(57)【要約】【課題】水素生成装置のＣＯ低減器の温度を水の蒸発量で調整しながら、同時に設計上のＳ／Ｃは一定に保ち、改質触媒の炭素析出による劣化や、効率の低下を防ぐこと。【解決手段】  蒸発器５は、内筒３０と隣接する内側水流路３３ａと、中筒３１と隣接する外側水流路３３ｂと、内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂとを仕切る中間筒２９を有し、水供給器３７は、それぞれ内側水供給器３７ａと外側水供給器３７ｂとで構成されている。外側水流路３３ｂに供給する水流量を調整することでＣＯ低減触媒の温度を適切に調整すると同時に、内側水流路３３ａに供給する水流量を調整することで、発生させる蒸気の量を一定に保ち、設計上のＳ／Ｃは一定とする。【選択図】図１
2019099424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重筒状に配置された内筒、中筒、外筒と、
前記内筒を加熱する加熱器と、
前記中筒と前記内筒との間で水が蒸発する流路を有し、炭化水素系の原料と水が供給されて、前記内筒からの熱により前記原料と前記水との混合ガスを生成する蒸発器と、
前記蒸発器に水を供給する水供給器と、
前記混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、
前記中筒と前記外筒の間にＣＯ低減触媒を充填して形成され、前記改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減器と、
を有し、
前記ＣＯ低減器が前記蒸発器と熱交換する水素生成装置であって、
前記蒸発器は、前記内筒と隣接する内側水流路と、前記中筒と隣接する外側水流路と、前記内側水流路と前記外側水流路とを仕切る中間筒を有し、
前記水供給器は、前記内側水流路に水を供給する内側水供給器と、前記外側水流路に水を供給する外側水供給器とで構成される水素生成装置。
【請求項２】
前記内側水流路と前記外側水流路の少なくとも一方は螺旋状の金属部材で構成される、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
制御器を備え、
前記制御器は、前記外側水流路に供給する水流量が、ＣＯ低減触媒の温度が所定の範囲内となるように前記外側水供給器を制御し、前記外側水流路に供給する水流量と、前記内側水流路に供給する水流量との合計が、一定となるように、前記内側水供給器を制御する、請求項１または２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、炭化水素化合物を原料として、水素含有ガスを生成する水素生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型装置でも高効率な発電を可能とする燃料電池発電システムは、分散型エネルギー供給源の発電システムとして開発が進められている。しかし、発電時の燃料となる水素ガス又は水素含有ガスは、一般的なインフラとして整備されていない。
【０００３】
そこで、一般の燃料電池発電システムは、例えば都市ガス、プロパンガス等の既存の化石原料インフラから供給される原料を利用し、それらの原料と水蒸気（水）との改質反応により水素含有ガスを生成させる水素生成装置を備えている。
【０００４】
一般的に水素生成装置は、原料と水とを改質反応させ、水素含有ガスを生成させる改質器を備える。また、改質器により生成される水素含有ガスには、一酸化炭素が含まれるために、水素含有ガス中の一酸化炭素濃度が低いことが求められる用途の水素生成装置は、改質器により生成された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減させるＣＯ低減器を設けている。ＣＯ低減器は、変成反応で一酸化炭素を低減する変成器と、一酸化炭素を酸化させて除去する選択酸化器とで構成することが多い。
【０００５】
それらの反応器には、各反応に適した触媒、例えば、改質器にはＲｕやＮｉを含んだ改質触媒、変成器にはＣｕ−Ｚｎを含んだ変成触媒、選択酸化器にはＲｕを含んだ選択酸化触媒が用いられている。
【０００６】
また、各触媒には反応に適した設計温度があり、改質触媒は６５０℃程度、変成触媒は２５０℃程度、選択酸化触媒は１５０℃程度で使用されることが多い。特に、ＣＯ低減器では、設計温度より高すぎると、触媒の劣化が早まって所定の耐久時間の確保ができず、設計温度より低すぎると、一酸化炭素を十分に低減させることができなくなる。
【０００７】
改質器に供給する水蒸気（水）と原料の混合ガス中における水分子と炭素原子との比（以下Ｓ／Ｃと記載）は、一定の範囲になるように制御する必要がある。なぜならば、Ｓ／Ｃが小さすぎると、改質触媒部分で炭素が析出し易くなって改質触媒の寿命が短くなり、Ｓ／Ｃが大きすぎると、水を蒸発させるためのエネルギーが多く必要となり効率が下がってしまうからである。
【０００８】
また、家庭用の燃料電池発電システムは、家庭で消費される電力量に応じて発電量を定格運転から部分負荷運転に変えて運転できることが望ましい。
【０００９】
従来の水素生成装置は、図４に示すように、内筒３０と中筒３１の内外２つの筒で構成される蒸発器５は、蒸発器５に対して内側に排ガス流路２２、外側にＣＯ低減器１３を備え、蒸発器５の内外両面で熱交換を行う。
【００１０】
また、蒸発器５は、内筒３０と中筒３１との間に、内筒３０と中筒３１と共に螺旋状の通路を形成するための螺旋状の棒からなる螺旋体３５を備えており、螺旋体３５に沿って水が自重により重量方向の上から下に流れるように設計されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
蒸発器５では、改質反応に必要な水が、内側では燃焼排ガスと、外側では改質ガスまたは触媒と、それぞれ熱交換することにより蒸発し、同時に外側の触媒が所定の温度範囲内に入るように、供給する水の量をコントロールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第５１３８９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の水素生成装置の構成では、常温で一定の負荷における安定運転時においては、設計上のＳ／Ｃを得るために必要な一定の水流量を供給することによって、ＣＯ低減触媒も適温になるように設計されている。
【００１４】
しかしながら、環境温度が常温と大きく異なる時や、負荷変動時、または、起動時においては、ＣＯ低減触媒が冷却過多や冷却不足の状態とならないように水流量をコントロールする必要があるので、設計上のＳ／Ｃが得られなくなり、改質触媒の炭素析出による劣化や、効率の低下が発生するという課題があった。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、内側水流路及び外側水流路を設け、内側水流路と外側水流路とを流れる水流量の比率を調節することによって、設計上のＳ／Ｃは一定としたまま、ＣＯ低減触媒を適温に調節できる水素生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、多重筒状に配置された内筒、中筒、外筒と、内筒を加熱する加熱器と、中筒と内筒との間で水が蒸発する流路を有し、炭化水素系の原料と水が供給されて、内筒からの熱により原料と水との混合ガスを生成する蒸発器と、蒸発器に水を供給する水供給器と、混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、中筒と外筒の間にＣＯ低減触媒を充填して形成され、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減器と、を有し、ＣＯ低減器が蒸発器と熱交換する水素生成装置であって、蒸発器は、内筒と隣接する内側水流路と、中筒と隣接する外側水流路と、内側水流路と外側水流路とを仕切る中間筒を有し、水供給器は、内側水流路に水を供給する内側水供給器と、外側水流路に水を供給する外側水供給器とで構成されるものである。
【００１７】
これによって、外側水流路に供給する水流量を調整することで、ＣＯ低減触媒の温度を適切に調整すると同時に、内側水流路に供給する水流量を調整することで、内側水流路と外側水流路とで発生させる蒸気の合計量を一定に保ち、設計上のＳ／Ｃは一定としたままで、ＣＯ低減触媒を適温に調節することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の水素生成装置は、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、ＣＯ低減触媒が冷却過多や冷却不足の状態とならないように触媒の温度をコントロールして、かつ設計上のＳ／Ｃも一定とすることが可能となり、改質触媒の炭素析出による劣化や、効率の低下を防ぐことが出来る。
【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図
【図２】本発明の実施の形態１の水素生成装置における時間の経過と共に外側水供給器の供給水量を変動させた場合に変成温度が変化することを説明するための説明図
【図３】本発明の実施の形態２における水素生成装置の概略構成図
【図４】従来の水素生成装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、多重筒状に配置された内筒、中筒、外筒と、内筒を加熱する加熱器と、中筒と内筒との間で水が蒸発する流路を有し、炭化水素系の原料と水が供給されて、内筒からの熱により原料と水との混合ガスを生成する蒸発器と、蒸発器に水を供給する水供給器と、混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、中筒と外筒の間にＣＯ低減触媒を充填して形成され、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するＣＯ低減器と、を有し、ＣＯ低減器が蒸発器と熱交換する水素生成装置であって、蒸発器は、内筒と隣接する内側水流路と、中筒と隣接する外側水流路と、内側水流路と外側水流路とを仕切る中間筒を有し、水供給器は、内側水流路に水を供給する内側水供給器と、外側水流路に水を供給する外側水供給器とで構成されるものである。
【００２１】
これによって、外側水流路に供給する水流量を調整することで、ＣＯ低減触媒の温度を適切に調整すると同時に、内側水流路に供給する水流量を調整することで、発生させる蒸気の量を一定に保つことができる。
【００２２】
これによって、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、ＣＯ低減触媒が冷却過多や冷却不足の状態とならないように外側水流路に供給する水流量を調整してＣＯ低減触媒温度をコントロールして、かつ設計上のＳ／Ｃも一定とすることが可能となり、改質触媒の炭素析出による劣化や、効率の低下を防ぐことが出来る。
【００２３】
第２の発明は、特に第１の発明において、内側水流路と外側水流路の少なくとも一方は螺旋状の金属部材で構成されたものである。
【００２４】
これによって、水と内筒または水と外筒との熱交換性が良くなり、かつ水がスムーズに流れ易くなるので、外側水流路に供給する水流量の調整によるＣＯ低減触媒の温度への応答性、及び内側水流路に供給する水流量の調整による蒸気発生の応答性をよくできる。
【００２５】
これによって、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、ＣＯ低減触媒が冷却過多や冷却不足の状態とならないように外側水流路に供給する水流量を調整し、より素早くＣＯ低減触媒温度をコントロールすることができる。
【００２６】
第３の発明は、特に第１の発明または第２の発明に加えて、制御器を備え、制御器は、外側水流路に供給する水流量が、ＣＯ低減触媒の温度が所定の範囲内となるように外側水供給器を制御し、外側水流路に供給する水流量と、内側水流路に供給する水流量との合計が、一定となるように、内側水供給器を制御するものである。
【００２７】
これによって、外側水流路に供給する水流量を調整することでＣＯ低減触媒の温度を適切に調整すると同時に、内側水流路に供給する水流量を調整することで、発生させる蒸気の量を一定に保つことがより確実に実現できる。
【００２８】
これによって、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、ＣＯ低減触媒が冷却過多や冷却不足の状態とならないように外側水流路に供給する水流量を調整してＣＯ低減触媒温度をコントロールして、かつ設計上のＳ／Ｃも一定とすることが可能となり、改質触媒の炭素析出による劣化や、効率の低下を防ぐことが出来る。
【００２９】
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、本発明の実
施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（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図である。図１に示すように、内筒３０、中筒３１、及び外筒３２は、軸方向が略鉛直方向になる多重筒状に配置され、内筒３０の内側には、内筒３０を加熱する加熱器１９が配置され、中筒３１と内筒３０との間には、蒸発器５が形成されている。
【００３１】
蒸発器５には、内筒３０と隣接する内側水流路３３ａと、中筒３１と隣接する外側水流路３３ｂとの二つの水流路３３が存在し、内側水流路３３ａは金属の内側螺旋体３５ａで、外側水流路３３ｂは金属の外側螺旋体３５ｂで形成されている。
【００３２】
内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂとは、中間筒２９で仕切られている。水供給器３７は、水を供給するポンプであって、内側水供給器３７ａと外側水供給器３７ｂの二つが存在する。
【００３３】
内側水供給器３７ａは内側水流路３３ａに接続されて内側水流路３３ａに水を供給し、外側水供給器３７ｂは外側水流路３３ｂに接続されて外側水流路３３ｂに水を供給する。
【００３４】
原料供給器３９は炭化水素系の原料を供給するブロアであり、本実施の形態の原料供給器３９はメタンを供給する。原料供給器３９には、内側原料供給器３９ａと外側原料供給器３９ｂの二つが存在し、内側原料供給器３９ａは内側水流路３３ａへ原料を供給し、外側原料供給器３９ｂは外側水流路３３ｂへ原料を供給する。
【００３５】
加熱器１９は燃焼排ガスを発生させるバーナであり、燃焼筒２１内で燃焼し、燃焼筒２１の下流部には燃焼排ガスが流通する排ガス流路２２が、排ガス流路２２の下流部に排出口２３が、それぞれ構成される。
【００３６】
蒸発器５では、水供給器３７から供給された水を蒸発させ、原料供給器３９から供給された原料との混合ガスを生成する。改質器１０は内筒３０と中筒３１との間に形成され、改質触媒１１が充填され、蒸発器５で生成された混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する。
【００３７】
ＣＯ低減器１３は、中筒３１と外筒３２の間に形成され、変成器１４と選択酸化器１５で構成される。変成器１４は、変成触媒が充填され、改質器１０から流出した改質ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減する。変成器１４には変成器の温度を検知するための、変成温度センサ１２を設置している。
【００３８】
選択酸化器１５は、中筒３１と外筒３２の間にあって変成器１４の下流部に形成され、選択酸化触媒が充填され、変成器１４から流出した改質ガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により、さらに低減する。選択酸化器１５の下流部に出口配管１７が構成されている。
【００３９】
制御器３８は、信号入出力部（図示せず）と、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えている。
【００４０】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１について、以下その動作、作用を説明する。
【００４１】
水素生成装置１は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給
する。本実施の形態では、定格運転時に１６Ｌ／分の水素を得るために、原料を原料供給器３９から４．３Ｌ／分、水を水供給器３７から１２ｃｃ／分供給することによって、Ｓ／Ｃを３とする条件で運転している。
【００４２】
水は二つの水供給器３７から供給され、内側水供給器３７ａから供給される水流量と、外側水供給器３７ｂから供給される水流量の合計が１２ｃｃ／分である。
【００４３】
原料も二つの原料供給器３９から供給され、内側原料供給器３９ａから供給される原料量と、外側原料供給器３９ｂから供給される原料量の合計が４．３Ｌ／分である。
【００４４】
外側水供給器３７ｂから供給される水は、外側水流路３３ｂを外側螺旋体３５ｂに沿って下方に流れ、中筒３１を介して、ＣＯ低減器１３を流れる改質ガスと主に熱交換して蒸発することにより、変成器１４内の触媒を冷却する。
【００４５】
内側水供給器３７ａから供給される水は、内側水流路３３ａを内側螺旋体３５ａに沿って下方に流れ、内筒３０を介して、排ガス流路２２を流れる燃焼排ガスと主に熱交換して蒸発するが、変成器１４内の触媒を直接は冷却しない。
【００４６】
制御器３８は、変成温度センサ１２から都度得られる変成器１４の温度計測値を元に、変成温度センサ１２の入力値が予め記憶している変成温度センサ１２の目標値と同じになるように、外側水供給器３７ｂのポンプ能力を調整し、０〜１２ｃｃ／分の範囲内で、外側水流路３３ｂへ水を適量供給する制御を行う。
【００４７】
図２は、本実施の形態の水素生成装置１における時間の経過と共に外側水供給器の供給水量を変動させた場合に変成温度が変化することを説明するための説明図である。
【００４８】
変成温度センサ１２が予め記憶している変成温度センサ１２の目標値は、変成器１４が改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために適切な所定の温度範囲とするための設定値であり、本実施の形態では、所定の温度範囲を２００℃〜３００℃、目標値を２５０℃と設定した。
【００４９】
図２において、変成温度センサ１２から都度得られる計測値がＢ℃であるとき、２５０℃＞Ｂ℃となる時間Ｔ０〜Ｔ１およびＴ２〜Ｔ３のときは外側水供給器３７ｂの供給水流量をダウンさせることで、水による変成器１４の冷却を弱める。
【００５０】
また、２５０℃＜Ｂ℃となる時間Ｔ１〜Ｔ２およびＴ３〜Ｔ４のときは外側水供給器３７ｂの供給水流量をアップさせることで、水による変成器１４の冷却を強め、Ｂが所定の温度範囲２００℃〜３００℃以内となるように制御する。
【００５１】
さらに、外側水供給器３７ｂから外側水流路３３ｂへ供給される水流量に応じて、内側水供給器３７ａから内側水流路３３ａへ供給される水流量を調整し、外側水流路３３ｂを流れる流量と内側水流路３３ａを流れる流量との合計が１２ｃｃ／分となるように、水供給器３７を制御する。
【００５２】
また、外側原料供給器３９ｂから外側水流路３３ｂへと供給される原料量と、内側原料供給器３９ａから内側水流路３３ａへと供給される原料量とを合計して、４．３Ｌ／分の原料量が原料供給器３９から供給される。結果としてＳ／Ｃを３とする条件を実現している。
【００５３】
定格運転以外の負荷運転時において下記に説明する。
【００５４】
定格運転以外の負荷運転時において、Ｓ／Ｃを３として運転するため、原料をＥＬ／分供給するとき、水を（数１）に示す量、Ｆｃｃ／分供給する。
【００５５】
【数１】
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【００５６】
このとき、外側水流路３３ｂには変成器１４が所定の温度範囲２００℃〜３００℃となるような適量の水を０〜Ｆｃｃ／分の範囲内で外側水供給器３７ｂから供給し、内側水流路３３ａには、外側水流路３３ｂに供給される水の供給量との合計がＦｃｃ／分となるような流量の水を内側水供給器３７ａから供給する。
【００５７】
これにより、定格運転以外の負荷運転時においても、Ｓ／Ｃを３としたまま、変成器１４の温度を所定の温度範囲とすることができる。
【００５８】
以上のように構成することにより、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、外側水流路３３ｂに供給する水流量を調整することで変成器１４の温度を適切に調整すると同時に、内側水流路３３ａに供給する水流量を調整することで、内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂとで発生させる蒸気の合計量を一定に保ち、設計上のＳ／Ｃは一定としたまま、変成器１４の温度を所定範囲内のに調節できる水素生成装置１を提供することができる。
【００５９】
なお、変成器１４の温度を所定の範囲内とするするために、外側水供給器３７ｂによる水供給流量を決定するには、ＰＩＤコントローラを用いて、変成温度センサ１２の目標値２５０℃と、変成温度センサ１２の温度計測値との偏差がゼロとなるように、外側水供給器３７ｂの水供給流量を演算して、外側水供給器３７ｂのポンプを運転してもよい。
【００６０】
内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂは螺旋状の金属部材で構成されているので、内側水流路３３ａと内筒３０との熱交換性、外側水流路３３ｂと中筒３１との熱交換性はそれぞれ良く、かつ水がスムーズに流れ易くなっている。これにより、ＣＯ低減器１３の温度を調整する応答性、及び蒸気発生の応答性がよくなるようにしている。
【００６１】
また、外側水流路３３ｂに水が全量供給されるときは、内側水流路３３ａは水が供給されない淀み部となり、一方、内側水流路３３ａに水が全量供給されるときは、外側水流路３３ｂは水が供給されない淀み部となるが、いずれも状態であっても、水素生成装置１の運転に問題が発生することは無い。
【００６２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の概略構成図である。
【００６３】
図３に示す本実施の形態の水素生成装置２において、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１と同一構成要素には同一符号を付与して、その詳細な説明を省略する。
【００６４】
図３に示す本実施の形態の水素生成装置２において、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１と異なる部分は、本実施の形態の水供給器３７は１個であり、内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂとに流れる水流量は水分流器４０により分流していることと、本実施の形態の原料供給器３９も１個であり、内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂとに流れる原料量は原料分流器４１により分流していることである。
【００６５】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置２について、以下その動作、作用を説明する。
【００６６】
水素生成装置２は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に１６Ｌ／分の水素を得るために、原料を原料供給器３９から４．３Ｌ／分、水を水供給器３７から１２ｃｃ／分供給することによって、Ｓ／Ｃを３とする条件で運転している。
【００６７】
水は水供給器３７から１２ｃｃ／分供給され、水分流器４０によって、内側水流路３３ａへ供給する水流量と、外側水流路３３ｂへ供給する水流量とに分流される。
【００６８】
原料は原料供給器３９から４．３Ｌ／分供給され、内側水流路３３ａへ供給する原料量と、外側水流路３３ｂへ供給する原料量とに分流される。
【００６９】
外側水流路３３ｂへ分流される水は、外側螺旋体３５ｂに沿って下方に流れ、中筒３１を介して、ＣＯ低減器１３を流れる改質ガスと主に熱交換して蒸発することにより、変成器１４内の触媒を冷却する。
【００７０】
内側水流路３３ａへ分流される水は、内側螺旋体３５ａに沿って下方に流れ、内筒３０を介して、排ガス流路２２を流れる燃焼排ガスと主に熱交換して蒸発するが、変成器１４内の触媒を直接は冷却しない。
【００７１】
制御器３８は、変成温度センサ１２から都度得られる入力信号値を元に、変成温度センサ１２の入力値が予め記憶している変成温度センサ１２の目標値と同じになるように、水分流器４０を調整し、０〜１２ｃｃ／分の範囲内で、外側水流路３３ｂへ水を適量分流する制御を少なくとも行う。
【００７２】
変成温度センサ１２が予め記憶している変成温度センサ１２の目標値は、変成器１４が改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために適切な所定の温度範囲とするための設定値であり、本実施の形態では、所定の温度範囲を２００℃〜３００℃、目標値を２５０℃と設定した。
【００７３】
ここで、変成温度センサ１２から都度得られる計測値がＤ℃であるとき、２５０℃＞Ｄのときは、外側水流路３３ｂへの分流量が少なくなるように水分流器４０を調整することで、水による変成器１４の冷却を弱める。また、２５０℃＜Ｄのときは外側水流路３３ｂへの分流量が多くなるように水分流器４０を調整することで、水による変成器１４の冷却を強め、Ｄが所定の温度範囲２００℃〜３００℃となるように制御する。
【００７４】
変成温度センサ１２の計測値により外側水流路３３ｂに供給される流量は変動するが、水分流器４０により内側水流路３３ａに供給される流量も変動するため、外側水流路３３ｂに供給される流量と内側水流路３３ａに供給される流量との合計は、水供給器３７の供給量である１２ｃｃ／分となる。
【００７５】
また、原料は原料分流器４１によって、外側水流路３３ｂへと供給される原料量と、内側水流路３３ａへと供給される原料量とに分流されるが、外側水流路３３ｂへと供給される原料量と、内側水流路３３ａへと供給される原料量とを合計は、原料供給器３９の供給量である４．３Ｌ／分となる。結果としてＳ／Ｃを３とする条件を実現している。
【００７６】
定格運転以外の負荷運転時において下記に説明する。
【００７７】
定格運転以外の負荷運転時においてもＳ／Ｃを３として運転するため、原料供給器３９から原料をＧＬ／分供給するとき、水供給器３７から水を（数２）に示す量、Ｈｃｃ／分供給する。
【００７８】
【数２】
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【００７９】
このとき、外側水流路３３ｂには変成器１４が所定の温度範囲２００℃〜３００℃となるような適量の水を０〜Ｈｃｃ／分の範囲内で水分流器４０から分流し、内側水流路３３ａには、外側水流路３３ｂに供給される水の供給量との合計がＨｃｃ／分となるような流量の水を水分流器４０から分流する。
【００８０】
以上のように構成することにより、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、外側水流路３３ｂに供給する水流量を調整することで変成器１４の温度を所定の範囲内に調整すると同時に、内側水流路３３ａに供給する水流量を調整することで、内側水流路３３ａと外側水流路３３ｂとで発生させる蒸気の合計量を一定に保ち、設計上のＳ／Ｃは一定としたまま、変成器１４の温度を所定の範囲内に調節できる水素生成装置２を提供することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態では円筒形状で構成される水素生成装置について説明しているが、円筒形状以外の反応器にも当てはまることは言うまでもない。また、加熱器１９は内筒３０の内側に構成される燃焼バーナとして説明しているが、燃焼排ガスが排ガス流路２２に導入される構成であればよく、内筒３０の内側以外または水素生成装置以外の外部にあっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかる水素生成装置は、環境温度が常温と大きく異なる時、負荷変動時、起動時においても、ＣＯ低減触媒が冷却過多や冷却不足の状態とならないように水流量をコントロールして、かつ設計上のＳ／Ｃも一定とし、改質触媒の炭素析出による劣化や、効率の低下を防ぐことが出来るので、水素生成装置にだけではなく一般に外部の温度調節に用いる蒸発器を有する機器全般に応用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１  水素生成装置
２  水素生成装置
５  蒸発器
１０  改質器
１１  改質触媒
１２  変成温度センサ
１３  ＣＯ低減器
１４  変成器
１５  選択酸化器
１７  出口配管
１９  加熱器
２１  燃焼筒
２２  排ガス流路
２３  排出口
２９  中間筒
３０  内筒
３１  中筒
３２  外筒
３３  水流路
３３ａ  内側水流路
３３ｂ  外側水流路
３５  螺旋体
３５ａ  内側螺旋体
３５ｂ  外側螺旋体
３７  水供給器
３７ａ  内側水供給器
３７ｂ  外側水供給器
３８  制御器
３９  原料供給器
３９ａ  内側原料供給器
３９ｂ  外側原料供給器
４０  水分流器
４１  原料分流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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