(57)【要約】【課題】水供給量が不足する場合でも、改質触媒に析出した炭素等によって流路閉塞するのを抑制できる水素生成装置を提供する。【解決手段】内筒１の主軸方向から見て十字形（火炎の根元側の横断面が十字形）の十字形火炎１３を形成するバーナ６を用いて、その外周側に位置する改質触媒３に（内筒１の周方向に、略４５度毎に、温度が比較的高くなる高温部と、温度が比較的低くなる低温部とを、交互に繰り返す）温度分布をつけ、水不足の異常が生じた場合においても改質触媒３の低温部が炭素析出しない温度に保持され、水（水蒸気）と都市ガスとの混合ガスが、改質触媒３の低温部を通過できるように水素生成装置１００を構成する。これにより、改質触媒３に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒３に起因する流路閉塞を抑制でき、より長期に渡って継続して水素生成装置１００を運転できる。【選択図】図１
2019085288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ径が異なる多重の円筒状構造体の最も内側に位置する第１筒と、
前記第１筒の外側に位置する第２筒と、
前記第１筒を内部から加熱するバーナと、
前記第１筒と前記第２筒との間にあって水と原料ガスとの混合ガスの供給による水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒と、
を備えた水素生成装置であって、
前記バーナで形成される火炎の形態が前記第１筒の主軸方向から見たとき十字形であることを特徴とする、
水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料と水を用いて水素含有ガスを生成させる水素生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（例えば、固体高分子形燃料電池）をはじめとする水素利用機器が燃料に用いる水素の供給手段は、通常、インフラストラクチャーとして整備されていない。従って、水素利用機器を運転するためには、その水素利用機器の設置場所において、水素を生成する必要がある。そのため、従来の水素利用機器では、水素利用機器と共に、水素生成装置が併設されることが多い。
【０００３】
この水素生成装置では、例えば、水蒸気改質法を用いて、水素を生成する。この水蒸気改質法では、天然ガス、プロパンガス、ナフサ、ガソリン、灯油等の炭化水素系の原料（原料ガス）、又は、メタノール等のアルコール系の原料と水とが混合される。そして、その混合物が、改質触媒に供給される。すると、改質触媒では、水蒸気改質反応が進行することにより、水素を含有する水素含有ガスが生成される。
【０００４】
ところで、水蒸気改質法により水素生成装置で水素含有ガスを生成する場合には、水素生成装置に供給する水の量を適切に調整する必要がある。その理由は、水素生成装置の運転中、改質触媒が高温（例えば、ニッケル触媒の場合は５００℃以上）である場合に、原燃料の供給量に対して水の供給量が不足すると、原料の炭化等によって、改質触媒の表面に炭素が析出することで、水素生成装置の性能が著しく低下するからである。
【０００５】
そこで、燃料電池システム内の水素生成装置への水の供給を開始してから所定時間経過後に、圧力検知器を用いて、水を供給する前後の水素生成装置内部の圧力を検知し、水素生成装置内部の圧力が所定の圧力閾値以下である場合に、燃料電池システムの運転を停止することにより、改質触媒への炭素析出を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図９は、特許文献１に記載された、従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【０００７】
図９に示すように、従来の燃料電池システム４００は、原料および水を用いて水素含有ガスを生成する改質触媒を備える水素生成装置４０１と、水素生成装置４０１で生成した水素含有ガスを用いて発電する燃料電池４０２と、水素生成装置４０１に原料を供給する原料供給器４０３と、水素生成装置４０１に水を供給する水供給器４０４と、水素生成装置４０１の内部の圧力を検知する圧力検知器４０５と、燃料電池システム４００を構成する各構成要素の動作を適宜制御する制御器４０６と、を備える。
【０００８】
上記構成において、制御器４０６は、水素生成装置４０１に水が供給されるよう水供給器４０４が制御されているときに圧力検知器４０５により検知される水素生成装置４０１の内部の圧力に基づいて、水素生成装置４０１に水が原料の供給量に応じた適切な供給割合以上で供給されていないと判定すると、燃料電池システム４００の運転を停止させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第５１４７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の燃料電池システム４００の水素生成装置４０１では、水素生成装置４０１への水の供給を開始してから所定時間経過した後、もしくは、改質触媒が所定温度に達した後に、圧力検知器４０５により水素生成装置４０１の内部の圧力を検知して水素生成装置４０１の運転停止の判断をする必要がある。
【００１１】
このため、運転停止の判断時には改質触媒は高温になっているので、水素生成装置４０１への水の供給量不足が発生してから、水素生成装置４０１の内部の圧力に基づく水の供給不足の異常を検知するまでの間に、改質触媒への炭素析出が起こるのを防ぐことができない。
【００１２】
その結果、水供給異常が繰り返し起こった場合には、改質触媒に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した触媒によって水素生成装置４０１の流路閉塞を招いてしまうという課題があった。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水供給異常が生じた場合であっても、改質触媒に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒に起因する水素生成装置の流路閉塞を抑制することが可能な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】
【００１４】
前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、それぞれ径が異なる多重の円筒状構造体の最も内側に位置する第１筒と、第１筒の外側に位置する第２筒と、第１筒を内部から加熱するバーナと、第１筒と第２筒との間にあって水と原料ガスとの混合ガスの供給による水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒と、を備えた水素生成装置であって、バーナで形成される火炎の形態が第１筒の主軸方向から見たとき十字形であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、第１筒およびその外側に位置する改質触媒は、十字形の火炎が第１筒に近接する位置は加熱量が比較的多くなって温度が比較的高く、十字形の火炎が第１筒に近接しない位置は加熱量が比較的少なくなって温度が比較的低くなる。
【００１６】
第１筒は、横断面が十字形の火炎によって内側から加熱されるので、改質触媒は、第１筒の周方向に、略４５度毎に、温度が比較的高くなる高温部と、温度が比較的低くなる低温部とを、交互に繰り返すことになる。
【００１７】
そして、水供給異常が生じた場合においても改質触媒の低温部は炭素析出しない温度に保持され、水と原料ガスとの混合ガスは、改質触媒の低温部を多重の円筒状構造体の軸方向に流れるように構成する。
【００１８】
この結果、水供給異常が生じた場合にも、改質触媒の低温部では改質触媒に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒に起因する水素生成装置の流路閉塞を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水素生成装置によれば、水供給異常が生じた場合にも改質触媒に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒に起因する水素生成装置の流路閉塞を抑制できる。これにより、水供給異常が繰り返し起こった場合にも水素生成装置を継続して運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成を示す概略縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１および２における水素生成装置のバーナの概略構成を示す縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１における水素生成装置のバーナの十字形火炎と燃焼用空気との関係を示す説明図
【図４】図１のＡ−Ａ’断面図
【図５】本発明の実施の形態１における水素生成装置の改質触媒温度の周方向分布を示す特性図
【図６】本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成を示す概略縦断面図
【図７】図６のＦ−Ｆ’断面図
【図８】本発明の実施の形態２における水素生成装置の改質触媒温度の周方向分布を示す特性図
【図９】従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、それぞれ径が異なる多重の円筒状構造体の最も内側に位置する第１筒と、第１筒の外側に位置する第２筒と、第１筒を内部から加熱するバーナと、第１筒と第２筒との間にあって水と原料ガスとの混合ガスの供給による水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒と、を備えた水素生成装置であって、バーナで形成される火炎の形態が第１筒の主軸方向から見たとき十字形であることを特徴とするものである。
【００２２】
これによって、十字形の火炎を形成するバーナを用いて、その外周側に位置する改質触媒に（第１筒の周方向に、略４５度毎に、温度が比較的高くなる高温部と、温度が比較的低くなる低温部とを、交互に繰り返す）温度分布をつけ、水供給異常が生じた場合においても改質触媒の低温部は炭素析出しない温度に保持され、水と原料ガスとの混合ガスが、改質触媒の低温部を通過できるように構成する。
【００２３】
このため、水供給異常が生じた場合にも改質触媒の低温部では改質触媒に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒に起因する水素生成装置の流路閉塞を抑制することができる。
【００２４】
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。
【００２５】
（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構成を示す概略断面図である。
【００２６】
図１に示すように、水素生成装置１００は、径が異なる３個の円筒体を、それぞれの鉛直方向の中心軸が重なり、径の比較的大きい円筒体が径の比較的小さい円筒体を囲むように配置した多重筒状構造になっており、中心軸から外側に向かって順に、第１筒である内筒１、第２筒である中筒２、および、外筒４が同心状に配されている。内筒１と中筒２との間には、改質触媒３が充填されている。
【００２７】
また、バーナ６は内筒１の内側に形成された燃焼室１１の上部に配されている。
【００２８】
中筒２の上部側面には原料供給器１６および水供給器１７を用いて原料である都市ガスおよび水を内筒１と中筒２との間の上部に導入する原料供給口７が、また、外筒４の上部側面には都市ガスおよび水を改質して得られ中筒２と外筒４との間を上昇してきた水素含有ガスを取り出す水素含有ガス出口８が設けられている。
【００２９】
バーナ６の上部には、燃料供給器１９を用いて都市ガスを燃料として導入する燃料供給口９と、燃焼用空気供給器１８を用いて燃焼用空気を導入する燃焼用空気供給口１０とが設けられている。燃焼室１１の下部には、燃焼室１１で生成した燃焼排ガスを放出するための排気口５が設けられている。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置のバーナの概略構成図である。
【００３１】
図２に示すように、水素生成装置１００のバーナ６は、バーナ６の中心軸上に配置されて鉛直方向に延び燃料供給器１９から燃料供給口９を通じて供給された燃料を下端（先端）部近傍で周囲方向（半径方向外側）に放射状（例えば、１６方向）に噴出する複数（例えば、１６個）の燃料噴出孔２２を有する燃料配管２１と、下方に開口し火炎放出方向（下方）に徐々に内径が拡大する略すり鉢形状で燃料配管２１の燃料噴出孔２２が形成された下端（先端）部を囲むように配置されて火炎を形成して保持する炎形成室を形成すると共に、周囲から炎形成室の中心軸方向に燃焼用空気供給器１８から燃焼用空気供給口１０を通じて供給された燃焼用空気を噴出する複数の空気噴出孔３７が形成された炎孔板３６と、を備える。
【００３２】
内筒１は、炎孔板３６の外周部分と接合され、燃料配管２１と炎孔板３６を囲み、燃焼用空気供給器１８から供給される燃焼用空気を漏れることなく空気噴出孔３７から噴出させる。
【００３３】
炎孔板３６の空気噴出孔３７は、比較的小径の空気噴出孔３７が火炎放出方向に配列された部分と、比較的大径の空気噴出孔３７が火炎放出方向に配列された部分とが、周方向に等間隔で、周方向に４５度毎に交互に繰り返され、それぞれ、４箇所ずつある。
【００３４】
本実施の形態では、比較的大径の空気噴出孔３７の内径の大きさを、比較的小径の空気噴出孔３７の内径の大きさの約１．５倍としたが、これに限定しない。
【００３５】
バーナ６は、燃料供給器１９から供給された燃料が、バーナ６の中心軸上に配置された燃料配管２１の複数の燃料噴出孔２２から外側の炎孔板３６に向かって噴出し、炎孔板３６の内周面に沿って下方に流れながら炎孔板３６に開口した数列の空気噴出孔３７から噴出する燃焼用空気と混合されて燃焼するように構成されている。
【００３６】
バーナ６で形成される火炎は、空気噴出孔３７に形成される１次火炎と、その１次火炎で燃焼しなかった燃料が燃焼する炎孔板３６（炎形成室）の下方に延びる２次火炎とからなる。
【００３７】
本実施の形態では、炎孔板３６は、比較的小径の空気噴出孔３７が火炎放出方向に配列された部分と、比較的大径の空気噴出孔３７が火炎放出方向に配列された部分とが、周方向に等間隔で、周方向に４５度毎に交互に繰り返され、それぞれ、４箇所ずつあるので、空気噴出孔３７から噴出する燃焼用空気の流量に強弱ができ、比較的大径の空気噴出孔３７から比較的小径の空気噴出孔３７よりも多くの燃焼用空気が炎形成室の火炎に向かって供給されることになり、炎形成室の中心に存在する未燃焼の燃料の領域まで燃焼用空気が押し込まれるようになっている。
【００３８】
その結果、従来、空気噴出孔の内径が炎孔板の全周にわたって同じであったために、円形であった２次火炎の断面形状を、星形（略十字形）に変形させて、炎形成室の単位体積当たりの燃焼反応の反応帯面積を拡大（火炎断面の反応帯の周方向長さを従来のものより約２倍に延長）して、２次火炎の長さが従来のものより約２／３に短縮されるように設計
されている。
【００３９】
比較的大径の空気噴出孔３７に形成された１次火炎は、比較的小径の空気噴出孔３７に形成された１次火炎よりも大きくなり、２次火炎は、４箇所の比較的大径の空気噴出孔３７が火炎放出方向に配列された部分に面する部分が炎孔板３６（炎形成室）の中心軸方向に向かって押し込まれ、４箇所の比較的小径の空気噴出孔３７が火炎放出方向に配列された部分に面する部分が炎孔板３６近くまで引き延ばされて、２次火炎の断面形状が略十字形となっている。
【００４０】
バーナ６の炎孔板３６で形成される火炎の形状は、内筒１の主軸方向から見て十字形であり（以下、十字形火炎１３と呼ぶ）、十字形火炎１３の４箇所の頂点（凸部）は内筒１の内周面に近接し、十字形火炎１３の隣接する頂点の間にある十字形火炎１３の４箇所の凹部は炎孔板３６（炎形成室）の中心軸に近接するようにしている。
【００４１】
十字形火炎１３の根元側の横断面は、相対的に十字形火炎１３と内筒１との距離が小さい部分と、相対的に十字形火炎１３と内筒１との距離が大きい部分とが、周方向に４５度毎に、交互に繰り返す形状になっており、相対的に十字形火炎１３と内筒１との距離が小さい部分が、周方向に、９０度間隔で、４箇所あり、相対的に十字形火炎１３と内筒１との距離が大きい部分が、周方向に、９０度間隔で、４箇所ある。
【００４２】
図４は、図１に示すＡ−Ａ’線における断面の概略図である。
【００４３】
図４に示すように、水素生成装置１００の図１に示すＡ−Ａ’断面を内筒１の主軸方向から見たとき、バーナ６により燃焼室１１内には十字形の十字形火炎１３が形成されている。
【００４４】
原料供給器１６は、原料である都市ガスを水素生成装置１００の内筒１と中筒２との間に充填された改質触媒３に供給するポンプである。水供給器１７は、水素生成装置１００の内筒１と中筒２との間に充填された改質触媒３に供給する水の流量を調整するポンプである。燃焼用空気供給器１８は、水素生成装置１００のバーナ６に燃焼用空気を供給するポンプである。燃料供給器１９は、水素生成装置１００のバーナ６に燃料である都市ガスを供給するポンプである。
【００４５】
以上のように構成された水素生成装置１００について、以下、その動作、作用を具体的に説明する。
【００４６】
原料供給口７より導入された都市ガスおよび水は、都市ガスと水蒸気との混合ガスになった後に、内筒１と中筒２との間に充填された改質触媒３を通流して水蒸気改質反応により改質され、得られた水素含有ガスが、中筒２と外筒４との間に形成された環状空間を上方へと流れ、水素含有ガス出口８より取り出される。
【００４７】
バーナ６から送出される都市ガスと空気とが、バーナ６下方の燃焼室１１で燃焼する。燃焼室１１で形成される火炎は、内筒１の主軸方向から見たときに、十字形をしている。
【００４８】
燃焼室１１で形成された十字形火炎１３は、内筒１を介して改質触媒３を加熱し、水蒸気改質反応を進行させる。
【００４９】
図５は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の改質触媒温度の周方向分布を示す特性図である。
【００５０】
図４、図５に示すように、バーナ６により燃焼室１１で形成される火炎は十字形火炎１３であり、十字形火炎１３と内筒１との距離は、距離が比較的小さい部分と、距離が比較的大きい部分とが、周方向に等間隔で、周方向に４５度毎に交互に繰り返され、それぞれ４箇所ずつある。
【００５１】
このため、十字形火炎１３と内筒１が近接する位置では、十字形火炎１３が内筒１および改質触媒３をより効率的に加熱することにより、内筒１および改質触媒３の温度は、図５に示すように、周方向に、温度が比較的高い部分と、温度が比較的低い部分とが、周方向に等間隔で、周方向に４５度毎に交互に繰り返される分布をつけることができる。
【００５２】
つまり、十字形火炎１３と内筒１が近接する位置（図４に示すＣ−Ｃ’断面およびＥ−Ｅ’断面）は比較的高温とし、十字形火炎１３と内筒１が近接しない位置（図４に示すＢ−Ｂ’断面およびＤ−Ｄ’断面）は比較的低温にすることができる。
【００５３】
本実施の形態においては、改質触媒３の温度は、十字形火炎１３と内筒１が近接する位置（図４に示すＣ−Ｃ’断面およびＥ−Ｅ’断面）で６３０℃、十字形火炎１３と内筒１が近接しない位置（図４に示すＢ−Ｂ’断面およびＤ−Ｄ’断面）で４４０℃となる。
【００５４】
ところで、本実施の形態で用いた改質触媒３であるニッケル触媒は、触媒温度５００℃以上で水の供給が停止する水切れが起こると、都市ガス中の炭化水素の炭化等により、顕著な炭素析出が生じる。
【００５５】
しかしながら、図５に示すように、本実施の形態の水素生成装置１００の改質触媒３には周方向に温度分布があり、改質触媒３には顕著な炭素析出を抑制することが可能な５００℃以下の低温部がある。このため、水素生成装置１００の運転中に水切れが起きた際にも、改質触媒３全体で炭素析出が進行するのを抑制できる。
【００５６】
これにより、水切れが繰り返し起きた場合においても、改質触媒３低温部（図４に示すＢ−Ｂ’断面およびＤ−Ｄ’断面）では改質触媒３に析出した炭素や、析出した炭素により改質触媒３が粉化することによる流路閉塞が起こらないため、水供給器１７である水ポンプの動作不良等で水切れが発生した後においても、水素生成装置１００は運転することが可能である。
【００５７】
以上のように、本実施の形態の水素生成装置１００においては、内筒１の主軸方向から見て十字形（火炎の根元側の横断面が十字形）の十字形火炎１３を形成するバーナ６を用いて、その外周側に位置する改質触媒３に（内筒１の周方向に、略４５度毎に、温度が比較的高くなる高温部と、温度が比較的低くなる低温部とを、交互に繰り返す）温度分布をつけ、水供給異常（水切れ）が生じた場合においても改質触媒３の低温部が炭素析出しない温度に保持され、水（水蒸気）と都市ガスとの混合ガスが、改質触媒３の低温部を通過できるように構成する。
【００５８】
これにより、改質触媒３に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒３に起因する水素生成装置１００の流路閉塞を抑制することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、バーナ６により燃焼室１１で形成される火炎は十字形火炎１３であると説明しているが、十字形状以外で、頂点が３ヶ所または５ヶ所以上である星形火炎形状であっても同様の効果が得られる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、水切れを繰り返した場合を例示したが、水供給経路の異常等により、水素生成装置１００に供給される水流量が所定値以下になる場合であって
も同様の効果が得られる。
【００６１】
また、改質触媒３としては、ニッケル触媒に限定されることはなく、水供給異常により炭素析出が生じる触媒であれば、どのような触媒であっても構わない。例えば、ルテニウム触媒としてもよい。
【００６２】
また、燃料供給口９に供給する燃料として都市ガスを用いたが、水素生成装置１００で生成した水素含有ガスの一部を還流して用いてもよい。
【００６３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成を示す概略断面図である。実施の形態２の水素生成装置２００において、実施の形態１の水素生成装置１００と同一構成については、同一符号を付している。
【００６４】
図６において、水素生成装置２００は、径が異なる３個の円筒体を、それぞれの鉛直方向の中心軸が重なり、径の比較的大きい円筒体が径の比較的小さい円筒体を囲むように配置した多重筒状構造になっており、中心軸から外側に向かって順に、燃焼筒１４、第１筒である内筒１、第２筒である中筒２、および、外筒４が同心状に配されている。内筒１と中筒２との間には、改質触媒３が充填されている。
【００６５】
また、バーナ６は内筒１の内側（燃焼筒１４の内側）に形成された燃焼室１１の上部に配されている。
【００６６】
中筒２の上部側面には原料供給器１６および水供給器１７を用いて原料である都市ガスおよび水を内筒１と中筒２との間の上部に導入する原料供給口７が、また、外筒４の上部側面には都市ガスおよび水を改質して得られ中筒２と外筒４との間を上昇してきた水素含有ガスを取り出す水素含有ガス出口８が設けられている。
【００６７】
バーナ６の上部には、燃料供給器１９を用いて都市ガスを燃料として導入する燃料供給口９と、燃焼用空気供給器１８を用いて燃焼用空気を導入する燃焼用空気供給口１０とが設けられている。燃焼筒１４と内筒１との間に形成された環状空間は、燃焼室１１で生成した燃焼排ガスを通流させる燃焼排ガス流路１５として用いられており、内筒１の上部側面には燃焼排ガス放出用の排気口１２が設けられている。
【００６８】
本発明の実施の形態２の水素生成装置２００のバーナ６は、図２に示した実施の形態１の水素生成装置２００のバーナ６と同様の構成である。
【００６９】
図７は、図６のＦ−Ｆ’線における断面図である。
【００７０】
図７に示すように、水素生成装置２００の図６のＦ−Ｆ’断面を内筒１の主軸方向から見たとき、バーナ６により燃焼室１１内には十字形火炎１３が形成されている。
【００７１】
原料供給器１６は、原料である都市ガスを水素生成装置２００の内筒１と中筒２との間に充填された改質触媒３に供給するポンプである。水供給器１７は、水素生成装置２００の内筒１と中筒２との間に充填された改質触媒３に供給する水の流量を調整するポンプである。燃焼用空気供給器１８は、水素生成装置２００のバーナ６に燃焼用空気を供給するポンプである。燃料供給器１９は、水素生成装置２００のバーナ６に燃料である都市ガスを供給するポンプである。
【００７２】
以上のように構成された水素生成装置２００について、以下、その動作、作用を具体的
に説明する。
【００７３】
原料供給口７より導入された都市ガスおよび水は、都市ガスと水蒸気との混合ガスになった後に、内筒１と中筒２との間に充填された改質触媒３を通流して水蒸気改質反応により改質され、得られた水素含有ガスが、中筒２と外筒４との間に形成された環状空間を上方へと流れ、水素含有ガス出口８より取り出される。
【００７４】
バーナ６から送出される都市ガスと空気とが、バーナ６下方の燃焼室１１で燃焼する。燃焼室１１で燃焼する火炎は、内筒１の主軸方向から見たときに、十字形をしている。
【００７５】
燃焼室１１で燃焼させて得られた燃焼排ガスは、燃焼筒１４と内筒１との間に形成された燃焼排ガス流路１５へと流れ、内筒１を介して都市ガスと水と改質触媒３を加熱し、水蒸気改質反応の促進に寄与するとともに、燃焼筒１４を介して燃焼用空気を加熱し、燃焼反応の促進に寄与する。
【００７６】
図８は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の改質触媒温度の周方向分布を示す図である。
【００７７】
図７、図８に示すように、バーナ６により燃焼室１１で形成される火炎は十字形火炎１３であり、十字形火炎１３と燃焼筒１４との距離は、距離が比較的小さい部分と、距離が比較的大きい部分とが、周方向に等間隔で、周方向に４５度毎に交互に繰り返され、それぞれ４箇所ずつある。
【００７８】
このため、十字形火炎１３と燃焼筒１４が近接する位置では、十字形火炎１３が燃焼筒１４、内筒１および改質触媒３をより効率的に加熱することにより、燃焼筒１４、内筒１および改質触媒３の温度は、図８に示すように、周方向に、温度が比較的高い部分と、温度が比較的低い部分とが、周方向に等間隔で、周方向に４５度毎に交互に繰り返される分布をつけることができる。
【００７９】
つまり、十字形火炎１３と燃焼筒１４が近接する位置（図７に示すＨ−Ｈ’断面およびＪ−Ｊ’断面）は比較的高温、十字形火炎１３と燃焼筒１４が近接しない位置（図７に示すＧ−Ｇ’断面およびＩ−Ｉ’断面）は比較的低温にすることができる。
【００８０】
本実施の形態においては、改質触媒３の温度は、十字形火炎１３と燃焼筒１４が近接する位置（図７に示すＨ−Ｈ’断面およびＪ−Ｊ’断面）で６００℃、十字形火炎１３と燃焼筒１４が近接しない位置（図７に示すＧ−Ｇ’断面およびＩ−Ｉ’断面）で４５０℃となる。
【００８１】
ところで、本実施の形態で用いた改質触媒３であるニッケル触媒は、触媒温度５００℃以上で水の供給が停止する水切れが起こると、都市ガス中の炭化水素の炭化等により、顕著な炭素析出が生じる。
【００８２】
しかしながら、図８に示すように、本実施の形態の水素生成装置２００の改質触媒３には周方向に温度分布があり、改質触媒３には顕著な炭素析出を抑制することが可能な５００℃以下の低温部がある。このため、水素生成装置２００の運転中に水切れが起きた際にも、改質触媒３全体で炭素析出が進行するのを抑制できる。
【００８３】
これにより、水切れが繰り返し起きた場合においても、改質触媒３低温部（図７に示すＧ−Ｇ’断面およびＩ−Ｉ’断面）では改質触媒３に析出した炭素や、析出した炭素により改質触媒３が粉化することによる流路閉塞が起こらないため、水供給器１７である水ポ
ンプの動作不良等で水切れが発生した後においても、水素生成装置２００は運転することが可能である。
【００８４】
以上のように、本実施の形態の水素生成装置２００においては、内筒１の主軸方向から見て十字形（火炎の根元側の横断面が十字形）の十字形火炎１３を形成するバーナ６を用いて、燃焼筒１４およびその外周側に位置する改質触媒３に（内筒１の周方向に、略４５度毎に、温度が比較的高くなる高温部と、温度が比較的低くなる低温部とを、交互に繰り返す）温度分布をつけ、水供給異常（水切れ）が生じた場合においても改質触媒３の低温部が炭素析出しない温度に保持され、水（水蒸気）と都市ガスとの混合ガスが、改質触媒３の低温部を通過できるように構成する。
【００８５】
これにより、改質触媒３に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒３に起因する水素生成装置１００の流路閉塞を抑制することができる。
【００８６】
これにより、改質触媒３に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒３に起因する水素生成装置２００の流路閉塞を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明の水素生成装置によれば、水供給異常が生じた場合にも改質触媒に析出した炭素や、析出した炭素により粉化した改質触媒に起因する水素生成装置の流路閉塞を抑制でき、水供給異常が繰り返し起こった場合にも水素生成装置をより長期に渡って継続して運転することが可能となるので、内周面がバーナによって加熱され、外周面が水と原料ガスとの混合ガスの供給による水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒と接する第１筒（内筒）を備えた水素生成装置に好適である。
【符号の説明】
【００８８】
１  内筒
２  中筒
３  改質触媒
４  外筒
５  排気口
６  バーナ
７  原料供給口
８  水素含有ガス出口
９  燃料供給口
１０  燃焼用空気供給口
１１  燃焼室
１２  排気口
１３  十字形火炎
１４  燃焼筒
１５  燃焼排ガス流路
１６  原料供給器
１７  水供給器
１８  燃焼用空気供給器
１９  燃料供給器
２１  燃料配管
２２  燃料噴出孔
３６  炎孔板
３７  空気噴出孔
１００  水素生成装置
２００  水素生成装置
【図１】
2019085288.tif 000003
【図２】
2019085288.tif 000004
【図３】
2019085288.tif 000005
【図４】
2019085288.tif 000006
【図５】
2019085288.tif 000007
【図６】
2019085288.tif 000008
【図７】
2019085288.tif 000009
【図８】
2019085288.tif 000010
【図９】
2019085288.tif 000011