(57)【要約】【課題】  ガス流路の構成の簡素化を図ると共に、水蒸発部に溜まった水を効率的に加熱することを可能にする水素生成装置を提供する。【解決手段】  水素生成装置１０は、第一の筒状壁部材１１と、第一の筒状壁部材１１の外側に第一の筒状壁部材１１と同軸状に配置した第二の筒状壁部材１２と、第一の筒状壁部材１１と第二の筒状壁部材１２との間の第一の筒状空間において第一及び第二の筒状壁部材１１、１２の軸方向に並ぶように設けられた筒状の水蒸発部１３および筒状の改質触媒体１４と、可燃ガスの燃焼によって燃焼ガスを生成するバーナー１５と、第一の筒状壁部材１１の内側に第一の筒状壁部材１１と同軸状に配置して、燃焼ガスを流すための第二の筒状空間を第一の筒状壁部材１１との間で形成する第三の筒状壁部材１６と、第二の筒状空間の内部に配置した発熱体とを備える。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の筒状壁部材と、前記第一の筒状壁部材の外側に前記第一の筒状壁部材と同軸状に配置した第二の筒状壁部材と、前記第一の筒状壁部材と前記第二の筒状壁部材との間の第一の筒状空間において前記第一及び第二の筒状壁部材の軸方向に並ぶように設けられた筒状の水蒸発部および筒状の改質触媒体と、可燃ガスの燃焼によって燃焼ガスを生成するバーナーと、前記第一の筒状壁部材の内側に前記第一の筒状壁部材と同軸状に配置して、前記燃焼ガスを流すための第二の筒状空間を前記第一の筒状壁部材との間で形成する第三の筒状壁部材と、前記第二の筒状空間の内部に配置した発熱体と、を備え、
前記水蒸発部の水入口を通して流入する水を前記水蒸発部の内部において水蒸気に蒸発させると共に、前記水蒸発部の原料ガス入口を通して流入する原料ガスを前記水蒸気とを混合させ、前記原料ガスおよび前記水蒸発部を含む混合ガスを前記水蒸発部から前記改質触媒体に流入させ、前記流入した混合ガスを、前記改質触媒体を通過させながら改質反応によって水素リッチな改質ガスに改質する水素生成装置。
【請求項２】
前記発熱体はヒータ及び／又はガス燃焼触媒体である請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記水蒸発部の水入口を通して前記水蒸発部の内部に流入する水を、前記発熱体によって加熱して水蒸気に蒸発する請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記水蒸発部の内部の温度を検知する水蒸発部温度測定手段と、ヒータ制御部とを備え、前記ヒータ制御部は、前記水蒸発部温度検知手段により検知される温度に基づいて前記ヒータの前記水への加熱を制御する請求項２記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記水蒸発部温度測定手段により検知される温度が所定温度以上において、前記ヒータ制御部は、前記ヒータの前記水への加熱を停止する請求項４記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記ガス燃焼触媒体は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する金属担体とを備えた請求項２記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記金属担体は、筒状の第一の金属板と前記第一の金属板の側面に接触する突出部を有してコルゲート状に加工される第二の金属板とを備えた請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記ガス燃焼触媒体は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する筒状のセラミック担体とを備えた請求項２記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記セラミック担体には、軸方向に貫通する複数の孔がハニカム状に形成されている請求項８記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記ガス燃焼触媒体は、前記第一の筒状壁部材の内周面または前記第三の筒状壁部材の外周面に触媒粒子を塗布することにより構成される請求項２記載の水素生成装置。
【請求項１１】
中心軸の方向に延びる筒状の水蒸発部と、前記水蒸発部の中心軸の延長線上において前記水蒸発部の中心軸に並行して延びる筒状の改質触媒体と、可燃ガスの燃焼によって燃焼ガスを生成するバーナーと、前記水蒸発部によって囲まれた領域内に前記水蒸発部と同軸状に配置されて前記改質触媒体から流出する改質ガス中に含有する一酸化炭素ガスを除去する触媒体を収納するＣＯガス除去部と、前記ＣＯガス除去部と前記水蒸発部との間の、前記燃焼ガスを流すための筒状の燃焼ガス流路に配置された発熱体と、を備え、
前記水蒸発部の水入口を通して流入する水を前記水蒸発部の内部において水蒸気に蒸発させると共に、前記水蒸発部の原料ガス入口を通して流入する原料ガスを前記水蒸気とを混合させ、前記原料ガスおよび前記水蒸発部を含む混合ガスを前記水蒸発部から前記改質触媒体に流入させ、前記流入した混合ガスを、前記改質触媒体を通過させながら改質反応によって水素リッチな改質ガスに改質する水素生成装置。
【請求項１２】
前記発熱体はヒータ及び／又はガス燃焼触媒体である請求項１１記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記水蒸発部の水入口を通して前記水蒸発部の内部に流入する水を、前記発熱体によって加熱して水蒸気に蒸発する請求項１１記載の水素生成装置。
【請求項１４】
前記水蒸発部の内部の温度を検知する水蒸発部温度測定手段と、ヒータ制御部とを備え、前記ヒータ制御部は、前記水蒸発部温度検知手段により検知される温度に基づいて前記ヒータの前記水への加熱を制御する請求項１２記載の水素生成装置。
【請求項１５】
前記水蒸発部温度測定手段により検知される温度が所定温度以上において、前記ヒータ制御部は、前記ヒータの前記水への加熱を停止する請求項１４記載の水素生成装置。
【請求項１６】
前記触媒体の温度を検知する触媒体温度測定手段と、ヒータ制御部とを備え、前記ヒータ制御部は、前記触媒体温度測定手段により検知される温度に基づいて前記ヒータの前記触媒体への加熱を制御する請求項１２記載の水素生成装置。
【請求項１７】
前記触媒体が、前記一酸化炭素ガスをシフト反応する変成触媒体である請求項１６記載の水素生成装置。
【請求項１８】
前記水素生成装置の負荷変動時に、前記触媒体温度測定手段により検知される温度が所定温度以下において、前記ヒータ制御部は、前記ヒータの前記変成触媒体への加熱を開始する請求項１７記載の水素生成装置。
【請求項１９】
前記触媒体は、前記一酸化炭素ガスを選択酸化する選択酸化触媒体である請求項１６記載の水素生成装置。
【請求項２０】
前記ガス燃焼触媒体は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する金属担体とを備えた請求項１２記載の水素生成装置。
【請求項２１】
前記金属担体は、筒状の第一の金属板と前記第一の金属板の側面に接触する突出部を有してコルゲート状に加工される第二の金属板とを備えた請求項２０記載の水素生成装置。
【請求項２２】
前記ガス燃焼触媒体は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する筒状のセラミック担体とを備えた請求項１２記載の水素生成装置。
【請求項２３】
前記セラミック担体には、軸方向に貫通する複数の孔がハニカム状に形成されている請求項２２記載の水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素生成装置に関し、特に水蒸発部に溜まった水を効率的に蒸発することを可能にする水素生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池のアノードに水素リッチなガス（改質ガス）を供給し、燃料電池のカソードに酸化剤ガスを供給してこれらのガスを燃料電池の内部で電気化学的に反応させて電気と熱を同時に発生させるものである。
【０００３】
ここで改質ガスの生成法としては、原料ガス（例えば、天然ガスや都市ガス）と水蒸気から水蒸気改質反応によって水素ガスを製造する水素生成装置が使用されており、この水蒸気改質反応において、水を蒸発させる蒸発熱や改質反応を進める反応熱を加熱用バーナーの高温の燃焼ガスから受け取ることが必要であり、水および改質触媒体に対して燃焼ガスと効率良く熱交換させることが熱エネルギーの有効活用の観点から重要な課題になっている。
【０００４】
この課題に関連する一報告例として、改質触媒体を内蔵する筒状の改質部の周囲を、燃焼ガス流路を挟んで周方向に覆うようにして水蒸発部を配置させた水素生成装置が提案され（例えば、従来例としての特許文献１参照）、この水素生成装置においては、燃焼ガス流路および改質部（改質触媒体）を水蒸発部で覆うことによって燃焼ガス流路を流れる高温の燃焼ガスの放熱量および高温に保たれた改質触媒体の放熱量を少なくして水素生成装置の熱効率を改善させている。
【特許文献１】特開２００３−２５２６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した従来例の水素生成装置では、水素生成装置の熱効率の改善を優先させたため、原料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスを水蒸発部から改質部に向けて流出させる際、この混合ガスの流れの向きを水蒸発部の軸方向から周方向に変更させることに起因して混合ガス流路の構成を複雑化させている。例えば、水蒸発部の混合ガス出口と改質部の混合ガス入口を連結する混合ガス供給パイプは径方向に延び、この混合ガス供給パイプと軸方向に延びる改質部との接続箇所においては、溶接等の配管施工を施すことが必要であり、この混合ガス流路の配管施工は、水素生成装置のコストアップや構造体の複雑化に伴う構造体耐久性能の劣化をもたらす可能性がある。
【０００６】
このような構成に対して、同一軸方向に筒状の水蒸発部と改質触媒体を並べて配置させ、混合ガスの流れを軸方向に沿って水蒸発部から改質触媒体に向けてスムーズに上昇できれば、混合ガス流路の簡素化を図ることが可能であり、上記のような問題を解消して望ましい混合ガス流路の構成を実現することができる。
【０００７】
ところが、水蒸発部において軸方向に混合ガス（水蒸気）を流すような構成では、水素生成装置の起動時に水蒸発部の下端に溜まった水に対して蒸発熱を速やかに供給できず、このような溜まった水を蒸発に必要な所定温度にまで加熱するのに時間を要して、水素生成装置の起動動作が緩慢になってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合ガス流路の構成の簡素化を図ると共に、水素生成装置の起動時に水蒸発部に溜まった水を効率的に加熱することを可能にする水素生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明に係る水素生成装置は、第一の筒状壁部材と、前記第一の筒状壁部材の外側に前記第一の筒状壁部材と同軸状に配置した第二の筒状壁部材と、前記第一の筒状壁部材と前記第二の筒状壁部材との間の第一の筒状空間において前記第一及び第二の筒状壁部材の軸方向に並ぶように設けられた筒状の水蒸発部および筒状の改質触媒体と、可燃ガスの燃焼によって燃焼ガスを生成するバーナーと、前記第一の筒状壁部材の内側に前記第一の筒状壁部材と同軸状に配置して、前記燃焼ガスを流すための第二の筒状空間を前記第一の筒状壁部材との間で形成する第三の筒状壁部材と、前記第二の筒状空間の内部に配置した発熱体と、を備えており、前記水蒸発部の水入口を通して流入する水を前記水蒸発部の内部において水蒸気に蒸発させると共に、前記水蒸発部の原料ガス入口を通して流入する原料ガスを前記水蒸気とを混合させ、前記原料ガスおよび前記水蒸発部を含む混合ガスを前記水蒸発部から前記改質触媒体に流入させ、前記流入した混合ガスを、前記改質触媒体を通過させながら改質反応によって水素リッチな改質ガスに改質するものである。
【００１０】
前記発熱体は、例えば、通電加熱用のヒータ及び／又はガス燃焼触媒体である。
【００１１】
そして、前記水蒸発部の水入口を通して前記水蒸発部の内部に流入する水を、前記発熱体によって加熱して水蒸気に蒸発するように構成されている。
【００１２】
これにより、混合ガス流路の構成の簡素化を図ると共に、水素生成装置の起動時に水蒸発部に溜まった水を発熱体によって効率的に加熱し得る水素生成装置が得られる。
【００１３】
更に、前記水蒸発部の内部の温度を検知する水蒸発部温度測定手段と、ヒータ制御部とを備えて、前記ヒータ制御部は、前記水蒸発部温度検知手段により検知される温度に基づいて前記ヒータの前記水への加熱を制御するように構成しても良い。
【００１４】
これにより、水素生成装置の起動時に、水蒸発部の内部の温度を水蒸発部温度測定手段により検知して、この検知温度に基づいてヒータ制御部が、適切にヒータの水への加熱動作を制御できる。
【００１５】
そして、前記水蒸発部温度測定手段により検知される温度が所定温度以上において、前記ヒータ制御部は、前記ヒータの前記水への加熱を停止するようにヒータ加熱動作を制御すれば、無駄なヒータ加熱を止めてエネルギーロスを抑制できる。
【００１６】
また、前記ガス燃焼触媒体の一例は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する金属担体とを備えたものである。もしくは、前記ガス燃焼触媒体の他の例は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する筒状のセラミック担体とを備えたものである。
【００１７】
触媒粒子の触媒機能を使って未燃ガスをガス燃焼触媒体で簡単に燃焼処理でき、これにより未燃ガスの大気中への放出を防ぐと共に、未燃ガス燃焼によって得られる熱を利用して水蒸発部に溜まった水を加熱できる。
【００１８】
前記金属担体は、例えば、筒状の第一の金属板と前記第一の金属板の側面に接触する突出部を有してコルゲート状に加工される第二の金属板とを備えたものであっても良い。
【００１９】
このような金属担体を使用することにより、幅の狭い流路内（例えば、５ｍｍ程度）に多孔質部を多層に配置してもこの部分に割れやひび等をきたすことなく、設計自由度の優れたガス燃焼触媒体が得られる。
【００２０】
また、前記セラミック担体には、例えば、軸方向に貫通する複数の孔がハニカム状に形成されているように構成しても良い。
【００２１】
このようなセラミック担体を使用することにより、安価なガス燃焼触媒体が得られる。
【００２２】
前記ガス燃焼触媒体は、前記第一の筒状壁部材の内周面または前記第三の筒状壁部材の外周面に触媒粒子を塗布することにより構成しても構わない。
【００２３】
こうして、部品点数を減らして、簡易的にガス燃焼触媒体を形成することも可能である。
【００２４】
本発明に係る水素生成装置は、中心軸の方向に延びる筒状の水蒸発部と、前記水蒸発部の中心軸の延長線上において前記水蒸発部の中心軸に並行して延びる筒状の改質触媒体と、可燃ガスの燃焼によって燃焼ガスを生成するバーナーと、前記水蒸発部によって囲まれた領域内に前記水蒸発部と同軸状に配置されて前記改質触媒体から流出する改質ガス中に含有する一酸化炭素ガスを除去する触媒体を収納するＣＯガス除去部と、前記ＣＯガス除去部と前記水蒸発部の間の、前記燃焼ガスを流すための筒状の燃焼ガス流路に配置された発熱体と、を備えており、前記水蒸発部の水入口を通して流入する水を前記水蒸発部の内部において水蒸気に蒸発させると共に、前記水蒸発部の原料ガス入口を通して流入する原料ガスを前記水蒸気とを混合させ、前記原料ガスおよび前記水蒸発部を含む混合ガスを前記水蒸発部から前記改質触媒体に流入させ、前記流入した混合ガスを、前記改質触媒体を通過させながら改質反応によって水素リッチな改質ガスに改質するものである。
【００２５】
前記発熱体は、例えば、通電加熱用のヒータ及び／又はガス燃焼触媒体である。
【００２６】
そして、前記水蒸発部の水入口を通して前記水蒸発部の内部に流入する水を、前記発熱体によって加熱して水蒸気に蒸発するように構成されている。
【００２７】
これにより、混合ガス流路の構成の簡素化を図ると共に、水素生成装置の起動時に水蒸発部に溜まった水を発熱体によって効率的に加熱し得る水素生成装置が得られる。同時に、水素生成装置の起動時に、ＣＯガス除去部に内蔵する触媒体もその触媒反応温度まで迅速かつ効率的に加熱できる。
【００２８】
更に、前記水蒸発部の内部の温度を検知する水蒸発部温度測定手段と、ヒータ制御部とを備え、前記ヒータ制御部は、前記水蒸発部温度検知手段により検知される温度に基づいて前記ヒータの前記水への加熱を制御するように構成しても良い。
【００２９】
これにより、水素生成装置の起動時に、水蒸発部の内部の温度を水蒸発部温度測定手段により検知して、この検知温度に基づいてヒータ制御部が、適切にヒータの水への加熱動作を制御できる。
【００３０】
前記水蒸発部温度測定手段により検知される温度が所定温度以上において、前記ヒータ制御部は、前記ヒータの前記水への加熱を停止するようにヒータ加熱動作を制御すれば、無駄なヒータ加熱を止めてエネルギーロスを抑制できる。
【００３１】
また、前記触媒体の温度を検知する触媒体温度測定手段と、ヒータ制御部とを備え、前記ヒータ制御部は、前記触媒体温度測定手段により検知される温度に基づいて前記ヒータの前記触媒体への加熱を制御するように構成しても良い。
【００３２】
これにより、水素生成装置の起動時に、触媒体の内部の温度を触媒体温度測定手段により検知して、この検知温度に基づいてヒータ制御部が、適切にヒータの触媒体への加熱動作を制御できる。
【００３３】
前記触媒体は、例えば、前記一酸化炭素ガスをシフト反応する変成触媒体である。
【００３４】
この場合、前記水素生成装置の負荷変動時に、前記触媒体温度測定手段により検知される温度が所定温度以下において、前記ヒータ制御部は、前記ヒータの前記変成触媒体への加熱を開始しても良い。負荷変動時に触媒体の温度低下をきたし易く、これを補うため、ヒータにより変成触媒体を加熱することが効果的である。
【００３５】
なお、前記触媒体は、前記一酸化炭素ガスを選択酸化する選択酸化触媒体であっても良い
前記ガス燃焼触媒体の一例は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する金属担体とを備えものである。前記ガス燃焼触媒体の他の例は、触媒粒子と前記触媒粒子を担持する筒状のセラミック担体とを備えたものである。
【００３６】
触媒粒子の触媒機能を使って未燃ガスをガス燃焼触媒体で簡単に燃焼処理でき、これにより未燃ガスの大気中への放出を防ぐと共に、未燃ガス燃焼によって得られる熱を利用して水蒸発部に溜まった水を加熱できる。
【００３７】
前記金属担体は、筒状の第一の金属板と前記第一の金属板の側面に接触する突出部を有してコルゲート状に加工される第二の金属板とを備えたものであっても良い。
【００３８】
このような金属担体を使用することにより、幅の狭い流路内（例えば、５ｍｍ程度）に多孔質部を多層に配置してもこの部分に割れやひび等をきたすことなく、設計自由度の優れたガス燃焼触媒体が得られる。
【００３９】
前記セラミック担体には、軸方向に貫通する複数の孔がハニカム状に形成されるように構成しても良い。
【００４０】
このようなセラミック担体を使用することにより、安価なガス燃焼触媒体が得られる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、混合ガス流路の構成の簡素化を図ると共に、水素生成装置の起動時に水蒸発部に溜まった水を効率的に加熱し得る水素生成装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図中に「上」と記した側を上方とし、「下」と記した側を下方として、更に、円筒状の水素生成装置１０の上下の方向を軸方向とし、水素生成装置１０の第一の中心軸１１０を中心にして描く円周に沿った方向を周方向とし、その円周の半径に沿った方向を径方向として各実施の形態を説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【００４４】
最初に、図１に示す水素生成装置１０の全体構成の概略を説明する。
【００４５】
水素生成装置１０は主として、第一の中心軸１１０を共有して二重管を形成する円筒状のシームレス金属製（ステンレス製）の第一の筒状壁部材１１および第二の筒状壁部材１２と、第一および第二の筒状壁部材１１、１２によって区画された円筒状の領域に形成され、第一および第二の筒状壁部材１１、１２の第一の中心軸１１０の方向に延びる円筒状の水蒸発部１３と、この第一の中心軸１１０の方向に水蒸発部１３に並んで配置され、第一および第二の筒状壁部材１１、１２によって区画された領域に配置された円筒状の白金系改質触媒体１４と、第一の筒状壁部材１１の下端からその内部の上端付近まで挿入して配置され、第一の筒状壁部材１１との間で同軸の二重管を形成する円筒状のシームレス金属製（ステンレス製）の第三の筒状壁部材１６と、第二の筒状壁部材１２の上半分を覆って、第二の筒状壁部材１２との間で二重管を形成するシームレス金属製（ステンレス製）の円筒状カバー２２と、を有している。
【００４６】
ここで、水蒸発部１３に溜まった水に対する加熱用のヒータ装置は、水蒸発部１３の下端１３ｄの近傍において、第三の筒状壁部材１６との間で隙間を有するようにして第一の筒状壁部材１１の内周面に取り付けられた発熱体としての円筒状のヒータ１３１と、水蒸発部１３の水溜り部３８の上方位置に第二の筒状壁部材１２に設置され、水蒸発部１３の内部の温度を測定する水蒸発部温度測定手段６４（例えば、熱電対）と、水蒸発部温度測定手段６４により検知した温度に基づいてヒータ１３１への出力を制御するヒータ制御部１３０と、によって構成されている。なおここで、ヒータ１３１の例としては、通電用の発熱線により構成される発熱体がある。
【００４７】
また図１によれば、バーナー１５の火炎が下方に向かうようにバーナー１５が第一の筒状壁部材１１の上端に配置されている。
【００４８】
より詳しくは、第三の筒状壁部材１６の内部にその上端から燃焼筒５０が挿入され、燃焼筒５０の下端５０Ａは、第一の筒状壁部材１１（第三の筒状壁部材１６）の軸方向の中央付近（改質触媒体１４の下端１４ｄの近傍）に位置している。
【００４９】
ここで、燃焼筒５０の上端５０Ｂに設けられた環状の鍔部５０Ｓを、第一の筒状壁部材１１および円筒状カバー２２の上端に当接させて燃焼筒５０の軸方向に対する位置決めを行っている。併せて、燃焼筒５０の内部領域を除き、この鍔部５０Ｓによって円筒状カバー２２に囲まれた水素生成装置１０の上端を覆っており、鍔部５０Ｓが蓋部材の役割（第一、第二および第三の筒状壁部材１１、１２、１６の上方に設けられた蓋部材としての役割）を果たしている。そして、この鍔部５０Ｓにバーナー１５が接続されている。
【００５０】
更に、円盤状の仕切り部材５１が、燃焼筒５０の下端５０Ａの近傍において、燃焼筒５０の下端５０Ａと対向すると共に燃焼筒５０の下方を遮って第三の筒状壁部材１６の内部を仕切るように配置されている。
【００５１】
なお、後ほど詳しく説明するように、燃焼筒５０と第三の筒状壁部材１６の間の円筒状の空間は、バーナー１５からの燃焼ガスを流通させる第二の燃焼ガス流路５３として使用され、第三の筒状壁部材１６と第一の筒状壁部材１１の間の円筒状の空間は第一の燃焼ガス流路３０として使用され、第二の筒状壁部材１２と円筒状カバー２２の間の円筒状の空間は改質ガスを流通させる改質ガス流路４５として使用される。そしてヒータ１３１が、第一の筒状壁部材１１の内周面（第一の燃焼ガス流路３０を画する面）の周方向全域に亘って環状に延在するようにして、第三の筒状壁部材１６と第一の筒状壁部材１１の間の第一の燃料ガス流路３０に設けられている。
【００５２】
更に、水蒸発部１３の上端１３ｕと改質触媒体１４の下端１４ｄの間の境界域に改質触媒体１４を支持し、周方向に均等配置された複数の混合ガス噴出孔４３ｈを有する環状の支持部材４３が設けられている。
【００５３】
以上に説明したように、図１に示した水素生成装置１０によれば、改質触媒体１４の第一の中心軸１１０を水蒸発部１３の第一の中心軸１１０に一致させて、水蒸発部１３の内部に存在する混合ガス（原料ガスと水蒸気を含むガス）の流れ方向の下流側に改質触媒体１４を並べて配置している。すなわち、改質触媒体１４の下方に水蒸発部１３を配置している。
【００５４】
水蒸発部１３と改質触媒体１４の第一の中心軸１１０の方向を揃えて両者を並べて配置させることによって、水蒸発部１３から改質触媒体１４に向けて水蒸発部１３の内部を上昇する混合ガスを一方向（軸方向）に改質触媒体１４にスムーズに流出させることができ、例えば溶接等の配管施工を用いた複雑なガス流路を少なくすることができ、ＤＳＳ（Daily Start-up & Shut-down）運転による熱サイクルに対する水素生成装置１０の耐久性を向上できると共に、ガス流路を簡素化させることによって水素生成装置１０の製造コストを低減できる。
【００５５】
また、改質触媒体１４の下方に水蒸発部１３を配置させたため、改質触媒体１４に水蒸気のみを供給でき、水蒸発部１３の水滴が改質触媒体１４に流れ込むことによって改質触媒体１４上での水滴蒸発による改質触媒体１４の割れなどによる改質触媒体１４の劣化することを防止できる。
【００５６】
続いて、外部装置（図示せず）から水素生成装置１０に燃料ガス、原料ガス、空気および水を導く配管構成を述べる。
【００５７】
水蒸発部１３には、原料供給手段（図示せず）から供給される原料ガスを水蒸発部１３の原料ガス入口４０inに導く原料ガス配管４０および供給水を水蒸発部１３の水入口１３inに導く水配管４１が接続されている。
【００５８】
また、バーナー１５には、燃料電池（図示せず）のオフガスとして還流される燃料ガスをバーナー１５の火炎領域に導く燃料ガス配管１７が接続され、かつ空気供給手段（図示せず）から供給される空気をバーナー１５の火炎領域に導く空気配管２１が、環状の空気バッファ２３を介して接続されている。
【００５９】
次に、燃焼ガス経路に関連する水素生成装置１０の構成をより詳しく説明する。
燃焼筒５０の内径は、第三の筒状壁部材１６の内径よりも小さく、これによって燃焼筒５０と第三の筒状壁部材１６との間に円筒状の隙間からなる第二の燃焼ガス流路５３が形成されている。燃焼筒５０は、組み立て時に円筒状の隙間を隔てて第三の筒状壁部材１６の上端からその内部に挿入される。燃焼筒５０を第三の筒状壁部材１６に対して両者の第一の中心軸１１０の方向を揃えて挿入した状態において、燃焼筒５０の下端５０Ａとの間に環状のギャップを有するようにして円盤状の仕切り部材５１が配置されている。そして、このギャップが下部燃焼ガス流入口５２に相当する。
【００６０】
また、第三の筒状壁部材１６の内径は、第一の筒状壁部材１１の内径よりも小さく、これによって第三の筒状壁部材１６と第一の筒状壁部材１１との間に円筒状の隙間からなる第一の燃焼ガス流路３０が形成されている。第三の筒状壁部材１６は、組み立て時に第一の筒状壁部材１１との間に円筒状の隙間を形成するようにして第一の筒状壁部材１１の下端から第一の筒状壁部材１１の内部に挿入される。そして、第三の筒状壁部材１６を第一の筒状壁部材１１に挿入し両者の第一の中心軸１１０の方向を揃えて固定させた状態において、第三の筒状壁部材１６の上端との間に環状のギャップを有するようにして第一の筒状壁部材１１の上端が鍔部５０Ｓによって塞がれる。なお、このギャップが上部燃焼ガス流入口３１に相当する。
【００６１】
また、第三の筒状壁部材１６を挿入する際、第三の筒状壁部材１６の下端の環状のストッパー部１６ａを燃焼ガス排気部３３の下壁にパッキン（図示せず）を介して当接させて、第三の筒状壁部材１６の軸方向の位置決めを行っている。
【００６２】
更に、第一の筒状壁部材１１の上端は、鍔部５０Ｓに当接すると共に、その下端部は燃焼ガス排気部３３の下壁にパッキン（図示せず）を介して当接させることによって第一の筒状壁部材１１が固定される。
【００６３】
また、第一の筒状壁部材１１および第三の筒状壁部材１６は共に改質触媒体１４の上端１４ｕの近傍から水蒸発部１３の下端１３ｄの近傍に至るように延在するシームレスな金属パイプであるため、この第一の燃焼ガス流路３０も改質触媒体１４の上端１４ｕの近傍から水蒸発部１３の下端１３ｄの近傍に至るように形成されている。
【００６４】
また、第一の燃焼ガス流路３０を流通する燃焼ガスを、第一の筒状壁部材１１の下端近傍に形成された燃焼ガス流出口３２を通して大気に導くため、第一の筒状壁部材１１の下端近傍の周囲には燃焼ガス排気部３３が配設され、その燃焼ガス排気部３３の所定位置にその径方向外側に突出するように排気口配管３４が配設されている。
【００６５】
より詳しくは、第一の筒状壁部材１１には、周方向に均等配置された開口としての燃焼ガス流出口３２が形成され、この燃焼ガス流出口３２を覆って第一の筒状壁部材１１に接続され、かつ第一の筒状壁部材１１の全周囲に亘るように燃焼ガス排気部３３が配設されている。そして、燃焼ガス排気部３３の外周からその径方向に突出するように円筒状の排気口配管３４が配設されている。
【００６６】
こうして、図１に示すように、燃焼筒５０と第一の筒状壁部材１１の間の領域に挿入された第三の筒状壁部材１６によって燃焼ガス流路は、第二の燃焼ガス流路５３から第一の燃焼ガス流路３０に向かって上部燃焼ガス流入口３１を境にしてコの字状に折り曲げられている。
【００６７】
次に、混合ガス流路および改質ガス経路に関連する水素生成装置１０の構成をより詳しく説明する。
【００６８】
図１に示すように、水蒸発部１３の内部の混合ガスは、水蒸発部１３の上端１３ｕと改質触媒体１４の下端１４ｄの間の境界域に配置され、改質触媒体１４を支持する支持部材（仕切り板）４３に形成された複数の混合ガス噴出孔４３ｈを通って改質触媒体１４に流出する。なおここで、この支持部材４３の混合ガス噴出孔４３ｈは、支持部材４３の周方向に所定間隔隔てて複数の丸孔（直径：約１ｍｍ）として形成されたものである。これによって、混合ガスを改質触媒体１４の周方向に均一に供給することが可能になる。
【００６９】
また、この支持部材４３の外周は、図１に示すように第二の筒状壁部材１２に接続され、支持部材４３が片持状態で第二の筒状壁部材１２に支持されている。一方、支持部材４３の内周と第一の筒状壁部材１１の間に環状隙間があり、この環状隙間を通しても混合ガスは水蒸発部１３から改質触媒体１４に向けて流れる。勿論、支持部材４３を第二の筒状壁部材１２によって片持させる他、この支持部材４３を第一の筒状壁部材１１によって片持させても良く、第一および第二の筒状壁部材１１、１２によって両持させても良い。また、この混合ガス噴出孔４３ｈの形状は丸孔に限定されるものではなく、例えば長円形、楕円形、矩形等、どのような形状であっても構わない。
【００７０】
なお、この支持部材４３の変形例として、支持部材４３の周方向に複数の混合ガス噴出孔４３ｈを形成する代わりに、支持部材４３の周方向の一箇所にのみ混合ガス噴出孔（図示せず）を設けても良い。このように単一の混合ガス噴出孔を設けることによって、水蒸発部１３の内部の原料ガスと水蒸気が改質触媒体１４に向けて流出する際、原料ガスと水蒸気はこの混合ガス噴出孔に集まって混合され、混合ガスの混合促進を図ることができる（但し、混合ガスを周方向に均一化させて改質触媒体に供給させる措置が別途必要になる。）。
【００７１】
一方、改質触媒体１４の軸方向上端から流出する改質ガスは、第二の筒状壁部材１２の上端と鍔部５０Ｓとの環状のギャップに相当する改質ガス流入口４４を通って第二の筒状壁部材１２と円筒状カバー２２の間に形成された改質ガス流路４５に流出する。より詳しくは、第二の筒状壁部材１２の内径は、円筒状カバー２２の内径よりも小さく、これによって第二の筒状壁部材１２と円筒状カバー２２との間に円筒状の隙間からなる改質ガス流路４５が形成されている。第二の筒状壁部材１２は、組み立て時に円筒状の隙間を隔てて円筒状カバー２２の内部に挿入される。そして、第二の筒状壁部材１２を円筒状カバー２２に両者の第一の中心軸１１０の方向を揃えて挿入した状態において、第二の筒状壁部材１２の上端との間にギャップを有するようにして円筒状カバー２２の上端が鍔部５０Ｓによって塞がれる。こうして、改質ガス流入口４４としての環状のギャップおよび改質ガス流路４５としての円筒状の隙間が形成される。
【００７２】
また、第二の筒状壁部材１２と円筒状カバー２２によって区画された隙間には、丸棒４６が配置されている。より詳しくは、第二の筒状壁部材１２の周囲にらせん状に可とう性の丸棒４６を巻きつけて配置し、この丸棒４６を第二の筒状壁部材１２および円筒状カバー２２に当接させて（挟み込んで）改質ガス流路４５に改質ガスらせん状流路４５Ａ（改質ガス周方向移動手段）が形成されている。
【００７３】
また、改質ガス流路４５を流通する改質ガスを、円筒状カバー２２の下端近傍に形成された改質ガス流出口４７を通して下流側に導くため、円筒状カバー２２の所定位置には、その径方向外側に突出するように改質ガス排気配管４８が配設されている。
【００７４】
より詳しくは、円筒状カバー２２に改質ガス流出口４７が形成され、この改質ガス流出口４７を覆って円筒状カバー２２に接続され、かつその径方向に突出するように円筒状の改質ガス排気配管４８が配設されている。
【００７５】
なお、第一および第二の筒状壁部材１１、１２および支持部材４３並びに燃焼ガス排気部３３の上壁によって囲まれた領域が、水蒸発部１３を構成し、その内部の混合ガスを封入する空間として機能する。また、第一および第二の筒状壁部材１１、１２および支持部材４３並びに円盤状の鍔部５０Ｓで囲まれた領域が、改質触媒体１４を収納する空間として機能する。
【００７６】
以上のように構成された水素生成装置１０において、そのヒータ１３１の、水溜り部３８に溜まった水への加熱動作を説明する。
【００７７】
水素生成装置１０の起動時のように、水素生成装置１０全体の温度が低い場合には、バーナー１５での燃焼熱は水蒸発部１３に至るまでに熱が奪われ、また水蒸発部１３自体も低温化しているため、燃焼熱により水溜り部３８の供給水を迅速に加熱し難い。このような不具合を解消するため、第一の筒状壁部材１１に取り付けたヒータ１３１が、水溜り部３８に溜まった供給水に対して効率的に熱を供給する。
すなわち、水蒸発部温度測定手段６４により検知した水蒸発部１３の温度は、ヒータ制御部１３０に出力される。ヒータ制御部１３０は、水蒸発部温度測定手段６４の出力信号に基づいてヒータ１３１の供給水への加熱を制御するものであり、例えば、水素生成装置１０の起動時に、供給水を第一の筒状壁部材１１を介したヒータ１３１の加熱により速やかに昇温させるようにヒータ制御部１３０は、ヒータ１３１の加熱動作を制御すると共に、水蒸発部１３の内部を所定温度（例えば、１００℃程度）にまで昇温できたら、無駄なヒータ加熱を止めてエネルギーロスを抑えるため、ヒータ１３１の供給水への加熱を停止するようにヒータ制御部１３０はヒータ１３１の加熱動作を制御している。
【００７８】
次に、水素生成装置１０の燃焼ガスおよび混合ガス並びに改質ガスの流通動作を、順を追って説明する。
【００７９】
燃料ガス（例えば、燃料電池のオフガス）の通路（図示せず）に繋がる燃料ガス入口ポート１７inから供給される燃料ガスは、燃料ガス配管１７に導かれる。その後、燃料ガスは、燃料ガス配管１７を通ってバーナー１５の方向に下降する。続いて、燃料ガスは、燃料ガス配管１７の下流側端を封止する燃料ガス配管蓋１８によってその流れは遮られ、そこから、燃料ガスは、燃料ガス配管蓋１８の近傍であって燃料ガス配管１７の側面に設けられた複数の燃料ガス噴出孔１９からバーナー１５の火炎領域に噴出する。
【００８０】
一方、空気供給手段（図示せず）に繋がる空気入口ポート２１inから供給される燃焼用の空気は、空気配管２１を通ってバーナー１５の方向に下降して、燃料ガス配管１７の下流端近傍においてこの燃料ガス配管１７の周囲に設けられ、略中央において凹状に窪んだ環状の中空体からなる空気バッファ２３の内部に供給される。そして、凹状の窪んだ部分の内側面に形成された複数の空気噴出孔２０から空気バッファ２３の空気は、バーナー１５の火炎領域に噴出する。こうしてバーナー１５の火炎領域に導かれた燃料ガスと空気を含む混合ガス中の可燃ガス濃度が可燃濃度に維持されて可燃ガスが燃焼され、バーナー１５の内部において高温の燃焼ガスが生成される。
【００８１】
燃焼ガスは、第三の筒状壁部材１６および第一の燃焼ガス流路３０の内部を図１に示された点線のような経路を通って外部（大気中）に放出される。
【００８２】
燃焼によって生成した燃焼ガスは、燃焼筒５０の内部を下降して、その燃焼ガスは、図１の点線で示すように、下部燃焼ガス流入口５２を通って燃焼筒５０と第三の筒状壁部材１６の間に形成された第二の燃焼ガス流路５３並びに上部燃焼ガス流入口３１を通って第三の筒状壁部材１６と第一の筒状壁部材１１の間に形成された第一の燃焼ガス流路３０を流通する。
【００８３】
より詳しくは、バーナー１５において生成した燃焼ガスは、燃焼筒５０の内部を下降して、燃焼筒５０の下端５０Ａとギャップを隔てて配置された仕切り部材５１によってその下降が遮られる。この遮られた燃焼ガスは、そこから仕切り部材５１の径方向にこの仕切り部材５１に沿って拡散して、環状の下部燃焼ガス流入口５２を通って円筒状の第二に燃焼ガス流路５３の内部に導かれる。その後、高温の燃焼ガスは第二の燃焼ガス流路５３を通って上方に導かれる途中に、改質触媒体１４に対して第一の筒状壁部材１１および第一の燃焼ガス流路３０並びに第三の筒状壁部材１６を介して燃焼ガスから供給される吸熱改質反応用の反応熱を与える（例えば、燃焼ガスによって加熱された第三の筒状壁部材１６の輻射熱伝達によって改質触媒体１４は加熱される。）。そして、第二の燃焼ガス流路５３の内部を上昇する燃焼ガスは、第三の筒状壁部材１６の上端とギャップを隔てて配置された鍔部５０Ｓによってその上昇が遮られる。この遮られた燃焼ガスは、そこから鍔部５０Ｓの径方向にこの鍔部５０Ｓに沿って拡散して、環状の上部燃焼ガス流入口３１を通って円筒状の第一の燃焼ガス流路３０の内部に導かれる。
【００８４】
すなわち、第一および第二の燃焼ガス流路３０、５３を設けて、第二の燃焼ガス流路５３において燃焼ガスを改質触媒体の下端１４ｄの近傍から上端１４ｕの近傍に向けて上昇させると共に、第一の燃焼ガス流路３０において燃焼ガスを改質触媒体の上端１４ｕの近傍から下端１４ｄの近傍に向けて下降させる。
【００８５】
その後、燃焼ガスは第一の燃焼ガス流路３０を通って下方に導かれる途中に、改質触媒体１４に対して燃焼ガスから熱交換によって改質反応（吸熱反応）用の反応熱を与えた後、水蒸発部１３の内部の水に対して燃焼ガスから熱交換によって蒸発熱を与える。ここで、第三の筒状壁部材１６の上半部は、燃焼筒としても機能し、その熱輻射によっても改質触媒体１４に熱を与える。水蒸発部１３の内部の水と熱交換した燃焼ガスは、燃焼ガス流出口３２から燃焼ガス排気部３３に流入する。この流入した燃焼ガスは、燃焼ガス排気部３３の内部を通って排気口配管３４から外部（大気中）に放出される。
【００８６】
以上に説明したように、バーナー１５の火炎を下方に向かって形成することによって、燃料ガスと空気の混合ガスの燃焼によって生成された燃焼生成物（例えば、金属酸化物）を仕切り部材５１に堆積させることができ、この燃焼生成物によってバーナー１５の空気噴出孔２０や燃料ガス噴出孔１９を塞ぐことを未然に防止できる。
【００８７】
また、バーナー１５を１８０°反転させて改質触媒体の上方に設置したため、メンテナンス作業時のバーナー１５へのアクセスが容易になり、バーナー１５のメンテナンス作業性が向上する。
【００８８】
また、燃焼ガスの流路を第一および第二の燃焼ガス流路３０、５３に分けて燃焼ガスを改質触媒体１４の軸方向に沿って上昇させた後、下降させるような燃焼ガス流路を採用したことによって、改質触媒体１４の軸方向に対する燃焼ガスの伝熱特性（改質触媒体１４の温度勾配）を改善できる。
【００８９】
具体的には、燃焼ガスの温度は、燃焼筒５０から流出する直後（下部燃焼ガス流入口５２の近傍）において最も高く、その後、燃焼ガスから改質反応に必要な反応熱を改質触媒体１４に供与しながら第一および第二の燃焼ガス経路３０、５３を通過するに従って、燃焼ガスの温度は低下していく。燃焼ガス温度の変化の一例として、下部燃焼ガス流入口５２において燃焼ガスの温度が１０００℃であり、上部燃焼ガス流入口３１において燃焼ガスの温度が８００℃である。このような条件下において、仮に第一の燃焼ガス流路３０を無くして、第二の燃焼ガス流路５３のみによって改質触媒体１４に改質反応に必要な反応熱を与えるような場合を想定すると、上部および下部燃焼ガス流入口３１、５２における燃焼ガスの温度差（２００℃）が、直接に改質触媒体１４の上端１４ｕおよび下端１４ｄの温度差に反映されて改質触媒体１４の軸方向に燃焼ガスの温度差に起因する温度勾配がもたらされる。
【００９０】
これに対して、この実施の形態１のように第一および第二の燃焼ガス流路３０、５３を設けて、第二の燃焼ガス流路５３において燃焼ガスを改質触媒体の下端１４ｄから上端１４ｕに向けて上昇させると共に、第一の燃焼ガス流路３０において燃焼ガスを改質触媒体の上端１４ｕから下端１４ｄに向けて下降させることによって、先ほど述べた第二の燃焼ガス流路５３において発生する改質触媒体１４に対する軸方向の温度勾配が、第一の燃焼ガス経路３０において発生する改質触媒体１４に対する軸方向の温度勾配によって相殺される。すなわち、改質触媒体１４の下端１４ｄの近傍においては、第二の燃焼ガス流路５３を流れる燃焼ガスの温度は高温側にある一方、第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスの温度は低温側にあり、反面、改質触媒体１４の上端１４ｕの近傍においては、第二の燃焼ガス流路５３を流れる燃焼ガスの温度は低温側である一方、第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスの温度は高温側にある。そのため、第二の燃焼ガス流路５３を流れる燃焼ガス温度差によって、第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガス温度差が均一化され、第二の燃焼ガス流路５３の流れる燃焼ガスの温度が低い改質触媒体１４の上端１４ｕへの伝熱量を、第一の燃料ガス流路３０を流れる燃料ガスによって多く供給することになり、温度が高い下端１４ｄへの伝熱量を少なく供給することとなり、改質触媒体１４全体の軸方向の温度勾配を小さく均一な温度とすることができる。よって、改質触媒体１４を設定したい温度帯（例えば、５５０℃〜６５０℃）とすることが容易となり、改質触媒体１４全体を有効に使用することが可能となり、改質触媒体１４の量の低減や局所的な改質触媒体１４の高温化防止により耐久性の向上を実現することができる。
【００９１】
また、原料ガスと水蒸気を含む混合ガスは、次のようにして水蒸発部１３から改質触媒体１４に流出する。
【００９２】
原料供給手段に繋がる原料ガス入口４０inに供給される原料ガスは、第一の原料ガス配管４０を通して水蒸発部１３に導かれ、改質熱交換部６０に繋がる水入口１３inに供給される供給水は、水配管４１を通って水蒸発部１３に導かれる。
【００９３】
そして、既に説明したとおり水素生成装置１０の起動時には、水蒸発部１３の水溜り部３８に溜まった供給水を、第一の筒状壁部材１１を介したヒータ１３１の加熱によって速やかに蒸発可能な温度まで昇温した後にヒータ１３１の供給水への加熱を停止し、その後、この加熱水は第一の筒状壁部材１１を介した燃焼ガスとの熱交換により蒸発熱を受け取って水蒸気になるように蒸発させられる。
【００９４】
こうして蒸発した水蒸気は原料ガスと水蒸発部１３の内部で混合させられ、水蒸発部１３の軸方向に上昇し、支持部材（仕切り板）４３に形成された複数の混合ガス噴出孔４３ｈを通って改質触媒体１４に流出する。そして、混合ガスは、改質触媒体１４を通過しながら改質反応によって水素リッチな改質ガスに改質される。
【００９５】
この改質ガスは、図１に示された細い一点鎖線のように、改質触媒体１４から改質ガス流路４５を通って下流側に流出する。
【００９６】
より詳しくは、改質触媒体１４において上記のように混合ガスを改質して生成された改質ガスは、改質触媒体１４の内部を上昇して、鍔部５０Ｓによってその上昇が遮られる。遮られた改質ガスは、そこから鍔部５０Ｓの径方向にこの鍔部５０Ｓに沿って拡散して、改質ガス流入口４４を通って改質ガス流路４５に導かれる。その後、改質ガスは改質ガスらせん状流路４５Ａを通って下方に導かれる途中に、丸棒４６（棒状部材）に沿って改質触媒体１４の周方向に移動させられる。
【００９７】
こうして改質ガス流路４５を流れる改質ガスは、改質ガス流出口４７を通って改質ガス排気配管４８に流出する。この流出した改質ガスは、改質ガス排気配管４８を通って下流側に流出する。
【００９８】
このような水素生成装置１０によれば、第一、第二および第三の筒状壁部材１１、１２、１６および円筒状カバー２２がいずれも、シンプルな円筒形状であるため、水素生成装置１０の耐久性能が向上する。特に、これらの第一、第二および第三の筒状壁部材１１、１２、１６および円筒状カバー２２には、配管途中に溶接箇所等のつなぎ目を無くしたシームレスなステンレス製の金属パイプを用いることが可能なため、日毎に起動停止を行うＤＳＳ運転に基づく熱サイクルによる溶接部への影響を解消することができる。
【００９９】
また、改質触媒体１４の上端１４ｕから下端１４ｄまでの周方向全面を、第一の筒状壁部材１１を介して第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスと接触させることができ、改質触媒体１４に対して燃焼ガスから改質反応に必要な反応熱を効率的に与えることが可能であると共に、水蒸発部１３の上端１３ｕから下端１３ｄまでの周方向全面を、第一の筒状壁部材１１を介して第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスと接触させることができ、水蒸発部１３の内部の水に対して燃焼ガスから蒸発熱を効率的に与えることが可能である。
【０１００】
また、第一の燃焼ガス流路３０を第一の筒状壁部材１１の内側に配置できたため、第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスの放熱を抑制することもできる。
【０１０１】
更に、改質ガスを改質触媒体１４の周方向に移動させるため、周方向の改質ガス流れの偏りを抑制できて高温に保たれた改質触媒体１４の放熱を周方向全域に亘って均一に防止できる。
【０１０２】
加えて、水蒸発部１３の下端１３ｄの近傍における第一の筒状壁部材１１の内周面に環状にヒータ１３１を取り付けることによって、水素生成装置１０の起動時に水溜り部３８に溜まった供給水をヒータ１３１により迅速に加熱でき、水素生成装置１０の起動時間の短縮を図ることが可能になる。
【０１０３】
ここで、ヒータ１３１の供給水に対する伝熱特性を更に改善する変形例を、以下に図２を参照して説明する。
【０１０４】
図２に示すように、この変形例は、水溜り部３８に位置する第１の筒状壁部材１１の外周面に多孔質物質からなる薄膜３７（約０．５ｍｍ程度の多孔質体金属膜３７）を設けるものである。具体的には、図２は、図１の水蒸発部１３の下端１３ｄの近傍の拡大断面図である。水溜り部３８の下端から上方に一定距離だけ延びるようにかつ第一の筒状壁部材１１の外周面（水蒸発部１３を画する面）の周方向全域に亘って多孔質体金属膜３７を第一の筒状壁部材１１の外周面に設ける。すなわち、多孔質金属膜３７は、第一の筒状壁部材１１を介してヒータ部１３１と対向するように配置されている。そしてこの結果、この多孔質体金属膜３７と第二の筒状壁部材１２の内周面との間に水溜り部３８が形成されることになる。
【０１０５】
このような構成によって、水供給手段から供給され水蒸発部１３の水溜り部３８に溜まった水に多孔質体金属膜３７を漬けてこの水を吸い上げることができ、水を吸い上げて水分を含んだ多孔質体金属膜３７によって水の蒸発面積を稼ぐことが可能になる。そして、ヒータ１３１によって多孔質体金属膜３７の全面を加熱させ、多孔質体金属膜３７に滲みこんだ水を効率的に加熱できる。
【０１０６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【０１０７】
図１（実施の形態１）と比較した図３の主な相違点は、改質触媒体１４から流出した改質ガス中に含有する一酸化炭素ガス（ＣＯガス）を除去するため、改質触媒体１４の改質ガス流れ方向下流に、変成触媒体７４およびＣＯガス除去部１００が付加されたことにある。
【０１０８】
なお、水蒸発部１３によって囲まれた空間（図１に示すデッドスペース）に、ＣＯガス除去部１００が設けられ、水素生成装置１０の全体構成の簡素化が図られている。
【０１０９】
以下、この相違点を中心にして実施の形態３の構成を説明し、図１と同じ構成および動作については、それらの説明を省略する。
【０１１０】
図３に示すように、水素生成装置１０の変成触媒体周辺構造は主として、第一の中心軸１１０に並行して延びる第二の中心軸１２０を有する円筒状シームレス金属製（ステンレス製）の変成触媒体配管７３と、変成触媒体配管７３の内部に配置され、改質ガス中のＣＯガスをシフト反応によって除去する円柱状の白金系変成触媒体７４と、を有している。また、変成触媒体内管７３の内部に配置された変成触媒体７４の軸方向両端は、改質ガス流通用の多数のパンチ孔７６ｈ、７７ｈを形成した円盤状の第一および第二の変成触媒体パンチメタル７６、７７によって支持されている。更には、変成触媒体内管７３の上端近傍の内部が、改質ガス排気配管４８を介して改質ガス流出口４７に接続されている。また、変成排気配管７８を介して変成触媒体配管７３の下端と、後で述べるＣＯガス除去部外管９２の下端近傍とが接続され、変成触媒体内管７３から流出した改質ガスを、変成排気配管７８を介してＣＯガス除去部１００の内部に流入させ得る。
【０１１１】
ＣＯガス除去部１００は、第三の筒状壁部材１６の内部にその下端から両者の第一の中心軸１１０を一致させて配置され、それは主として、第一の中心軸１１０を共有して二重管を形成する円筒状のＣＯガス除去部内管９３およびこのＣＯガス除去部内管９３を覆う円筒状のＣＯガス除去部外管９２と、これらの内外管９３、９２によって区画された領域に配置される円筒状のＣＯガス除去部触媒体９８と、ＣＯガス除去部触媒体９８の下端の温度を測定するため、ＣＯガス除去部外管９２の側壁に配置された触媒体温度測定手段１３２（例えば、熱電対）と、ＣＯガス除去部触媒体９８の軸方向両端を支持すると共に多数のパンチ孔９６ｈ、９７ｈを有する環状の第一および第二のＣＯガス除去部パンチメタル９６、９７と、ＣＯガス除去部外管９２の軸方向両端を塞ぐＣＯガス除去部上下蓋９５、９４と、を有している。そして、ＣＯガス除去部下蓋９４の中央部を内管９３が上下方向に貫通している。
【０１１２】
また、仕切り部材５１とＣＯガス除去部上蓋９５（ＣＯガス除去部の端壁）の間には、円盤状の第一のＣＯガス除去部断熱部材９０がＣＯガス除去部上蓋９５の表面を覆うように充填され、ＣＯガス除去部外管９２（ＣＯガス除去部の周囲壁）と第三の筒状壁部材１６の間には、円筒状の第二のＣＯガス除去部断熱部材９１がＣＯガス除去部外管９２の外周面を覆うように充填されている。こうして、第一のＣＯガス除去部断熱部材９０によってバーナー１５の内部の高温(約１０００℃)の燃焼ガスによってＣＯガス除去部１００がオーバーヒートすることを防いでいる。また、第二のＣＯガス除去部断熱部材９１の断熱条件を変えることによって、第一の燃焼ガス流路３０の燃焼ガス／ヒータ１３１とＣＯガス除去部触媒体９８との間の熱交換によって授受される熱量を適切に制御でき、ＣＯガス除去部触媒体９８を望ましい温度に維持できる。
【０１１３】
なお、水蒸発部温度測定手段６４により検知した水蒸発部１３の温度および触媒体温度測定手段１３２により検知したＣＯガス除去部触媒体９８の温度は、ヒータ制御部１３０に出力される。ヒータ制御部１３０は、これらの温度測定手段６４、１３２の出力信号に基づいてヒータ１３１の供給水およびＣＯガス除去部触媒体９８への加熱を制御する。例えば、水素生成装置１０の起動時に、供給水を第一の筒状壁部材１１を介したヒータ１３１の加熱により速やかに昇温させるようにヒータ制御部１３０は、ヒータ１３１の加熱動作を制御すると共に、水蒸発部１３の内部を所定温度にまで昇温できたら、ヒータ１３１の供給水への加熱を停止するようにヒータ制御部１３０はヒータ１３１の加熱動作を制御しても良い。
【０１１４】
もしくは、水素生成装置１０の起動時に、水溜り部３８に溜まった供給水に近接することに起因して燃焼ガスにより加熱し難いＣＯガス除去部触媒体９８の下端部位を、第二のＣＯガス除去部断熱部材９１およびＣＯガス除去部外管９２を介したヒータ１３１の加熱により速やかに昇温させるようにヒータ制御部１３０は、ヒータ１３１の加熱動作を制御すると共に、触媒反応に必要な温度までＣＯガス除去部触媒体９８を昇温できたら、ヒータ１３１のＣＯガス除去部触媒体９８への加熱を停止するようにヒータ制御部１３０はヒータ１３１の加熱動作を制御しても良い。
【０１１５】
勿論、ヒータ１３１により供給水およびＣＯガス除去部触媒体９８を適切な温度に加熱できれば、無駄なヒータ加熱を止めてエネルギーロスを抑えるため、ヒータ１３１の、供給水およびＣＯガス除去部触媒体９８への加熱を停止して、その後は、この供給水は、第一の筒状壁部材１１を介した燃焼ガスとの熱交換により蒸発熱を受け取って水蒸気になるように蒸発させられ、ＣＯガス除去部触媒体９８は、第二のＣＯガス除去部断熱部材９１およびＣＯガス除去部外管９２を介した燃焼ガスとの熱交換により反応熱を受け取って触媒反応に必要な温度に維持される。
【０１１６】
このような構成において、改質ガス流出口４７から流出する改質ガスは、図３に示された細い一点鎖線の経路のように変成触媒体７４の内部を流通する。
【０１１７】
改質ガス排気配管４８から変成触媒体内管７３の内部に導かれた改質ガスは、変成触媒体内管７３の上蓋によってその流れを下方に向けられて第一の変成触媒体パンチメタル７６のパンチ孔７６ｈを通り、３００℃〜３５０℃に温度維持された変成触媒体７４の内部に流入する。そして、改質ガスが変成触媒体７４の内部を通過する期間に、この変成触媒体７４によって改質ガス中に含有するＣＯガスと水から二酸化炭素ガスと水素ガスを生成するシフト反応（発熱反応）に基づいてＣＯガスが除去される。その後、ＣＯガス除去後の改質ガスは、第二の変成触媒体パンチメタル７７のパンチ孔７７ｈを通って変成排気配管７８から下流側に流出する。
【０１１８】
また、変成触媒体７４から変成排気配管７８に流出した改質ガス中のＣＯガスを更に除去するため、改質ガスは、ＣＯガス除去部内管９２の内部に導かれ、その流れの向きを上方に向かせられる。そして、改質ガスが、第二のＣＯガス除去部パンチメタル９７のパンチ孔９７ｈを通ってＣＯガス除去部触媒体９８の内部を上方に向かって通過する間に、改質ガス中に含有されるＣＯガスが除去される。
【０１１９】
その後、第一のＣＯガス除去部パンチメタル９６のパンチ孔９６ｈを通過後の改質ガスは、ＣＯガス除去部上蓋９５によってその流れの向きを下方に向けられ、ＣＯガス除去部内管９３の内部を下方に向かって流れて下流側に流出する。
【０１２０】
ＣＯガス除去部触媒体９８の具体例としては、既に説明したシフト反応用の白金系の変成触媒体であっても良く、銅―亜鉛系の変成触媒であっても良く、微量の酸素ガス（酸素ガス流入経路は図示せず。）を改質ガスに混ぜて改質ガス中のＣＯガスを二酸化炭素ガスに変換する白金系のＣＯ選択酸化触媒体であっても良い。
【０１２１】
但し、ＣＯガス除去部触媒体９８として白金系の変成触媒体を用いる場合、触媒体温度（触媒反応温度）は１５０〜２００℃に維持され、銅―亜鉛系の変成触媒体を用いる場合、触媒体温度は３００〜３５０℃に維持され、ＣＯ選択酸化触媒体を用いる場合、触媒体温度は１００〜１５０℃に維持される必要がある。よって、水素生成装置１０の起動時には、使用する触媒体の種類に併せて、その触媒作用温度までヒータ１３１により迅速に昇温し得るようにヒータ制御部１３０はヒータ１３１の加熱動作を制御している。
【０１２２】
また、水素生成装置１０の作動中に、その出力を上げる方向に負荷を急変すると、ＣＯガス除去部触媒体９８を流れる改質ガスの流量が急に増えて、改質ガスの流量増加にこれの温度上昇が追随できずに、温度の低い改質ガスによって改質ガス上流側の触媒部位の温度を下げて、特にＣＯガス除去部触媒体９８として変成触媒体を使用する際に、この触媒部位が充分な触媒特性を発揮できないという懸念がある。
【０１２３】
このため、このような水素生成装置１０の負荷変動時に、触媒体温度測定手段１３２によりＣＯガス除去部触媒体９８の下端部近傍の温度を検知しておき、この検知温度に基づいてヒータ制御部１３０が、ヒータ１３１のＣＯガス除去部触媒体９８への加熱動作を制御しても良い。すなわち、水素生成装置１０の負荷変動に伴って、触媒体温度測定手段１３２により検知された温度が変成触媒体の反応温度以下（白金系変成触媒体では１５０℃以下）になれば、ヒータ制御部１３０は、ヒータ１３１の、変成触媒体への加熱を開始するように制御する。
【０１２４】
なお、ＣＯガス除去部１００内の流れを、変成排気配管７８から流出した改質ガスが、まずＣＯガス除去部内管９３に導かれ、上方に流れた後、ＣＯガス除去部内管９３の周囲に設置されたＣＯガス除去部触媒体９８の内部を下方に向かって通過させても良い。ＣＯガス除去部触媒体９８の温度条件によっては、この方が、ヒータ１３１とＣＯガス除去部触媒体９８との熱交換を適正化させやすい場合がある。
【０１２５】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【０１２６】
実施の形態１および２においては、第一の燃焼ガス流路３０にヒータ１３１を配置すると共にこのヒータ１３１を制御するヒータ制御部１３０を設けていたが（図１または図３参照）、この実施の形態３では、ヒータ制御部１３０およびヒータ１３１が取り除かれ、発熱体としてのガス燃焼触媒体１３３が別途、第一の燃焼ガス流路３０に配置され、これによって、水素生成装置１０の起動時には、後ほど詳しく説明するようにバーナー１５により生成する未燃ガス（ＣＯやＨＣ、Ｈ２などの可燃成分を含んだガス）や、燃焼ガス中の残留する未燃ガスを適切に排ガス処理しつつ未燃ガス燃焼から得られる熱を有効に利用することを可能にする。
【０１２７】
なお、ガス燃焼触媒体１３３を除いた水素生成装置１０の構成は、実施の形態２で説明したもの（図３参照）と同じため、これの説明は省略する。
【０１２８】
図４に示すように、軸方向に燃焼ガス通過用の複数の貫通孔（後ほど説明）を有する筒状のガス燃焼触媒体１３３は、第一の燃焼ガス流路３０の幅とほぼ同じ幅を有し、ガス燃焼触媒体１３３は、第一の燃焼ガス流路３０の内部に挿入されて所定位置（水蒸発部１３の水溜り部３８の近傍）に適宜の固定手段により固定されている。
【０１２９】
筒状のガス燃焼触媒体１３３の一例は、図５に示すように軸方向からみてその詳細を理解できるとおり、多数の白金系触媒粒子１３４とこれらの触媒粒子１３４を担持する金属薄板からなる金属担体によって構成されている。
【０１３０】
そして、この金属担体は詳しくは、金属製の薄い板からなる第一の円管状金属板１３３ａと、金属製の薄い平板を波型に折り曲げて凹凸を持たせてコルゲート状に形成して、その第一の突出部１３７ａを第一の円管状金属板１３３ａの外周面（外側の側面）に当接する第一のコルゲート状金属板１３３ｂと、第一のコルゲート状金属板１３３ｂの第二の突出部１３７ｂをその内周面（内側の側面）に当接する第二の円管状金属板１３３ｃと、第一のコルゲート状金属板１３３ｂと同様に形成してその第三の突出部１３７ｃを第二の円管状金属板１３３ｃの外周面に当接する第二のコルゲート状金属板１３３ｄと、第二のコルゲート状金属板１３３ｄの第四の突出部１３７ｄをその内周面に当接する第三の円管状金属板１３３ｅとを有している。
【０１３１】
すなわち、金属担体と未燃ガスとの接触面積を稼いで未燃ガスの燃焼反応を促進するため、第一および第二のコルゲート状金属板１３３ｂ、１３３ｄが、第一、第二および第三の円管状金属板１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅに挟まれて二層に積層されている。勿論、このようなコルゲート状金属板は二層に限らず、未燃ガスの燃焼条件に応じて一層でも良く、多層（三層以上）でも良い。
【０１３２】
こうして、これらのコルゲート状金属板１３３ｂ、１３３ｄと第一、第二および第三の円管状金属板１３３ａ、１３３ｃ、１３３ｅとの間において軸方向に形成される断面略半円状の複数の第一の貫通孔１３５を未燃ガスが通過できるように構成して、これらの第一の貫通孔１３５を未燃ガスが流れる間に、金属担体に分散して担持された粒径の小さい触媒粒子１３４がその触媒機能を有効に発現でき、これにより未燃ガスの燃焼反応が促進して、未燃ガスが適切に燃焼処理され得る。
【０１３３】
このような金属担体を使用することにより、幅の狭い流路内（例えば、５ｍｍ程度）に多孔質からなる部材を多層に配置してもこの部分に割れやひび等をきたすことなく、設計自由度の優れたガス燃焼触媒体が得られる。
【０１３４】
また、筒状のガス燃焼触媒体１３３の他の例は、図６に示すように軸方向からみてその詳細が理解できるとおり、多数の白金系触媒粒子１３４とこれらの触媒粒子１３４を担持するセラミック担体によって構成されている。
【０１３５】
そして、このセラミック担体は詳しくは、筒状のセラミック本体１３３ｆを有し、このセラミック本体の壁部に対してその軸方向に断面略六角形の複数の第二の貫通孔１３６をハニカム状（蜂の巣状）に形成した多孔質体である。なお第二の貫通孔１３６の断面は、六角形に限らず、三角形でも四角形でも構わない。
【０１３６】
こうして、第二の貫通孔１３６を未燃ガスが流れる間に、セラミック担体に分散して担持された粒径の小さい触媒粒子がその触媒機能を有効に発現でき、これにより未燃ガスの燃焼反応を促進して、未燃ガスが適切に燃焼処理され得る。
【０１３７】
なお、このようなセラミック担体を使用することにより、安価なガス燃焼触媒体が得られる。
【０１３８】
ここまで、別体のガス燃焼触媒体１３３を第一の燃焼ガス流路３０に挿入する例を説明したが、これの変形例として、第一の燃焼ガス流路３０を区画する第一の筒状壁部材１１の内周面及び／又は前記第三の筒状壁部材１６の外周面に触媒粒子を塗布し、これにより触媒粒子を第一及び／又は第三の筒状壁部材１１、１６に付着させるようにしてガス燃焼触媒体を構成しても良い。こうすれば、触媒粒子を担持する部品を省略でき、コスト低減を図って簡易的にガス燃焼触媒体を構成できる。この場合、第一の燃焼ガス流路３０を未燃ガスが流れる間に、第一及び／又は第三の筒状壁部材１１、１６に分散して担持された粒径の小さい触媒粒子がその触媒機能を有効に発現でき、これにより未燃ガスの燃焼反応を促進して、未燃ガスが適切に燃焼処理され得る。
【０１３９】
以上のように構成された水素生成装置１０において、そのガス燃焼触媒体１３３に基づく未燃ガスの燃焼処理動作を説明する。
【０１４０】
バーナー１５の可燃ガス燃焼を良好な排気ガス特性（未燃ガスをほとんど排出しない状態）で行うために必要とされる空気量は、燃焼量に応じてその範囲が定まっている。このため、空気ファン（図示せず）から送る空気量を増やすと良好な排気ガス特性の領域からはずれ、未燃ガスを含んだ燃焼ガスを生成してしまう。
【０１４１】
ここで、水素生成装置１０の起動時には、水素生成装置１０の各部は適正な温度状態ではなく水素生成装置１０から流出する改質ガス中には、２０ｐｐｍ以上のＣＯガスを含んでいるため、燃料電池には供給できない。したがって、水素生成装置１０のバーナー１５の燃料ガスとして燃料ガス入口ポート１７inに供給する。そうすることで、起動時のエネルギーの有効活用を実現している。しかし、起動時の水素生成装置１０は温度状態が変化していくため、各部触媒の反応状態も変化していく。よって、水素生成装置１０から流出してバーナー１５に供給される改質ガスの流量や成分は短時間の内に激しく変化する。そのため、バーナー１５では、燃料ガスである改質ガスに対する空気量が良好な排気ガス特性を有する範囲からはずれ未燃ガスを発生しやすくなっている。
【０１４２】
一方、ガス燃焼触媒体１３３では、触媒作用により、たとえバーナー１５で良好な排気ガス特性の範囲外の空気量でも完全燃焼することが可能な状態にある。
【０１４３】
このような状況において、水素生成装置１０の起動時に、バーナー１５の内部で完全に燃焼することなく、ここから流出する未燃ガスを、第一の燃焼ガス流路３０に配置されたガス燃焼触媒体１３３により確実に燃焼させ、これにより未燃ガスを大気中に放出することを未然に防止できると共に、未燃ガス燃焼によって得られた熱を、水蒸発部１３の水溜り部３８に溜まった供給水への加熱やＣＯガス除去部１００に内蔵するＣＯガス除去部触媒体９８への加熱に有効に利用できる。
【０１４４】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【０１４５】
図７の水素生成装置１０は、実施の形態２（図３）に示したヒータ１３１と実施の形態３（図４）に示したガス燃焼触媒体１３３の両方を、第一の燃焼ガス流路３０の内部に配置したものである。
【０１４６】
このような水素生成装置１０によれば、水素生成装置１０の起動時に、ヒータ１３１により水蒸発部１３の水溜り部３８に溜まった供給水とＣＯガス除去部触媒体９８を適切に加熱できると共に、ガス燃焼触媒体１３３により未燃ガスの大気中への放出を防ぎながら、ヒータ１３１と同様に、ここでの未燃ガス燃焼によって供給水およびＣＯガス除去部触媒体９８を適切に加熱できて、水素生成装置１０の熱効率を最大限に高めることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明に係る水素生成装置は、ガス流路の構成の簡素化を図ると共に、水素生成装置の起動時に水蒸発部の水を効率的に加熱できて、ＤＳＳ運転を行う家庭用の燃料電池発電装置等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【図２】水蒸発部の下端の近傍の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【図５】金属担体からなるガス燃焼触媒体をその軸方向から見た断面図である。
【図６】セラミック担体からなるガス燃焼触媒体をその軸方向から見た断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る水素生成装置の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１０        水素生成装置
１１        第一の筒状壁部材
１２        第二の筒状壁部材
１３        水蒸発部
１３in      水入口
１４        改質触媒体
１５        バーナー
１６        第三の筒状壁部材
１７        燃料ガス配管
１７in      燃料ガス入口ポート
１８        燃料ガス配管蓋
１９        燃料ガス噴出孔
２０        空気噴出孔
２１        空気配管
２１in      空気入口ポート
２２        円筒状カバー
２３        空気バッファ
３０        第一の燃焼ガス流路
３１        上部燃焼ガス流入口
３２        燃焼ガス流出口
３３        燃焼ガス排気部
３４        排気口配管
３８        水溜り部
４０        第一の原料ガス配管
４０in      原料ガス入口
４１        水配管
４３        支持部材
４３ｈ      混合ガス噴出孔
４４        改質ガス流入口
４５        改質ガス流路
４５Ａ      改質ガスらせん状流路
４６        丸棒
４７        改質ガス流出口
４８        改質ガス排気配管
５０        燃焼筒
５０Ａ      燃焼筒の下端
５０Ｂ      燃焼筒の上端
５０Ｓ      鍔部
５１        仕切り部材
５２        下部燃焼ガス流入口
５３        第二の燃焼ガス流路            
６４        水蒸発部温度測定手段
７４        変成触媒体
７６        第一の変成触媒体パンチメタル
７６ｈ      第一の変成触媒体パンチメタルのパンチ孔
７７        第二の変成触媒体パンチメタル  
７７ｈ      第二の変成触媒体パンチメタルのパンチ孔
７８        変成排気配管
９０        第一のＣＯガス除去部断熱部材
９１        第二のＣＯガス除去部断熱部材
９２        ＣＯガス除去部外管
９３        ＣＯガス除去部内管
９４        ＣＯガス除去部下蓋
９５        ＣＯガス除去部上蓋
９６        第一のＣＯガス除去部パンチメタル
９６ｈ      第一のＣＯガス除去部パンチメタルのパンチ孔
９７        第二のＣＯガス除去部パンチメタル
９７ｈ      第二のＣＯガス除去部パンチメタルのパンチ孔
９８        ＣＯガス除去部触媒体
１００      ＣＯガス除去部
１１０      第一の中心軸
１２０      第二の中心軸
１３０      ヒータ制御部
１３１      ヒータ
１３２      触媒体温度測定手段
１３３      筒状のガス燃焼触媒体
１３３ａ    第一の円管状金属板
１３３ｂ    第一のコルゲート状金属板
１３３ｃ    第二の円管状金属板
１３３ｄ    第二のコルゲート状金属板
１３３ｅ    第三の円管状金属板
１３３ｆ    セラミック本体
１３４      触媒粒子
１３５      第一の貫通孔
１３６      第二の貫通孔
１３７ａ    第一の突出部
１３７ｂ    第二の突出部
１３７ｃ    第三の突出部
１３７ｄ    第四の突出部
【図１】
2005306658.tif 000003
【図２】
2005306658.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005306658.tif 000007
【図６】
2005306658.tif 000008
【図７】
2005306658.tif 000009