場合よりも、反応容器２の量産化に有利である。
また、断熱部１５の段差部１５ｂのコーナー部を、直角形状に形成せずに、アール形状に形成しているので、直角形状に形成した場合よりも、断熱部１５の穴に反応容器２を挿入する作業をスムーズに行うことができる。
【００２３】
また、断熱部１５の段差部１５ｂのコーナー部と反応容器２の段差部２ｂのコーナー部の両方を、直角形状に形成せずに、アール形状に形成しているので、直角形状に形成した場合よりも、反応容器２が加熱部５により加熱されて膨張状態にあるとき（すなわち、水素生成装置１の通常運転時）に、段差部２ｂのコーナー部と段差部１５ｂのコーナー部との接触面積を小さくすることができる。
【００２４】
断熱部１５の下端部は、断熱部固定板１８に固定されている。断熱部固定板１８は、板材１９により容器固定板１４に固定されている。すなわち、断熱部１５は、容器固定板１４と断熱部固定板１８と板材１９とにより、位置ずれしないように保持されている。
【００２５】
これにより、反応容器２が膨張して反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが接触したときの密着性が高められている。また、容器固定板１４と断熱部固定板１８と板材１９とにより、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが互いに対向するように、反応容器２と断熱部１５とを固定する固定具が構成されている。
【００２６】
水素生成装置１の通常運転時は、反応容器２が加熱部５により加熱されて膨張状態にあり、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが接触して、第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへの空気の対流が防止されるので、空気の対流で改質部３の熱が奪われて改質部３の温度が低下することを抑えることができる。
【００２７】
また、空気の対流により、一酸化炭素低減部４が必要以上に加熱され、一酸化炭素の低減効果が低下したり、一酸化炭素低減部４の触媒層が熱で劣化したりすることを抑えることができる。従って、より一層、水素含有量が高い燃料ガスを生成することができる。
【００２８】
また、水素生成装置１の起動時（起動直後）は、反応容器２が未だ収縮状態にあり、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが離れていて、第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへの空気の対流が許容されるので、この空気の対流により一酸化炭素低減部４の変成器１０の変成触媒層の温度をより早く昇温させることができ、起動時間を短縮して、水素含有量が高い燃料ガスを早く生成することができる。
【００２９】
また、一酸化炭素低減部４よりも重力方向の下方に配置された改質部３は、一酸化炭素低減部４よりも早く高温になるので、水素生成装置１の全体の温度が低い起動時に、重力方向の下方から上方へ空気の対流をより起こり易くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２０１２−２０１５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
従来の水素生成装置１は、反応容器２が加熱部５によって加熱されて膨張状態にあるときに、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが接触して、第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへの空気の対流が防止している。
【００３２】
しかしながら、従来の水素生成装置１は、反応容器２の外径寸法と、断熱部１５の穴の内径寸法のバラツキや、組み合わせ時の製造バラツキによって、加熱されて膨張状態に反
応容器２の段差部２ｂが断熱部１５の段差部１５ｂを過剰に押すことになる場合がある。
【００３３】
その場合において、特に、断熱部１５が無機粉体を圧縮成型した断熱材（硬い変形しにくい断熱材）で構成される場合や、反応容器２を構成する金属板が薄い（変形しやすい）場合には、断熱部１５と反応容器２の、少なくともどちらかが損傷するという課題があった。
【００３４】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、一酸化炭素低減部の温度を早く昇温させて起動時間を短縮でき、通常運転時は、一酸化炭素低減部が過剰に加熱されず、従来よりも断熱部と反応容器が損傷し難い水素生成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記目的を達成するために、本発明の水素生成装置は、原料および水蒸気を反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、改質部よりも上方に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減する一酸化炭素低減部と、改質部が内部に配置され相対的に表面温度が高い筒状高温部と、一酸化炭素低減部が内部に配置され相対的に表面温度が低い筒状低温部と、を有する多重筒状の金属製の反応容器と、反応容器を囲んで断熱する断熱部と、断熱部の内周面と筒状高温部の外周面との間に形成され、反応容器が充分に熱膨張する前は、空気対流可能な第１隙間と、断熱部の内周面と筒状低温部の外周面との間に形成され、反応容器が充分に熱膨張した後も、空気対流可能な第２隙間と、反応容器が充分に熱膨張した後も、第１隙間と第２隙間とを連通させる第３隙間と、を有した、水素生成装置であって、反応容器が充分に熱膨張する前は、第１隙間と第２隙間との間で空気が対流して第１隙間で加熱された空気が第２隙間に侵入して筒状低温部を介して一酸化炭素低減部を加熱するのを許容し、反応容器が充分に熱膨張した後は、第１隙間と第２隙間との間の空気の対流を制限して第１隙間で加熱された空気が第２隙間に侵入して筒状低温部を介して必要以上に一酸化炭素低減部を加熱しないように、第１隙間と第３隙間の少なくともどちらか一方の寸法を設定したものである。
【００３６】
これにより、一酸化炭素低減部の温度を早く昇温させて起動時間を短縮でき、通常運転時は、一酸化炭素低減部が過剰に加熱されず、従来よりも断熱部と反応容器が損傷し難い水素生成装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、筒状高温部で加熱された第１隙間の空気と第２隙間の空気との対流を利用して一酸化炭素低減部の温度を早く昇温させて起動時間を短縮でき、通常運転時は、空気の対流を制限することによって一酸化炭素低減部が過剰に加熱されず、熱膨張した反応容器が反応容器を覆う断熱部に衝突しないように第３隙間およびその周辺部が構成されるので、従来の水素生成装置よりも断熱部と反応容器が損傷し難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の起動時の概略構成を示す縦断面図
【図２】従来の水素生成装置の起動時の概略構成を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
第１の本発明は、原料および水蒸気を反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質部と、改質部よりも上方に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減する一酸化炭素低減部と、改質部が内部に配置され相対的に表面温度が高い筒状高温部と、一酸化炭素低減部が内部に配置され相対的に表面温度が低い筒状低温部と、を有する多重筒状の金属製の反応容器と、反応容器を囲んで断熱する断熱部と、断熱部の内周面と筒状高温
部の外周面との間に形成され、反応容器が充分に熱膨張する前は、空気対流可能な第１隙間と、断熱部の内周面と筒状低温部の外周面との間に形成され、反応容器が充分に熱膨張した後も、空気対流可能な第２隙間と、反応容器が充分に熱膨張した後も、第１隙間と第２隙間とを連通させる第３隙間と、を有した、水素生成装置であって、反応容器が充分に熱膨張する前は、第１隙間と第２隙間との間で空気が対流して第１隙間で加熱された空気が第２隙間に侵入して筒状低温部を介して一酸化炭素低減部を加熱するのを許容し、反応容器が充分に熱膨張した後は、第１隙間と第２隙間との間の空気の対流を制限して第１隙間で加熱された空気が第２隙間に侵入して筒状低温部を介して必要以上に一酸化炭素低減部を加熱しないように、第１隙間と第３隙間の少なくともどちらか一方の寸法を設定したことを特徴とする水素生成装置である。
【００４０】
上記構成において、反応容器が充分に熱膨張する前は、第１隙間と第２隙間との間で空気が対流して、第１隙間で加熱された空気が第２隙間に侵入して筒状低温部を介して一酸化炭素低減部を加熱するのを許容し、反応容器が充分に熱膨張した後は、第１隙間と第２隙間との間の空気の対流を制限して第１隙間で加熱された空気が第２隙間に侵入して筒状低温部を介して必要以上に一酸化炭素低減部を加熱しないように、第１隙間と第３隙間の少なくともどちらか一方の寸法を設定したので、空気の対流を利用して一酸化炭素低減部の温度を早く昇温させて起動時間を短縮でき、通常運転時は、空気の対流を制限することによって一酸化炭素低減部が過剰に加熱されず、反応容器が充分に熱膨張した後も、第１隙間と第２隙間とを連通させる第３隙間が存在するように構成したので、熱膨張した反応容器が反応容器を覆う断熱部に衝突しないように第３隙間およびその周辺部が構成されることとなり、従来よりも断熱部と反応容器が接触により損傷する可能性を低減できる。
【００４１】
以下、本発明の水素生成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。なお、以下の本発明の実施の形態において、従来と同一構成については同一符号を付している。
【００４２】
（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起動時のの概略構成を示す縦断面図である。
【００４３】
図１に示すように、本発明の実施の形態１における水素生成装置１は、金属製の多重筒状の反応容器２を備えている。反応容器２は、炭化水素化合物などの原料ガスと水とを反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質部３と、改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減する一酸化炭素低減部４とを備えている。改質部３は重力方向の下方に設けられ、一酸化炭素低減部４は改質部３よりも重力方向の上方に設けられている。
【００４４】
反応容器２は、加熱部５により加熱される。加熱部５は、水素生成装置１の中心に位置するように反応容器２の内部に配置されている。加熱部５は、内筒部５ａと外筒部５ｂとを備える略二重管構造を有し、内筒部５ａ内に燃焼器５ｃを備えている。
【００４５】
燃焼器５ｃは、燃料電池６のアノードから排出されるアノードオフガスを燃焼用の空気を用いて燃焼させて、水蒸気反応に必要な反応熱を含む燃料排ガスを発生させる。
【００４６】
燃料排ガスは、内筒部５ａの下端部に設けられた連通部５ｄを通じて内筒部５ａと外筒部５ｂとの間に形成された燃焼排ガス流路５ｅに供給される。燃料排ガスが燃焼排ガス流路５ｅを通ることにより、改質部３と一酸化炭素低減部４とが加熱される。燃焼排ガス流路５ｅを通過した燃料排ガスは、加熱部５の上方に設けられた排気流路５ｆを通じて水素生成装置１から排出される。
【００４７】
改質部３は、加熱部５の外筒部５ｂの下方の外周面に沿うように改質触媒層７を備えている。改質触媒層７は、例えば、ルテニウムを主成分とする触媒、又は、ニッケルを主成分とする触媒で形成されている。改質触媒層７は、原料ガスと水とが供給される原料供給流路８と接続されている。
【００４８】
原料供給流路８には、加熱部５の外筒部５ｂの上方の外周面に沿う螺旋状の流路を備える蒸発器９が設けられている。原料供給流路８に供給された原料ガス及び水は、燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスにより蒸発器９内で加熱される。
【００４９】
この加熱により、蒸発した水（すなわち、水蒸気）と原料ガスとが混合される。この水蒸気と原料ガスとの混合ガスは、改質触媒層７に送られ、改質触媒層７内で燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスにより６００〜７００℃程度に加熱される。
【００５０】
これにより、混合ガスは、水素、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応のメタン及び水蒸気を含む改質ガスに変化する。改質触媒層７を通過した改質ガスは、一酸化炭素低減部４に送られる。
【００５１】
一酸化炭素低減部４は、蒸発器９に隣接するように設けられ、変成触媒層を備えた変成器１０と選択酸化触媒層を備えた選択酸化器１１とで構成される。変成器１０の変成触媒層は、燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスの熱により、燃料電池６に対して有害な改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気と反応させる。この変成触媒層により、改質ガス中の一酸化炭素の濃度が低減（例えば、１％以下に低減）される。
【００５２】
選択酸化器１１の選択酸化触媒層には、変成器１０の変成触媒層により一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスが供給されると共に、空気供給流路１２を通じて空気が供給される。
【００５３】
選択酸化触媒層は、変成器１０と外径寸法が同じ部分に収納されて、燃焼排ガス流路５ｅを通る燃料排ガスの熱により、変成器１０から流出した改質ガスと空気中の酸素とを反応させて、改質ガス中に残留する一酸化炭素を選択的に酸化除去する。
【００５４】
これにより、燃料電池６に有害な一酸化炭素の濃度が充分に低減された水素含有ガスからなる燃料電池６の発電用の燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス流路１３を通じて燃料電池６のアノードに供給される。燃料電池６は、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された空気（酸素）を用いて発電を行う。
【００５５】
また、反応容器２の上部は、容器固定板１４に固定されている。また、反応容器２の周囲には、反応容器２を覆うように成形断熱材からなる断熱部１５が配置されている。断熱部１５は、有底筒状に形成される。反応容器２は、有底筒状に形成された断熱部１５の開口部から、断熱部１５の穴に挿入される。
【００５６】
ここで、断熱部１５の加工精度は、金属製の反応容器２の加工精度に比べて劣るため、有底筒状に形成された断熱部１５の内周面と多重筒状の反応容器２の外周面との間には、隙間１６（例えば、１〜３ｍｍ程度の隙間）が生じている。
【００５７】
以下、反応容器２における改質部３が内部に配置され相対的に表面温度が高い筒状高温部の外周面と断熱部１５の内周面との隙間を第１隙間１６ａといい、一酸化炭素低減部４（変成器１０と選択酸化器１１）が内部に配置され相対的に表面温度が低い筒状低温部の外周面と断熱部１５の内周面との隙間を第２隙間１６ｂという。
【００５８】
変成器１０から流出した改質ガスと選択酸化用の空気とが混合される部分を含んだ選択酸化器１１が収納された部分の外周方向における断熱部１５の内周面と反応容器２の外周面との隙間、及び選択酸化器１１の上方における固定板１４と反応容器２との隙間には、グラスファイバー等で構成された筒状断熱部１７が設けられている。
【００５９】
反応容器２の筒状高温部の外径は、筒状低温部の外径よりも小さいため、断熱部１５の穴における筒状高温部を覆う部分の内径は、筒状低温部を覆う部分の内径よりも小さい。
【００６０】
そのため、反応容器２の外径が変わる部分には段差部２ｂがあり、断熱部１５の穴の内径が変わる部分には段差部１５ｂがある。
【００６１】
また、反応容器２の段差部２ｂのコーナー部は、直角形状に形成せずに、アール形状に形成しているので、直角形状に形成した場合よりも、反応容器２の量産化に有利である。また、断熱部１５の段差部１５ｂの内周側のコーナー部は、略４５度の面取り加工をしているので、直角形状に形成した場合よりも、断熱部１５の穴に反応容器２を挿入する作業をスムーズに行うことができる。
【００６２】
また、加熱部５の加熱動作（燃焼器５ｃの燃焼動作）によって反応容器２が充分に熱膨張する前は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間で空気が対流して第１隙間１６ａで加熱された空気が第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して変成器１０を加熱するのを許容し、加熱部５の加熱動作（燃焼器５ｃの燃焼動作）によって反応容器２が充分に熱膨張した後においては、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが接触はせずに、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間の空気の対流を制限して第１隙間１６ａで加熱された空気が第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して必要以上に変成器１０を加熱しないように、段差部１５ｂの水平部分と反応容器２との間隔と、段差部１５ｂの面取り加工部分と反応容器２との間隔とを、試行錯誤などにより設定している。
【００６３】
また、断熱部１５の段差部１５ｂの内周側のコーナー部を面取り加工すると共に、反応容器２の段差部２ｂのコーナー部をアール形状に形成しているので、直角形状に形成した場合よりも、反応容器２が加熱部５により加熱されて膨張状態にあるとき（すなわち、水素生成装置１の通常運転時）に、段差部２ｂと段差部１５ｂとが近接する部分の幅を小さくすることができ、反応容器２の熱膨張による寸法変化に対する第１隙間１６ａの空間と筒状断熱部１７が配置された部分を除く第２隙間１６ｂの第２隙間とを連通させる第３隙間の寸法変化を比較的小さくすることができる。
【００６４】
もし、断熱部１５の段差部１５ｂの面取り加工部分と、反応容器２の段差部２ｂの外周側のアール形状に形成されたコーナー部とが、反応容器２の熱膨張により接触してしまった場合は、応力が分散され、また、反応容器２の段差部２ｂの外周側のアール形状に形成されたコーナー部が内周側に弾性変形するので、断熱部１５と反応容器２の損傷は比較的小さくて済む。
【００６５】
断熱部１５の下端部は、断熱部固定板１８に固定されている。断熱部固定板１８は、板材１９により容器固定板１４に固定されている。すなわち、断熱部１５は、容器固定板１４と断熱部固定板１８と板材１９とにより、位置ずれしないように保持されている。
【００６６】
また、容器固定板１４と断熱部固定板１８と板材１９とにより、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが互いに対向するように、反応容器２と断熱部１５とを固定する固定具が構成されている。
【００６７】
水素生成装置１の通常運転時は、反応容器２が加熱部５により加熱されて膨張状態にあ
り、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが、運転停止時よりも近接して、第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへの空気の対流が制限されるので、空気の対流により改質部３の熱が奪われて改質部３の温度が低下することを抑えることができる。
【００６８】
また、空気の対流により、一酸化炭素低減部４（変成器１０と選択酸化器１１）が必要以上に加熱され、一酸化炭素の低減効果が低下したり、変成器１０の変性触媒層と選択酸化器１１の選択酸化触媒層が熱で劣化したりすることを抑えることができる。従って、より一層、水素含有量が高い燃料ガスを生成することができる。
【００６９】
また、水素生成装置１の起動時（起動直後）は、反応容器２が未だ収縮状態にあり、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとが通常運転時よりも離れていて、第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへの空気の対流が許容されるので、この空気の対流により一酸化炭素低減部４の特に変成器１０の変成触媒層の温度をより早く昇温させることができ、また、第２隙間１６ｂの空気から筒状低温部を構成する金属製の筒に伝わった熱は、筒状低温部を構成する金属製の筒の上方に伝わった後に、一酸化炭素低減部４の選択酸化器１１の選択酸化触媒層の温度を変成触媒層よりも低い温度で昇温させるので、起動時間を短縮して、水素含有量が高い燃料ガスを早く生成することができる。
【００７０】
また、一酸化炭素低減部４よりも重力方向の下方に配置された改質部３は、一酸化炭素低減部４よりも早く高温になるので、水素生成装置１の全体の温度が低い起動時に、重力方向の下方から上方へ空気の対流をより起こり易くすることができる。
【００７１】
本実施の形態においては、筒状断熱部１７が、変成器１０から流出した改質ガスと選択酸化用の空気とが混合される部分を含んだ選択酸化器１１が収納された部分の外周方向における断熱部１５と反応容器２との隙間に設けられるので、第１隙間１６ａから第２隙間１６ｂへの空気の対流によって変成器１０が加熱されるときに、選択酸化器１１の選択酸化触媒が必要以上に加熱されるのを抑制することができる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態の水素生成装置１は、多重筒状の金属製の反応容器２と、有底筒状に形成され反応容器２を囲んで断熱する断熱部１５と、を備える。
【００７３】
反応容器２は、改質部３が内部に配置され相対的に表面温度が高い筒状高温部と、一酸化炭素低減部４が内部に配置され相対的に表面温度が低い筒状低温部と、を有する。
【００７４】
改質部３は、燃焼器５ｃの燃焼動作（加熱部５の加熱動作）によって加熱され、原料および水蒸気を反応させて水素を含有する改質ガスを生成する。一酸化炭素低減部４は、改質部３よりも上方に配置され改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を低減する。
【００７５】
断熱部１５の内周面と反応容器２の筒状高温部の外周面との間に形成される第１隙間１６ａは、燃焼器５ｃの燃焼動作（加熱部５の加熱動作）によって反応容器２が充分に熱膨張する前は、空気対流可能に構成されている。
【００７６】
断熱部１５の内周面と反応容器２の筒状低温部の外周面との間に形成される第２隙間１６ｂは、燃焼器５ｃの燃焼動作（加熱部５の加熱動作）によって反応容器２が充分に熱膨張した後も、空気対流可能に構成されている。
【００７７】
反応容器２が充分に熱膨張した後も、反応容器２の段差部２ｂと断熱部１５の段差部１５ｂとの間に第３隙間が残っており（熱膨張した反応容器２が断熱部１５に衝突することはなく）、第３隙間は、反応容器２が充分に熱膨張した後も、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとを連通させている。
【００７８】
第３隙間は、反応容器２が充分に熱膨張する前は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間で空気が対流して第１隙間１６ａで加熱された空気が第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して一酸化炭素低減部４を加熱するのを許容し、反応容器２が充分に熱膨張した後は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間の空気の対流を制限して第１隙間１６ａで加熱された空気が第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して必要以上に一酸化炭素低減部４を加熱しないように、構成されている。
【００７９】
上記構成において、燃焼器５ｃの燃焼動作（加熱部５の加熱動作）によって反応容器２が充分に熱膨張する前は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間で空気が対流して、第１隙間１６ａで加熱された空気が第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して一酸化炭素低減部４を加熱するのを許容し、燃焼器５ｃの燃焼動作（加熱部５の加熱動作）によって反応容器２が充分に熱膨張した後は、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとの間の空気の対流を制限して第１隙間１６ａで加熱された空気が第２隙間１６ｂに侵入して筒状低温部を介して必要以上に一酸化炭素低減部４を加熱しないように、第３隙間を構成した（第３隙間の形状と寸法を設定した）ので、空気の対流を利用して一酸化炭素低減部４の温度を早く昇温させて起動時間を短縮でき、通常運転時は、空気の対流を制限することによって一酸化炭素低減部４が過剰に加熱されず、反応容器２が充分に熱膨張した後も、第１隙間１６ａと第２隙間１６ｂとを連通させる第３隙間が存在するように構成したので、熱膨張した反応容器２が反応容器２を覆う断熱部１５に衝突しないように第３隙間およびその周辺部が構成されることとなり、従来よりも断熱部１５と反応容器２が接触により損傷する可能性を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の水素生成装置は、空気の対流を利用して一酸化炭素低減部の温度をより早く昇温させて起動時間を短縮でき、通常運転時は、空気の対流を制限することによって一酸化炭素低減部が過剰に加熱されず、熱膨張した反応容器が反応容器を覆う断熱部に衝突しないように第３隙間およびその周辺部が構成されるので、従来の水素生成装置よりも断熱部と反応容器が損傷し難いので、家庭用燃料電池システム等に好適である。
【符号の説明】
【００８１】
１  水素生成装置
２  反応容器
３  改質部
４  一酸化炭素低減部
１５  断熱部
１６ａ  第１隙間
１６ｂ  第２隙間
【図１】
2019137592.tif 000003
【図２】
2019137592.tif 000004