(57)【要約】【課題】装置の起動時における改質触媒への熱負荷の少ない水素生成装置を提供する。【解決手段】水素生成装置は、改質触媒により構成される改質部１と、改質部１に水蒸気を供給する水の蒸発部４と、改質部１と蒸発部４とを加熱する加熱部３と、炭化水素化合物を含む原料を蒸発部４を介して改質部１に供給する原料供給部５と、流量切り替え部６ａを有し改質部１および蒸発部４に水を供給する水供給部６とを備える。蒸発部４の加熱が十分でない装置の起動初期には、改質供給経路６ｂを通じて水供給部６から改質部１に直接水が供給され、改質部１で水蒸気化される。一方、蒸発部４が十分に加熱された定常運転時には、蒸発供給経路６ｃを通じて水供給部６から蒸発部４に水が供給され、蒸発部４で生成した水蒸気が改質部１に供給される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質触媒体を用いて原料および水蒸気から改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、
水を蒸発させて前記改質部に前記水蒸気を供給する蒸発部と、
前記改質のため及び前記蒸発のために、それぞれ、前記改質部及び前記蒸発部を加熱する加熱部と、
直接又は前記蒸発部を介して前記改質部に原料を供給する原料供給部と、
前記水を供給する水供給部と、
前記水供給部から前記水を前記蒸発部に供給するための第１の給水路と、
前記水供給部から前記水を前記改質部に供給するための第２の給水路とを備えた、水素発生装置。
【請求項２】
前記原料供給部から前記改質部への前記原料の供給開始に伴い、前記水供給部から前記第２の給水路を通じて前記改質部に水が供給され、前記供給開始から所定時間経過後、前記水供給部から前記第１の給水路を通じて前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止される請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記改質部は、前記改質触媒体または前記改質部内のガスの温度を検出する改質温度測定部をさらに備え、
前記改質温度測定部の検出温度情報に基づいて前記原料供給部からの前記原料の供給および前記水供給部からの前記水の供給が制御されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より大きくなった際に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されることを特徴とする請求項３記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給され、
前記改質温度測定部の検出温度が、予め設定した、前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに、前記改質部への前記水の供給が停止されることを特徴とする請求項３記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記蒸発部は、該蒸発部または該蒸発部内のガスの温度を検出する蒸発温度測定部をさらに備え、
前記蒸発温度測定部の検出温度情報に基づいて前記水供給部から前記改質部および前記蒸発部への前記水の供給が制御されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記蒸発温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より小さい時には、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給され、かつ、前記蒸発温度測定部の検出温度が前記基準値より大きい時には、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止されることを特徴とする請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記蒸発部は、該蒸発部の加熱を行う蒸発加熱部をさらに備えことを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記蒸発加熱部が制御されることを特徴とする請求項８記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値以下の時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が動作し、
前記改質部または前記蒸発部の温度が前記基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が停止されることを特徴とする請求項９記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されるとともに前記水供給部から前記第２の給水路を介して前記改質部に前記水が供給され、また、前記蒸発加熱部が動作し
前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止され、また、前記蒸発加部が停止されることを特徴とする請求項１０記載の水素生成装置。
【請求項１２】
さらに、水から水蒸気を生成させる気化部を備え、該気化部で生成された水蒸気が前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に供給されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記気化部が制御されることを特徴とする請求項１２記載の水素生成装置。
【請求項１４】
前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記気化部が停止されることを特徴とする請求項１３記載の水素生成装置。
【請求項１５】
前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されるとともに前記気化部が動作し、
前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記気化部が停止されることを特徴とする請求項１４記載の水素生成装置。
【請求項１６】
前記蒸発部は、第１蒸発部と第２蒸発部とを備え、　前記第１の蒸発部は、前記改質部に接して配置され前記改質部に連通するとともに、少なくとも前記第２の給水路を介して前記水供給部に連結され、少なくとも前記第２の給水路を介して前記改質部に供給される前記水が該第１の蒸発部で蒸発してその水蒸気が前記改質部へ供給されるとともに、
前記第２の蒸発部は、前記第１の給水路を介して前記水供給部に接続され、前記水供給部から供給される前記水を蒸発させてその水蒸気が前記改質部に供給されることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１７】
前記水供給部は、前記改質部および前記蒸発部のいずれに水が供給されるか水の供給先を切り替える水供給切り替え部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１８】
前記水供給切り替え部は、前記改質部へ供給される水の流量および前記蒸発部へ供給される水の流量を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１７記載の水素生成装置。
【請求項１９】
前記水供給切り替え部は、前記第１の給水路および前記第２の給水路のいずれを通じて水を供給するかの給水路の切り替えが可能に構成されたことを特徴とする請求項１７記載の水素生成装置。
【請求項２０】
前記改質部への前記原料の供給開始時において、前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に、水および水蒸気の少なくとも一方が存在することを特徴とする請求項１記載の水素生成装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の水素生成装置と、
酸化剤および前記水素生成装置より供給される水素を用いて発電する燃料電池とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも炭素および水素から構成される化合物を主成分とする燃料を改質して水素ガスを生成する水素生成装置に関し、特に、装置起動時の装置動作に特徴を有する水素生成装置およびそれを備える燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素リッチなガスを生成させる方法として、外部より熱を加えた状態で有機化合物系燃料と水とを改質触媒を用いて反応させる水蒸気改質法がある。該水蒸気改質法では、供給した水を燃料と反応させるために、該水を改質触媒中において水蒸気の状態で存在させる必要がある。
【０００３】
プラント規模を有する水蒸気改質法を用いた水素生成装置では、ボイラー等を用いた水蒸気供給部を外部に持ち、該水蒸気供給部で得られた水蒸気を燃料とともに改質触媒層に供給する方法が用いられることが多い。小規模の水素生成装置では、水蒸気供給部を装置内部に持ち、ここで得られた水蒸気を用いて水蒸気改質反応を進行させる構成のものが多い。また、分散型発電装置として、水素ガスを燃料とするリン酸型燃料電池発電装置では、燃料電池が２００〜２５０℃の温度で作動していることから、その熱を利用して水蒸気を発生させ、該水蒸気を水素生成装置に供給する構成がとられている。
【０００４】
水素生成装置の定常運転時は、改質触媒にかかる熱負荷が一定のため、触媒活性の変化を把握しやすい。一方、装置起動時は、熱負荷状態が経時的に変化するため、該熱負荷状態の変化が触媒活性低下の大きな原因となる。そこで、水蒸気改質に用いる改質触媒の触媒活性を保護する観点から、水蒸気を改質触媒層に予め供給することが望まれる。前述のようにボイラー等の水蒸気供給部を有する水素生成装置では、水蒸気供給部において水蒸気を安定して発生させてから装置を起動させることでその対応が行われている。また、特開平５−２７５１０３号公報に開示されている分散型発電装置としての燃料電池発電装置では、装置内に水蒸気供給手段が設けられており、窒素ガスを併用しつつ予め改質器に該水蒸気供給手段で得られた水蒸気を供給しながら装置を起動させる方法が考案されている。
【０００５】
しかしながら、小規模な水素生成装置、例えば、高分子型燃料電池を用いた家庭用コージェネレーションシステムにおいては、水素生成装置にボイラー等の外部熱源の水蒸気供給装置を併用する構成とすると、装置のエネルギー効率、運転時の経済性、コスト等が非効率的になる。そこで、小規模な水素生成装置においては、該装置が改質反応に必要な熱を供給する熱源を備えた構成であることをいかし、該熱源から得られる熱を利用して水蒸気を発生させる構成がとられていることが多い。例えば、水素生成装置では、天然ガスを燃料とする場合、通常、６５０〜７５０℃の温度の改質触媒層中で水蒸気改質反応を進行させる。また、他の炭化水素系燃料においても、改質触媒層が天然ガスの場合と同様の温度となるように加熱が行われている。このような高温で行われる改質反応の反応後の熱エネルギーを有効に利用するため、通常は、改質反応後の熱を利用して水蒸気を発生させるように水蒸気発生部が構成される。このような水蒸気発生部を備えた水素生成装置では、定常運転時に、改質反応後の熱エネルギーを有効に利用することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
家庭用のシステムに用いられる水素発生装置では、プラント規模の大規模な装置と比較して、頻繁に装置の起動および停止動作を行う運転条件に対応することが必要となる。ここで、装置の起動時には、熱源から供給された熱エネルギーは、まず、改質触媒の加熱に利用され、該改質触媒が加熱された後に、水蒸気発生部での水蒸気発生に利用される。このように、水素生成装置の起動時には熱エネルギーが改質触媒の加熱に優先的に用いられることから、起動時に水蒸気発生部において十分な水蒸気を生成しこれを改質触媒に供給することができないおそれがある。その結果、装置構成や加熱条件によっては、改質触媒が異常加熱されて熱負荷が大きくなり、それにより、該触媒の活性が低下する。
【０００７】
本発明は、上記従来の水素生成装置に関する上記課題を解決することを目的とし、具体的には、装置起動時における改質触媒への熱負荷が少なく、起動および停止動作を繰り返す運転にも十分に対応可能である水素生成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の水素生成装置は、改質触媒体を用いて原料および水蒸気から改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部と、水を蒸発させて前記改質部に前記水蒸気を供給する蒸発部と、前記改質のため及び前記蒸発のために、それぞれ、前記改質部及び前記蒸発部を加熱する加熱部と、直接又は前記蒸発部を介して前記改質部に原料を供給する原料供給部と、前記水を供給する水供給部と、前記水供給部から前記水を前記蒸発部に供給するための第１の給水路と、前記水供給部から前記水を前記改質部に供給するための第２の給水路とを備える。
【０００９】
かかる構成によれば、炭化水素系燃料等の原料を水蒸気改質し水素主体の改質ガスを生成させる水素生成装置において、蒸発部および改質部のそれぞれに水を供給する第１および第２の給水路を設けることにより、装置の起動時においても改質部に水蒸気を供給することが可能となる。それにより、装置起動時における水蒸気不足に起因して生じる改質部の改質触媒の活性低下を防止できる。それゆえ、水の蒸発を装置運転動作において適正化させることが可能となり、また、装置のエネルギー利用効率を向上させる運転が可能となる。
【００１０】
前記原料供給部から前記改質部への前記原料の供給開始に伴い、前記水供給部から前記第２の給水路を通じて前記改質部に水が供給され、前記供給開始から所定時間経過後、前記水供給部から前記第１の給水路を通じて前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止されてもよい。
【００１１】
かかる構成においては、起動時に、温度が十分に上昇していない蒸発部ではなく、温度が十分に上昇し水蒸気反応および水蒸気改質反応が実施可能な状態である改質部に直接水を供給し、また、所定時間が経過して装置が定常運転状態となったら、温度が十分に上昇し水蒸気反応が実施可能となった蒸発部に水を供給するとともに改質部への水の供給を停止する。それにより、起動時および定常運転時において、改質部に速やかに安定して水蒸気を供給することが可能となるとともに、熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
前記改質部は、前記改質触媒体または前記改質部内のガスの温度を検出する改質温度測定部をさらに備え、前記改質温度測定部の検出温度情報に基づいて前記原料供給部からの前記原料の供給および前記水供給部からの前記水の供給を制御してもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、改質部の温度に基づいて改質部および蒸発部への水および原料の供給を制御することができるので、安定した運転が実現できるとともに熱効率の向上が図られた水素生成装置が得られる。
【００１４】
前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より大きくなった際に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されてもよい。
【００１５】
かかる構成によれば、確実に、十分に加熱されて水蒸気改質反応を行える状態にある改質部に原料および水が供給されるため、改質部内における流路の閉塞や改質触媒の活性低下等を生じることなく、速やかに水蒸気改質を行うことが可能となる。
【００１６】
前記改質温度測定部の検出温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給され、前記改質温度測定部の検出温度が、予め設定した、前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに、前記改質部への前記水の供給が停止されてもよい。
【００１７】
かかる構成によれば、確実に十分に加熱されて改質反応を行える状態の改質部に水および原料を供給して速やかに水蒸気改質を行うことができるとともに、蒸発部が十分に加熱されて水の蒸発が可能な状態となったら、蒸発部に水を供給しここで水蒸気の生成を行うことが可能となる。したがって、改質部への水蒸気の供給の安定化が図られると同時に、熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００１８】
前記蒸発部は、該蒸発部または該蒸発部内のガスの温度を検出する蒸発温度測定部をさらに備え、前記蒸発温度測定部の検出温度情報に基づいて前記水供給部から前記改質部および前記蒸発部への前記水の供給が制御されてもよい。
【００１９】
かかる構成によれば、蒸発部の温度に基づいて改質部および蒸発部への水の供給を制御することができるので、安定して水蒸気の供給を行うことができるとともに熱効率の向上が図られた水素生成装置が得られる。
【００２０】
前記蒸発温度測定部の検出温度が予め設定した基準値より小さい時には、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給され、かつ、前記蒸発温度測定部の検出温度が前記基準値より大きい時には、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止されてもよい。
【００２１】
かかる構成によれば、確実に、十分に加熱されて水蒸気改質反応を行える状態にある蒸発部に水が供給されるため、蒸発部において速やかに水蒸気改質を行い安定して水蒸気の供給を行うことが可能となる。
【００２２】
前記蒸発部は、該蒸発部の加熱を行う蒸発加熱部をさらに備えてもよい。
また、前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記蒸発加熱部が制御されてもよく、前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値以下の時に、前記第２の給水路を介して前記水供給部から前記改質部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が動作し、前記改質部または前記蒸発部の温度が前記基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記蒸発加熱部が停止されてもよい。また、前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に原料が供給されるとともに前記水供給部から前記第２の給水路を介して前記改質部に前記水が供給され、また、前記蒸発加熱部が動作し、前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記改質部への前記水の供給が停止され、また、前記蒸発加部が停止されてもよい。
【００２３】
さらに、水から水蒸気を生成させる気化部を備え、該気化部で生成された水蒸気が前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に供給されてもよく、前記改質部または前記蒸発部の温度に基づいて前記気化部が制御されてもよい。前記改質部または前記蒸発部の温度が予め設定した基準値より大きい時に、前記第１の給水路を介して前記水供給部から前記蒸発部に前記水が供給されるとともに前記気化部を停止させてもよい。また、前記改質部の温度が予め設定した第１の基準値より大きい時に、前記原料供給部から前記改質部に前記原料が供給されるとともに前記気化部が動作して前記改質部に前記水蒸気が供給され、前記改質部の温度が、予め設定した前記第１の基準値よりも大きな第２の基準値よりも大きい時に、前記水供給部から前記第１の給水路を介して前記蒸発部に水が供給されるとともに前記気化部が停止されてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、蒸発加熱部や気化部を設けることにより、水蒸気の生成を促進させることが可能となる。それにより、より安定して水蒸気を改質部に供給することが可能となる。また、改質部または蒸発部の温度に基づいて蒸発加熱部や気化部の動作を制御することにより、安定した水蒸気の供給と同時に熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００２５】
前記蒸発部は、第１蒸発部と第２蒸発部とを備え、前記第１の蒸発部は、前記改質部に接して配置され前記改質部に連通するとともに、少なくとも前記第２の給水路を介して前記水供給部に連結され、少なくとも前記第２の給水路を介して前記改質部に供給される前記水が該第１の蒸発部で蒸発してその水蒸気が前記改質部へ供給されるとともに、前記第２の蒸発部は、前記第１の給水路を介して前記水供給部に接続され、前記水供給部から供給される前記水を蒸発させてその水蒸気を前記改質部に供給してもよい。
【００２６】
かかる構成によれば、第１の蒸発部で生成した水蒸気が改質部に供給されるため、さらに水蒸気を安定して生成および供給することが可能となる。
【００２７】
前記水供給部は、前記改質部および前記蒸発部のいずれに水が供給されるか水の供給先を切り替える水供給切り替え部をさらに備えてもよい。前記水供給切り替え部は、前記改質部へ供給される水の流量および前記蒸発部へ供給される水の流量を調整可能に構成されてもよく、また、前記水供給切り替え部は、前記第１の給水路および前記第２の給水路のいずれを通じて水を供給するか給水路の切り替えが可能に構成されてもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、改質部および蒸発部への水の供給を切り替え可能な構成が容易に実現される。
【００２９】
前記改質部への前記原料の供給開始時において、前記改質部および前記蒸発部の少なくとも一方に、水および水蒸気の少なくとも一方が存在してもよい。
【００３０】
かかる構成によれば、装置の起動時に、既に水または水蒸気が改質部および蒸発部の水蒸気反応空間や経路等に存在するので、より速やかに水蒸気を改質部に供給することが可能となる。
【００３１】
本発明に係る燃料電池システムは、本発明に係る水素生成装置と、酸化剤および前記水素生成装置より供給される水素を用いて発電する燃料電池とを備えたものである。
【００３２】
かかる構成によれば、本発明に係る水素生成装置から熱効率よく安定して水素が燃料電池に供給されるため、信頼性の高い安定した発電を高い熱効率で行うことが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
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。ここでは、本発明の水素生成装置を、燃料電池を用いた家庭用発電システムに適用する場合について説明する。なお、本発明に係る水素生成装置の用途はこれに限定されるものではない。
（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模式図である。図１に示すように、水素生成装置は、改質部１と、加熱部３と、改質部１へ原料を供給するための原料供給部５と、改質部１へ水を供給するための水供給部６と、水供給部６から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部４と、制御部７とを備える。
【００３４】
水素発生装置では、本体１５の内部に改質部１と蒸発部４とが配置され、改質部１と蒸発部４とを加熱するための加熱部３が本体１５の下方に配置されている。蒸発部４は、混合原料供給経路１６を通じて改質部１に接続されている。また、改質部１には、水蒸気改質反応により得られた改質ガスを外部に導く改質ガス経路８が接続されている。蒸発部４は、本体１５の外部に配置された原料供給部５に原料供給経路５ａを通じて接続されるとともに、水供給部６に、蒸発供給経路６ｃを通じて接続されている。さらに、水供給部６は、改質供給経路６ｂを通じて改質部１に接続されている。原料供給部５および水供給部４は、それぞれ制御部７により制御される。
【００３５】
改質部１では、原料供給部５から供給された原料、具体的には、天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素成分や、メタノール等のアルコール成分、あるいはナフサ成分等の炭化水素系化合物に例示されるような少なくとも炭素および水素から構成される化合物を主成分として含む原料と、水供給部６から供給された水を蒸発させて得られた水蒸気とを利用して、水蒸気改質反応が主として行われる。改質部１には、改質反応を進行させるための改質触媒、例えば、ルテニウム触媒をアルミナ担体に担持したもの等が配置されて構成された改質反応部が形成されている。なお、ここでは、改質部１内部の詳細な説明および図示は省略する。改質部１には、改質部内の温度を測定するための改質温度測定部２が配設されている。ここで、改質部１の温度とは、改質触媒の温度または改質部１内のガスの温度のことである。改質温度測定部２は、熱電対やサーミスタ等を有して構成され、その配置位置は、改質部１の温度変化が測定できる箇所および雰囲気であれば任意である。改質部１における水蒸気改質反応により得られた水素ガス主体の改質ガスは、改質ガス経路８を通じて外部へ供給される。なお、水素生成装置は、改質ガスを供給先の装置の特性に応じて処理する処理部が改質部１の下流に設けられた構成であってもよい。例えば、図８に示す燃料電池システムの燃料電池に供給する水素ガスを生成する水素生成装置１５０では、燃料電池１５１に供給する水素ガス中に一酸化炭素が含まれると、燃料電池１５１の機能低下を引き起こすことから、一酸化炭素濃度の低いガスを生成する必要がある。このため、改質ガス中の一酸化炭素を低減させる一酸化炭素変成部１５２や、一酸化炭素選択酸化部１５３等が改質部１の下流に設けられたを構成であってもよい。こうすることで、一酸化炭素が低減された水素ガスと酸素を含む酸化剤とを用いて、燃料電池１５１は安定的に発電することが可能となる。
【００３６】
加熱部３は、水蒸気改質反応に必要な熱を改質部１に供給することを主たる機能として配置され、装置の構成から、蒸発部４にも熱を供給することができる。すなわち、加熱部３から得られる熱の流れに対して、いち早く熱を受ける上流側に改質部１が配置され、下流側に蒸発部４が配設されている。加熱部３は、原料供給部５から供給される原料の一部、あるいは、水素生成装置で得られた水素ガスの供給先から戻された余剰ガス（例えば、燃料電池発電装置から得られるオフガス等）を燃焼させる火炎バーナを備える。火炎バーナは、例えば、燃焼空気供給用のシロッコファン３ａ（詳細は図示せず）を用いる。
【００３７】
蒸発部４は、水供給部６から供給された水を加熱部３からの熱を利用して蒸発させ水蒸気を発生させる部分であり、ここで得られた水蒸気は、原料供給部５から供給された原料と混合されて混合原料流路１６を通じて改質部１に供給される。また、ここでは、蒸発部４が、水の蒸発のみならず、原料供給部５から供給された原料の予熱も行えるように構成されている。
原料供給部５は、原料の改質部１への供給を行うものである。ここでは、原料として天然ガスが用いられている。詳細は図示していないが、原料供給部５は、天然ガスの供給圧力を増加させるブースターを有するとともに、天然ガス中の硫黄成分を低減する脱硫部、および、天然ガス中の付臭成分を除去するゼオライト吸着剤を備えている。
水供給部６はプランジャーポンプを備え、イオン交換した水を該ポンプを用いて、改質部１および蒸発部４に供給する。水供給部６には、流量切り替え部６ａが設けられており、該流量切り替え部６ａによって改質部１および蒸発部４への水の供給量を調整できる構成となっている。
制御部７は、原料供給部５および水供給部６の制御を行い、改質部１および蒸発部４に供給される原料および水の供給量を制御する。また、水供給部６の供給量切り替え部６ａの制御を行い、水の供給先の選択を行う。制御部７は、改質温度測定部２で測定した温度から改質部１の状態を把握する温度データー処理部を有し、該処理部で得られた処理情報に基づいて原料供給部５および水供給部６の制御を行って、原料、空気、水の供給量を調整する。また、制御部７は、半導体を利用した記憶部（詳細は図示せず）を有し、改質部１の温度状態を該記憶部で記憶する。
【００３８】
本実施の形態の水素生成装置は、装置運転時のエネルギー利用効率向上の観点から、前述のように、加熱部３を作動させてまず改質部１を加熱し、それから、改質部１加熱後の余剰熱を利用して蒸発部４を加熱する構成となっている。該構成としたのは、改質部１での水蒸気改質反応は吸熱反応であり、高反応収率を得るためには、炭化水素系の原料では６５０〜８００℃、アルコール系原料でも３００℃以上の高温に改質部１を保つ必要があり、それゆえ、加熱部３から得られる質の高い熱エネルギーを、まず改質部１で優先的に利用することが望ましいからである。また、装置の定常運転時においては、加熱部３からの熱エネルギーを蒸発部４における水の蒸発に利用することで無駄なく熱回収を行い、装置全体におけるエネルギー利用効率を向上させる構成とすることが望ましいからである。
【００３９】
しかしながら、前述のように、蒸発部４よりも改質部１の加熱が優先されると、装置構成や、加熱条件によって、装置起動時に蒸発部４での水蒸気の発生が遅くなり、その結果、改質部１に十分な水蒸気が供給されないため改質触媒が異常加熱される場合が想定される。改質触媒が異常加熱されると、触媒の比表面積が減少し触媒活性が低下する。また、水蒸気が十分でない状態で、高温の改質触媒に原料（ここでは天然ガス）が供給されると、原料から炭素成分の析出が生じる可能性が大きくなる。そこで、本実施の形態の水素生成装置では、以下のようにして装置起動時に速やかに水蒸気を発生させ、それにより、従来の水素生成装置の起動時に起きる前述のような改質触媒への熱負荷を低減する動作が行われる。
【００４０】
以下、本実施の形態の水素生成装置における装置起動動作について、その効果と共に説明する。
【００４１】
まず、停止状態の装置を起動させる時には、加熱部３を作動させて装置の本体１５を加熱する。ここでは、加熱部３からの熱により、改質部１が優先的に加熱される。次に、原料たる天然ガスを原料供給部５から原料供給経路５ａを通じて蒸発部４に供給し、さらに、混合原料供給路１６を通じて改質部１に供給する。一方、水蒸気改質反応に用いられる水蒸気のもととなる水を水供給部６から改質部１に供給するが、ここでは、改質供給経路６ｂおよび蒸発供給経路６ｃのうちのいずれの経路を通じて改質部１に供給するかが、流量切り替え部６ａを用いた供給経路の切り替えにより適宜選択される。
【００４２】
例えば、装置起動時（すなわち加熱初期）に、水供給部６から蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４に一旦水を供給し、蒸発部４で水を蒸発させて得た水蒸気を原料とともに混合原料供給経路１６を通じて改質部１へ供給した場合には、改質部１に供給される混合原料において、原料（具体的には天然ガス）の比率が水蒸気の比率に比べて高くなるおそれがある。これは、以下の理由による。すなわち、装置の起動時に加熱部３を作動させると、前述のように加熱部３からの熱が改質部１の加熱に優先的に使用され、それにより、装置の大きさや構成部材の配置等によりその状態は一様ではないものの、改質部１の熱容量に応じて蒸発部４の温度上昇に遅れが生じる。このように温度が十分に上昇していない蒸発部４を介して改質部１への水の供給を行うと、蒸発部４において水が十分に蒸発しないため、十分な水蒸気を得ることができず天然ガスのみが改質部１に供給されてしまう。このような水の蒸発が十分でない状態、すなわち、改質部１に十分な水蒸気が供給されない状態で改質部１が加熱され、該改質部１中の改質触媒の温度が上昇すると、天然ガスの熱分解により、改質触媒上および改質部内で炭素析出が起きる。その結果、改質触媒活性の低下および改質部内の流路の閉塞などが進行してしまう。また、改質部１における水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質触媒中で水蒸気改質反応が進行しないと、加熱部３から与えられた熱が消費されないので改質触媒の温度が高温になりやすく、その結果、触媒活性が低下することが考えられる。そこで、このような改質触媒の活性の低下等を防止するために、本実施の形態の装置では、以下のようにして、加熱初期における改質部１への十分な水蒸気の供給を行う。
【００４３】
すなわち、本実施の形態の装置では、水供給部６に改質供給経路６ｂと蒸発供給経路６ｃとが設けられることにより、改質部１および蒸発部４のそれぞれに水を供給でき、かつ、各供給経路６ｂ，６ｃに供給される水の量を流量切り替え部６ａによって調整することで、改質部１および蒸発部４への水の供給量を制御できる構成が実現されている。このため、前述のように起動直後で蒸発部４の加熱が十分でなく、それゆえ、蒸発部４で水が十分に蒸発しない期間においては、水供給部６から改質供給経路６ｂに水が供給されるように流量切り替え部６ａを調整し、該経路６ｂを通じて改質部１に直接水を供給する。このように改質部１に直接水を供給すると、優先的に加熱されていち早く温度が上昇している改質部１において水の水蒸気反応が行われる。その結果、起動時においても、改質部１内で速やかに安定して水蒸気を存在させることができ、それゆえ、前述のような原料の熱分解による炭素析出が起こる確率がほとんど無くなる。また、このように改質部１に水蒸気および原料が存在する状態では、改質触媒の温度上昇に伴って、改質触媒上で吸熱反応である水蒸気改質反応が進行する。このため、前述のような改質触媒の異常加熱が防止される。
【００４４】
一方、上記のように改質部１に直接水を供給して改質部１で水の蒸発（水蒸気反応）を行った場合には、加熱部３から改質部１に与えられる熱のうちの一部が水蒸気反応に利用されるため、加熱部３からの熱が水蒸気反応に利用されない場合、すなわち予め生成された水蒸気が改質部１に直接供給される場合と比較して、同じ供給熱量では水蒸気反応に使用された熱の分だけ改質部１の温度が低くなる。それゆえ、改質部１を水蒸気改質反応に適した温度に維持するためには、水蒸気反応に熱が利用されない場合に比べて、より多くの熱量を加熱部３から供給する必要がある。このことから、改質部１に直接水を供給すると、水蒸気改質反応の熱効率の低下が生じやすい。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、上記のような熱効率の低下を抑制するために、装置の起動から所定時間が経過して蒸発部４が十分に加熱され、該蒸発部４において水の蒸発を十分に行える状態（すなわち定常運転時）である時には、流量切り替え部６ａを制御して改質供給経路６ｂから蒸発供給経路６ｃに経路を切り替える。そして、蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４に水を供給する。このような供給経路の切り替えは、流量切り替え部６ａを制御部７がタイマー制御することで実施される。蒸発部４に供給された水は、蒸発部４における水蒸気反応により水蒸気となる。そして、該水蒸気が、混合原料流路１６を通じて、原料とともに改質部１に供給される。このように動作させることで、定常運転時には、改質部１において、水蒸気反応に要する熱量の損失が生じることなく加熱部３からの熱を水蒸気改質反応に効率よく利用することができる。また、蒸発部４では、加熱部３からの熱を効率よく利用して水蒸気を発生させることができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の装置では、加熱初期において前述のように改質部１で直接水蒸気反応を行うことにより、改質部１内における水蒸気不足を防止し、それにより、改質部１での異常加熱および炭素析出を防止ことができ、また、定常運転時には、加熱部３からの熱を蒸発部４で有効に利用して水蒸気を生成することができるので、改質部１における水蒸気改質反応の熱効率を向上させることが可能となる。したがって、熱効率の向上が図られるとともに安定して水素生成を行うことが可能な水素生成装置を実現することが可能となる。
【００４７】
なお、加熱初期および定常運転時において改質部１に供給する水の量は、改質部１における反応温度、触媒容積等の使用条件を考慮し、原料（ここでは天然ガス）中の炭素原子数の好ましくは２倍以上となる量を目安にして予め設定する。例えば、本実施例では、２．５倍を目安に供給した。
【００４８】
また、装置の起動時における原料および水の供給開始時については、改質温度測定部２により検出された改質部１の温度に基づいて、制御部７が原料供給部５および水供給部６の制御を行って原料および水の改質部１への供給開始を制御する。例えば、改質温度測定部２における検出温度に基準値が設けられており、該検出温度が基準値より大きくなった場合に、制御部７が原料供給部５および水供給部６ならびに流量切り替え部６ａを制御して原料および水の供給を開始させるここでは、該基準値が２００℃に設定されている。これにより、原料および水の供給開始のタイミングのばらつきを抑えることができるとともに、装置起動時に改質部１において水の蒸発を速やかにかつ安定して進行させ改質部１の異常加熱を効果的に防止することができる。また、温度が低い状態の改質部１に水を大量に供給すると、蒸発しない水により改質部１中でガス流路の閉塞が起こる可能性があるが、上記のように改質部１の温度が基準値より大きくなったことを確認してから供給を行うことにより、このような事態も回避することができる。なお、基準値となる温度は、改質部１の温度と水蒸気改質反応の反応性との関係、あるいは、改質部１の温度と水の蒸発状態との関係を予め相関付けることにより決める必要がある。したがって、該基準値は、装置の大きさや想定する運転条件等により値が相異するものであり、ここでは基準値を２００℃としたが、基準値の値はこれに限定されるものではない。該基準値は、下限値が水が蒸発する温度、上限値が改質触媒の耐熱温度を参考にして予め設定することが望ましい。
【００４９】
また、上記においては、流量切り替え部６ａをタイマー制御することにより水の供給経路が改質供給経路６ｂから蒸発供給経路６ｃに切り替わる構成であるが、このようなタイマー制御では、装置の大きさや動作条件を考慮し、改質触媒の温度および水の蒸発状態が最適になるように予め時間設定がなされる。
【００５０】
さらに、タイマー制御以外の方法により水の供給の切り替えが行われてもよい。例えば、本実施の形態の変形例として、より水の蒸発を最適化するために、改質部１の温度に基づいて水の供給切り替えを行う構成であってもよい。具体的には、改質温度測定部２の検出温度に、原料および水の供給開始にかかる前述の基準値（これを第１の基準値と呼ぶ）とは異なる基準値（これを第２の基準値と呼ぶ）を設け、該第２の基準値に基づき制御部７が流量切り替え部６ａを制御する。第２の基準値は、改質部１の温度状態と蒸発部４の加熱状態との相関に基づいて設定され、十分に加熱されて水蒸気反応が可能となった蒸発部４の状態に対応する改質部１の温度、例えばここでは７００℃、に設定される。なお、第２の基準値は、装置の大きさや想定運転条件によって予め適宜設定されるものであり、それらの条件に応じて値が相異する。
【００５１】
本例における供給経路の切り替え動作は、まず、第２の基準値よりも改質温度測定部２の検出温度が大きくなった時、すなわち蒸発部４が十分に加熱されて水蒸気反応に適した状態となったら、制御部７が流量切り替え部６ａを制御し、水の供給経路を改質供給経路６ｂから蒸発供給経路６ｃに切り替える。それにより、前述のように改質供給経路６ｂを通じて直接改質部１に供給されていた水が、蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４を介して改質部１に供給される。このように、改質部１の温度から蒸発部４の状態を把握して水の供給の切り替えを行うことで、切り替えを速やかに行うことができ、かつ、切り替え時における改質部１での水蒸気不足を確実に回避することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、蒸発部４を介して原料供給部５から改質部１に原料を供給しているが、蒸発部４を介さずに改質部１に直接原料を供給する構成であってもよい。なお、上記のように蒸発部４を介して供給する場合には、蒸発部４により予め原料を加熱することが可能となり、熱効率の向上が図られる。
【００５３】
また、本実施の形態では、装置の起動時において、改質部１の加熱を行った後に原料と水とを同時に改質部１に供給しているが、改質部１に先に水を供給した後に原料を供給してもよい。また、例えば、十分に加熱される前の状態の改質部１および蒸発部４において、ガス流路閉塞等の弊害が起こらない量の水を水蒸気反応の実施部分に予め供給してもよい。この場合においても、本実施の形態に示す効果が妨げられることはない。このように予め改質部１や蒸発部４に水を供給することにより、加熱初期に水蒸気を速やかに発生させることが可能となり、それゆえ、改質部１の加熱初期における改質触媒の熱劣化、炭素析出等の防止をより効果的に行うことが可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態において、流量切り替え部６ａによる水の供給経路の切り替えは、例えば、水供給部６から改質供給経路６ｂおよび蒸発供給経路６ｃにそれぞれ供給される水の量を、供給ポンプの動作条件を調整する等して制御してもよく、また、該経路６ｂ，６ｃに電磁弁を設けてその開閉を調整することにより制御してもよい。また、切り替えは、改質部１および蒸発部４の各々への供給量を徐々に変化させて段階的に行ってもよく、また、例えば、各供給経路６ｂ，６ｃに設けた電磁弁を一度に全開および全閉することにより供給経路の切り替えを行い、改質部１から蒸発部４に一度に切り替えを行ってもよい。
【００５５】
（実施の形態２）
次に、本発明における第２の実施形態について説明する。図２は本実施の形態における水素生成装置の構成図である。本実施の形態の装置は、実施の形態１に示す装置とほぼ同一の構成を有しており、相違点は、蒸発部４あるいは蒸発部４中のガスの温度を検出する蒸発温度測定部９が設けられた点である。
【００５６】
本実施の形態の装置の動作は、実施の形態１の装置の動作と同様であるため、その詳細説明は省略し相違点のみについて説明する。蒸発部４に蒸発温度測定部９が設けられた本実施の形態の装置では、蒸発温度測定部９で検出される温度に基準値を設け、検出温度が該基準値よりも大きくなった場合に、実施の形態１と同様、流量切り替え部６ａにより水の供給先を改質部１から蒸発部４へ切り替える。該基準値は、装置の運転条件から蒸発部４における水蒸気の発生状態を考慮し、例えば２００℃に設定する。なお、該基準値は、装置の大きさや水の供給量等の運転条件により相異するため、それらの条件に応じて予め適宜設定する。
【００５７】
本実施の形態では、改質温度測定部２により検出された改質部１の温度から間接的に蒸発部４の加熱状態を把握する実施の形態１の場合と異なり、蒸発部４の温度を蒸発温度測定部９により直接測定するため、水の蒸発に適した状態に加熱された蒸発部４により確実にタイミングを合わせて水を供給することができる。したがって、水供給切り替え時においても水蒸気の発生が速やかにかつ安定して行われ、水の蒸発をより最適化することができる。それゆえ、切り替え時における改質部１での水蒸気不足を回避することができる。
【００５８】
（実施の形態３）
次に、本発明における第３の実施形態について説明する。図３は本実施の形態における水素生成装置の構成図である。本実施の形態の装置は、実施の形態２における装置とほぼ同一の構成を有するが、実施の形態２との相違点は、蒸発部４に、蒸発部４あるいは蒸発部４中のガスを加熱する蒸発加熱部４ａが設けられた点である。ここでは詳細な図示を省略しているが、蒸発加熱部４ａは、シーズヒータから構成されており、該ヒータを蒸発部４の下流面に設けることにより、蒸発部４の上流面より供給される水を蒸発部４において蒸発させる構成を有する。
【００５９】
本実施の形態の装置の動作は、実施の形態１の装置の動作と同様であるためその詳細説明は省略し、相違点のみについて説明する。すなわち、本実施の形態の装置では、起動時において蒸発加熱部４ａを作動させ、蒸発部４が速やかに加熱されて水蒸気反応を行える状態となるように、蒸発部４を直接加熱する。実施の形態１において前述したように、起動直後は蒸発部４の温度が上昇しにくく、蒸発部４を水が蒸発する状態まで加熱するには時間を要するが、本実施の形態のように蒸発加熱部４ａを設けて蒸発部４を直接加熱することにより、より速やかに蒸発部４で水の蒸発を行うことが可能となる。これにより、起動直後に蒸発部４に水を供給しても速やかに安定して水蒸気を発生させることができる。また、本実施の形態の構成によれば、起動時において、万が一、蒸発部４のみに水が供給されたとしても、蒸発部４において水蒸気を発生させることができるため、改質部１における水蒸気不足を回避することが可能となる。
【００６０】
なお、蒸発加熱部４ａの動作は、蒸発部４が加熱部３による加熱のみによって十分に水蒸気反応可能な状態となったら停止させる。このような蒸発加熱部４ａの停止動作の判断は、改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に基づいて行うことが望ましい。それにより、熱効率の向上を図りつつ水の蒸発を最適化することができる。具体的には、例えば、蒸発部４が十分な水蒸気を発生させることができる状態にある時の改質部１または蒸発部４の温度を、基準値として予め改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に設定する。ここでは、改質温度測定部２に７００℃に基準値を設定する。そして、該基準値より検出温度が大きくなったら、制御部７が蒸発加熱部４ａを停止させる。なお、基準値は、装置の大きさや運転条件に応じて設定される値であり、これらの条件に応じて適宜設定されるものである。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、本発明における第４の実施形態について説明する。図４は本実施の形態における水素生成装置の構成図である。本実施の形態の装置は、実施の形態２に示す装置とほぼ同一の構成を有するが、実施の形態２の装置との相違点は、蒸発部４に水を供給する蒸発供給経路６ｃ中に水の気化部１０が設けられた点である。図５は、本実施の形態の気化部１０の構成の一例を示す模式的な要部断面図である。
【００６２】
図４および図５に示すように、本実施の形態の装置では、水供給部６と蒸発部４とを結ぶ蒸発供給経路６ｃ中に、気化装置１０’が配設されている。気化装置１０’は、水供給口１０ｇと水蒸気出口１０ｈとを有する本体１０ｂの内部に、シースヒータ等の電気ヒータ１０ａと、蓄熱体１０ｃと、水蒸発体１０ｄと、蒸発空間１０ｆとを含んで構成される。水供給口１０ｇおよび水蒸気出口１０ｈは、それぞれ蒸気供給経路６ｃに接続されている。また、本体１０ｂの外壁には、蓄熱体温度測定部１０ｅが設けられている。
【００６３】
気化装置１０’では、水供給部６から蒸発供給経路６ｃを通じて供給された水が、水供給口１０ｇを経て蒸発空間１０ｆに導入される。ここで、気化装置１０’の内部では、電気ヒータ１０ａにより発生した熱が、蓄熱体１０ｃと、水蒸発を安定化させるために設けられた水蒸発体１０ｄ（例えば発泡メタル）とを介して、蒸発空間１０ｆ内の水に与えられる。それにより、水が気化して水蒸気となる。該水蒸気は、水蒸気出口１０ｈから蒸発供給経路６ｃを通じて蒸発部４に供給される。また、ここでは、蓄熱体温度測定部１０ｅにより蓄熱体１０ｃの温度が測定されるとともに、該検出温度に基づいてし水の気化が制御される構成となっている。したがって、気化装置１０’においては、安定して効率よく水の気化を行うことが可能となる。
【００６４】
気化部１０が設けられた本実施の形態の水素生成装置の動作は、実施の形態１の装置の動作と同様であるためその詳細説明は省略し、相違点のみ説明する。すなわち、本実施の形態の装置では、起動時に、気化部１０（気化装置１０’）を前述のように作動させ、気化部１０で得られた水蒸気を蒸発部４に供給する。実施の形態１で前述したように、装置の起動直後の蒸発部４では、水が蒸発する状態まで加熱されるのに時間が必要であることから、気化部１０で水蒸気を予め生成してこれを蒸発部４に直接供給することにより、起動直後でも蒸発部４から改質部１に水蒸気を速やかにかつ安定して供給することができる。
【００６５】
気化部１０の動作は、蒸発部４が加熱部３からの熱による加熱のみによって十分な水蒸気反応を行える状態に達したら停止させる。気化部１０の停止動作の判断は、例えば、改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に基づいて行う。それにより、水の蒸発を最適化しつつ、熱効率の向上を図ることができる。具体的には、実施の形態３のいて前述したように、例えば、蒸発部４から十分な水蒸気が発生する状態における改質部１または蒸発部４の温度を基準値として予め改質温度測定部２あるいは蒸発温度測定部９の検出温度に設定する。そして、該基準値に基づいて、気化部１０の起動および停止動作を制御することが望ましい。
【００６６】
なお、気化部１０は常時作動させておいても良いが、水の気化に要するエネルギーの消費量を考慮すると、加熱部３からの熱により蒸発部４が自立して水蒸気発生を行える状態になった時には、気化部１０の動作を停止させて蒸発部４のみで水蒸気を発生させることが望ましい。この場合には、気化部１０の影響を受けることなく水供給部６から蒸発部４に水を供給できるように蒸発供給経路６ｃを構成する必要がある。
【００６７】
なお、上記においては、気化部１０が図５に示す気化装置１０’により構成される場合について説明したが、気化部１０の構成は、これに限定されるものではない。図６（ａ），（ｂ）は、本実施の形態の装置に用いられる気化部１０の他の構成例を示す模式的な要部断面図である。
【００６８】
図６（ａ）に示すように、気化部１０は、図５のように気化装置１０’を別個に設けるのではなく、蒸発供給経路６ｃ’を構成する配管の外周に電気ヒータ等の加熱源１０ａを配設することにより構成されてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、蒸発供給経路６ｃ’を構成する配管の内部が、周方向壁により区画された二重構造を有し、水の流路となる空間を囲むように電気ヒータ等の加熱源１０ａが配設された加熱源内蔵型の配管により気化部１０が構成されてもよい。
【００６９】
なお、気化部１０は、電気ヒータ等の電気的な加熱源によって加熱される構成に限定されず、他の加熱源、例えば燃焼熱を利用して加熱を行う構成であってもよい。例えば、水素発生装置で生成した水素ガスの供給先から余剰分として排出される水素ガス（例えば、燃料電池アノードオフガス）や、改質反応に用いられる原料の一部を利用して燃焼を行う触媒燃焼装置や火炎燃焼装置等の一般の燃焼機器を加熱源として備えた構成であってもよい。
【００７０】
（実施の形態５）
次に、本発明における第５の実施形態について説明する。本実施の形態の装置は、実施の形態１に示す装置とほぼ同一の構成を有するが、相違点は、改質部１に改質蒸発部１ａが設けられた点である。したがって、本実施の形態の装置の構成の詳細説明は省略し、実施の形態１の装置との相違点のみを説明する。
【００７１】
図７は、実施の形態５における改質部１の構成図である。図７に示すように、本実施の形態では、改質供給経路６ｂと改質部１（具体的には、改質触媒を含んで構成される改質反応部１ｂ）との間に、改質蒸発部１ａが設けられている。改質蒸発部１ａは、加熱部３（図１）からの熱を利用して、後述のように、改質供給経路６ｂを通じて供給された水を水蒸気化するように構成されている。改質蒸発部１ａは、改質供給経路６ｂおよび混合原料供給経路４ｂに接続されており、また、貫通孔１７を通じて改質部１に連通している。このような改質蒸発部１ａは、定常運転時において改質部１の改質触媒体の加熱をできるだけ優先させることが可能であり、かつ、装置起動時に供給される水を安定して蒸発させることが可能であるように構成される必要がある。例えば、本実施の形態では、改質反応部１ｂの外周を囲み、かつ、蒸発部４からの混合原料供給経路１６において改質反応部１ｂの上流側に配置されるように改質蒸発部１ａが配置されている。
【００７２】
本実施の形態の装置は、実施の形態１の装置と同様の動作を行うため、その詳細な説明は省略し、相違点のみについて説明する。すなわち、本実施の形態の装置は、改質供給経路６ｂを通じて改質反応部１ｂに直接水が供給される実施の形態１の装置とは異なり、水供給部６から改質供給経路６ｂを通じてまず改質蒸発部１ａに水が供給される。そして、改質蒸発部１ａにおいて、水が蒸発して水蒸気となり、該水蒸気が貫通孔１７を通って改質反応部１ｂに供給される。このように、改質部１において、改質触媒体を含み改質反応が実施される改質反応部１ｂと、改質反応で用いる水蒸気を得るために水を蒸発させる改質蒸発部１ａとを分離することにより、装置起動直後の水蒸気発生のさらなる安定化を図ることが可能となる。また、定常運転時おいて、蒸発部４で万が一水が十分に蒸発されずに水の状態のままで改質部１に供給されても、改質蒸発部１ａが設けられているため、確実に水蒸気を改質反応部１ｂに供給することができる。したがって、水の蒸発に変動が少なく安定して水蒸気を供給することができ、改質反応の安定化が図れる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明により、起動初期においても速やかに改質部に水蒸気を供給できる装置を提供することが可能となり、その結果、従来の水素生成装置の起動初期に生じる熱負荷による改質触媒活性の低下等の問題点を解決することが可能となる。
【００７４】
【符号の説明】
１　　改質部
１ａ　改質蒸発部
２　　改質温度測定部
３　　加熱部
４　　蒸発部
４ａ　蒸発加熱部
５　　原料供給部
６　　水供給部
６ａ　流量切り替え部
６ｂ　改質供給経路
６ｃ　蒸発供給経路
７　　制御部
８　　改質ガス経路
９　　蒸発温度測定部
１０　気化部
【図面の簡単な説明】
【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図である。
【図２】本発明の実施の形態２における水素生成装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３における水素生成装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成図である。
【図５】図４の水素生成装置の気化部の構成を示す模式図である。
【図６】図４の水素生成装置の気化部の構成の他の例を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態５における改質部の詳細な構成図である。
【図８】図１の水素生成装置を備えた燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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