(57)【要約】【課題】少なくとも改質、変成部を一体化した一体型水素生成装置において、起動時に炭素析出等の不具合の発生を防止するとともに、通常運転時に一体型に特有な熱バランスを確保することの両立が可能な構成が必要であった。【解決手段】バーナ１２、燃料供給路１４、バーナ１２に空気を供給する第１空気供給路２１、第１空気供給路の外周を覆い、燃焼室に空気を供給する第２空気供給路２２、及び燃焼室１３を有する燃焼器と、燃焼器を覆う燃焼排ガス流路２８と、燃焼排ガス流路２８を覆い、改質器を有する第１のガス流路２９と、第１のガス流路２９を覆い、変成器を有する第２のガス流路と、第２空気供給路の空気量を調整する流量調整器と、制御器２７とを備え、制御器２７は、起動動作において、流量調整器により燃焼室１３に空気が供給され、通常運転において流量調整器により第２空気供給路に空気を通流させないよう制御する。【選択図】図１
2007331951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にバーナ本体、該バーナに燃料を供給する燃料供給路、前記バーナに空気を供給する第１空気供給路と、前記空気供給路の外周を覆い、前記燃焼室に空気を供給する第２空気供給路、及び燃焼室を有する筒状の燃焼器と、
該燃焼器の外周を覆い、前記燃焼室から送出される燃焼排ガスが流れる環状の燃焼排ガス流路と、
前記燃焼ガス流路の外周を覆い、原料及び水蒸気から改質反応により水素含有ガスを生成する改質器、ならびに該改質器に供給される前記原料及び水蒸気の混合ガスが流れる混合ガス流路を有する環状の第１のガス流路と、該第１のガス流路と伝熱可能な構成で前記第１のガス流路の外周に設けられ、前記改質器より送出される水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するシフト反応部を少なくとも有する環状の第２のガス流路と、第２空気供給路を流れる空気の流量を調整する流量調整器と、制御器とを備え、
前記制御器は、起動動作において前記流量調整器により前記燃焼室へ空気を供給し、起動動作後の通常運転においては前記流量調整器により前記燃焼室へ空気の供給を停止するよう制御することを特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
前記第２空気供給路は、隔壁を介して前記第１のガス流路の内側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記燃料供給路は、前記第２空気供給路の内側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項４】
送風機と、前記送風機の下流側に分流器とを備え、前記送風機により供給される空気が前記分流器により第１空気供給路と第２空気供給路に分流あるいは切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記第１空気供給路に空気を供給するための第１送風機と、前記第２空気供給路に空気を供給するための第２送風機とを備え、前記第１の空気供給路及び前記第２の空気供給路の少なくとも一方に閉止弁あるいは逆流防止弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記改質器の温度を検知する温度検知器を備え、起動動作において、前記制御器は、前記温度検知器で検知される温度に基づいて前記流量調整器により前記燃焼室へ供給する空気量が調整されるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項７】
請求項１〜６記載のいずれかに水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料と水蒸気とを反応させて水素を生成する水素生成装置に関するものであり、特に家庭用等比較的小型の燃料電池システムに好適な水素生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の燃料電池コージェネシステムに適した方式として高分子形（ＰＥＭ）燃料電池システムの開発が盛んであるが、燃料の水素はいまだインフラが不備であるため、都市ガス、ＬＰガス、灯油等の燃料を改質して水素含有ガスを生成するための水素生成装置がシステムに必須となっている。改質の方法としては水蒸気改質反応の利用、部分酸化反応の利用、それらを両方利用したオートサーマル法が知られているが、家庭用の高分子形燃料電池システムに対しては、高濃度の水素が得られやすい水蒸気改質反応を利用した水素生成装置が多く検討されている。
【０００３】
水蒸気改質反応を行う場合、通常水素生成装置は、改質触媒を用いた改質器、改質ガス中の一酸化炭素（以下、ＣＯ）を水性シフト反応で低減するための変成触媒を有するＣＯ変成器、CO変成器より送出される水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化反応で低減するための酸化触媒を有するＣＯ除去器で構成される。改質器には炭化水素系燃料と水を導入し、バーナで７００℃程度に加熱して吸熱反応である改質反応に必要な熱を供給して改質反応を進行させる。このときＣＯが１０％程度発生するので、下流のＣＯ変成器では触媒温度を２００℃〜３００℃程度に制御し変成反応を進行させＣＯ濃度を０．５％以下程度にまで低減する。さらにＣＯ除去器では１００℃〜２００℃程度に触媒温度を制御し少量の空気を導入してＣＯを触媒上で酸化反応させてその濃度を１０ｐｐｍ以下程度にまで低減する。その結果、ＣＯ除去器出口では、水素濃度７０％〜７５％程度の水素含有ガスが得られ、これが燃料電池等の水素利用機器に供給されることになる。
【０００４】
このような水素生成装置においては、改質器で改質反応に必要な熱はバーナから供給されるが、改質器では同時に反応原料である水を気化させる必要があり、この気化熱は、改質器を加熱した後の燃焼排ガスの残有熱が用いられる。したがって、燃焼排ガスの流れ方向に沿ってその上流側に改質器が、下流側に水蒸発部が配される構成になるのが普通である。
【０００５】
このような水素生成装置を起動するときには、まずバーナに着火されると、燃焼排ガスは改質器を加熱し、その後水蒸発部を加熱するように流れる。このとき改質器の内部には炭化水素系燃料ガスが滞留しているか、流れるかの状態にあることが多い。その場合、水蒸気が供給されないままに改質器の温度が上昇しすぎると、燃料の熱分解による炭素析出が起こり、改質器の流路圧損が上昇することになり、最悪の場合は改質器内部が析出した炭素で閉塞してしまうこともある。これを避けるために、燃焼を断続させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、上記問題を避けるために燃焼に関与しない空気を導入する方法（例えば、特許文献２参照）も提案されている。
【０００７】
また、燃料電池システム等に用いられる水素生成装置は、大きさがコンパクトであること、低コストであること、改質効率が高いこと、扱いやすいこと、高耐久性であること、等々の要求を最大限満たすことが重要である。これらの観点から、改質器およびバーナ、変成器、選択酸化器をコンパクトに一体化した改質システムの開発が行われている（例え
ば、特許文献３、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００５−１７０７８４号公報
【特許文献２】特開２００５−２２６８９８号公報
【特許文献３】特許第３４０３４１６号公報
【特許文献４】国際公開第０２／０９８７９０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
改質に関わる各反応部を集積した一体型水素生成装置においては、それぞれの反応部における吸熱・発熱分に相当する熱を反応部あるいは流路の壁面等を利用して効果的に熱交換させることによって、それぞれの部位を適切な温度に保ち水素生成装置としての機能を発揮させるとともに、外部へ放散する熱を極力小さくして改質効率を高くすることを目指した構成設計を行う。その結果、目的とする条件下において水素生成装置全体が熱的にバランスして、各反応部を目的の温度に保つことが可能となる。しかしその際、装置の入力条件の何れかが変化した場合全体の熱バランスが崩れて水素生成装置としての機能を保てなくなることがある。
【０００９】
例えば、外気温度が変化したときは燃焼用空気の温度が変化するため、燃焼用空気が水素生成装置中の他の流体（例えば、原料）と熱交換可能な構成になっていると、このことが起点となって水素生成装置全体の熱バランスが徐々に崩れる現象が起こることがある。各部の各流体間で有効な熱交換、熱回収を行って熱効率、改質効率を高める意図で設計される一体型水素生成装置においては、このような現象はある意味不可避であるため、それらを考慮した構造、構成設計が望まれている。
【００１０】
このような一体型水素生成装置を起動するときにも、上述した炭素析出等の不具合は避けられるような構成、あるいはその運転操作が可能な構成にしておく必要がある。特に一体型水素生成装置は各機能部がそれぞれ相互に熱的に影響しあう環境にあるため、通常運転状態のときはもちろんであるが、起動、停止等の過渡状態下においても、各部温度等において不具合を起こさないような構成にしておく必要がある。そのために各種水素生成装置において、起動時に改質器を加熱するための燃焼を断続させて、蒸発部温度が上昇するまでそれを繰り返す方法（例えば特許文献１参照）、燃焼に関与しない空気を導入する方法（例えば特許文献２参照）等が提案されていたが、燃焼断続の方法に関しては、起動時間が長くなるとか、着火、消火の際にＣＯ等の未燃焼ガスが排出される等の課題があり、燃焼に関与しない空気を導入する方法を一体型水素生成装置に適用するためには、上述のような一体型に特有な熱バランスを確保することとの両立が必要であるとの課題が残されていた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、起動動作において炭素析出の心配なく円滑に起動動作ができ、通常運転においても効率的な改質反応が行えるとともに、環境温度の変化等の外乱に対しても安定な運転が可能な各反応部を一体化した水素生成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、内部にバーナ本体、該バーナに燃料を供給する燃料供給路、前記バーナに空気を供給する第１空気供給路と、前記空気供給路の外周を覆い、前記燃焼室に空気を供給する第２空気供給路、及び燃焼室を有する筒状の燃焼器と、該燃焼器の外周を覆い、前記燃焼室から送出される燃焼排ガスが流れる環状の燃焼ガス流路と、前記燃焼ガス流路の外周を覆い、原料及び水蒸気から改質反応により水素含有ガスを生成する改質器、ならびに該改質器に供給される前記原料及び水蒸気の混合ガスが流れる混合ガス流路を有する環状の第１のガス流路と、該第１のガス流路と伝
熱可能な構成で前記第１のガス流路の外周に設けられ、前記改質器より送出される水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するシフト反応部を少なくとも有する環状の第２のガス流路と、第２空気供給路を流れる空気の流量を調整する流量調整器と、制御器とを備え、前記制御器は、起動動作において前記流量調整器により前記燃焼室へ空気を供給し、起動動作後の通常運転においては前記流量調整器により前記燃焼室へ空気の供給を停止するよう制御することを特徴とする。
【００１３】
このような構成にすることで、起動動作においては流量調整器により第２空気供給路より燃焼室に空気を供給し、燃焼排ガスを適宜冷却することで改質器において原料が炭素析出しないよう温度範囲で一体型の水素生成装置の各反応部を速やかに適切な温度に昇温するよう制御可能になるとともに、通常運転時には第２空気供給路の空気流通を止めるため、同部分が空気断熱層となり、外気温が変化した場合においても第１の空気供給路を流れる空気の温度が第１のガス流路及び第２のガス流路内の反応部及び流通ガスに熱的影響をほとんど与えなくなり、外的要因の変化に対して安定な運転が可能となる。
【００１４】
また、本発明の水素生成装置は、前記第２空気供給路は、隔壁を介して前記第１のガス流路の内側に設けられることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の水素生成装置は、前記燃料供給路は、前記第２空気供給路の内側に設けられることを特徴とする。
【００１６】
このような構成にすることで、通常運転時の外気温に連動した燃料の温度変動が、第２の空気流路の空気層により燃焼排ガス流路の燃焼排ガスに対して影響が低減され、さらに、よりコンパクトな構成の水素生成装置とすることが可能となる。
【００１７】
本発明の水素生成装置は、送風機と、前記送風機の下流側に分流器とを備え、前記送風機により供給される空気が前記分流器により第１空気供給路と第２空気供給路に分流あるいは切り替え可能であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の水素生成装置は、前記第１空気供給路に空気を供給するための第１送風機と、前記第２空気供給路に空気を供給するための第２送風機とを備え、前記第１の空気供給路及び前記第２の空気供給路の少なくとも一方に閉止弁あるいは逆流防止弁が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の水素生成装置は、改質器の温度を検知する温度検知器を備え、起動動作において、前記制御器は、前記温度検知器で検知される温度に基づいて前記流量調整器により前記燃焼室へ供給する空気量が調整されるよう制御することを特徴とする。
【００２０】
このように一体型の水素生成装置においては、起動動作において、改質器において原料が炭素析出しないよう温度範囲で一体型の水素生成装置の各反応部を速やかに適切な温度に昇温するよう制御可能にするために、改質器の温度に基づいて空気流量調整器により第２空気供給路より供給される空気量を調整することが有効である。
【００２１】
また、本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素含有ガス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。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水素生成装置によれば、起動動作においては改質器において原料が炭素析出しないよう温度範囲で水素生成装置の各反応部を速やかに適切な温度に昇温するよう制御可能になるとともに、通常運転運転時には外気温度等の外的要因に対しても熱ロスが少なく
、その特性が左右されにくく安定した運転が可能な一体型の水素生成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（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要部縦断面図である。図１において、内側から順に１が第１円筒体、２が第２円筒体、３が第３円筒体、４が第４円筒体であり、それぞれは略同心状に配置されている。そして第１円筒体１と第２円筒体２との間の空間で燃焼排ガス流路２８を構成し、第２円筒体２と第３円筒体３との間の空間で環状の第１のガス流路２９を構成し、第３円筒体３と第４円筒体４との空間で環状の第２のガス流路３０を構成し、第１円筒体１の内空間にバーナ１２と、バーナ１２に燃料を供給する燃料供給路１４と、燃焼用空気を供給する第１空気供給路２１、第２空気供給路２２と、燃焼室１３とを設けている。なお、本発明の燃焼器は、これらの上記バーナ１２、燃料供給路１４、第１空気流路２１、第２空気流路及び燃焼室１３より全体としての筒状に構成されている。燃焼室１３と燃焼排ガス流路２８は端部近傍で排気折り返し部２３を介して連通している。また、第１のガス流路２９と第２のガス流路３０は端部近傍で原料折り返し部２４を介して同様に連通している。そして、第１のガス流路２９には改質触媒を充填した改質器５を設けている。改質触媒はここではアルミナ担体に金属ルテニウムを担持した球状の触媒を使用しているが、このほかにニッケル触媒、白金系触媒、ロジウム等の白金族系触媒等用いることができる。形状も球状のほかに、円柱状等の一般に言われるペレット状触媒はもちろん、コージエライト等のセラミックあるいは耐熱金属薄板をハニカム状に成形したいわゆるモノリスタイプの形状の触媒を用いることも可能である。第２のガス流路２９には変成触媒を充填した変成器６と選択酸化触媒を充填したCO除去器７を設けている。ここでは変成触媒には球状の白金系触媒を用いているが、当然銅を主体とした銅／亜鉛系触媒等を用いることも当然できる。また、選択酸化触媒はルテニウム系の球状触媒を用いているが、白金系触媒等も目的に応じて選択することが可能である。さらに、変成触媒、選択酸化触媒どちらもここでは球状のものを用いているが、改質触媒と同様にこれと形状の異なるペレット状触媒や、モノリス状触媒を当然用いることができる。２５はＣＯ除去器７の選択酸化触媒で酸化反応を行わせるための空気供給管であり、８は原料導入管であり、ここから水蒸気改質反応の原料である炭化水素系燃料と水とが供給される。ここでは燃料として都市ガスを用いているが、当然のことながらＬＰガス等他の炭化水素系燃料も用いることができる。これら炭化水素系燃料は付臭剤として添加される硫黄化合物を含むが、それらは原料導入管８の上流側に設置された脱硫部（図略）を通過するときに除去され、脱硫後の炭化水素系燃料が改質器に供給される。また、ここではもう一方の原料の水はイオン交換水を用いた。１０は改質され生成した水素含有ガスが排出される改質ガス出口であり、この先にこのガスを利用して発電する燃料電池が接続される。９は第１のガス流路２９の一部に設けられた流路規定部材であり、らせん状に設置されたこの部材間にらせん状の第１のガス流路が形成され、原料がその空間を通過しながら、燃焼排ガス流路２８を流れる燃焼排ガスの熱により水が蒸発しつつ都市ガスと混合され、改質器５に導入さ���る。２６は断熱材であり水素生成装置全体を覆い、水素生成装置からの放熱を防ぎ改質効率の低下を防止する。断熱材としてここではセラミックファイバーを成形した部材を用いているが、これに限られるものではない。１５は空気を供給するための送風機、送風機１５から送られる空気は分流器１６で分流され第１空気供給管１７、第２空気供給管１８に分岐される。１９、２０は第１空気供給管１７、第２空気供給管１８にそれぞれ設けた第１空気閉止弁、第２空気閉止弁であるが、分流器１６に閉止機能がある場合には両方ともあるいは一方を省略することも可能である。なお、本発明の流量調整器は、送風機１５及び分流器１６の少なくとも一方、ならびに第１空気閉止弁に相当する。１１は温度検知器であり、ここでは熱電対を用いたが、高温耐熱性サーミスタ、測温抵抗体
等を用いることも可能である。２７は上記本発明の流量制御器を制御する制御器であり、特に、起動動作においては温度検知器１１の出力信号に応じて、送風機１５と分流器１６の少なくとも一方を制御する。
【００２５】
次に、かかる水素生成装置の構成での動作について説明する。この水素生成装置の起動前においては、改質触媒を充填した改質器５、変成触媒を充填した変成器６、選択酸化触媒を充填したCO除去器７を含めた第１のガス流路２９、第２のガス流路３０（いわゆる水素生成装置内部）には、反応用の各触媒の劣化を極力防止するために燃料ガス（ここでは都市ガス）が充填されている。各触媒は空気の混入による酸化、残留水蒸気の凝縮による水濡れ等の履歴を受けることにより活性の劣化が起こることがあるためである。
【００２６】
この状態から水素生成装置の起動が開始される。燃料供給路１４から燃焼用燃料がバーナ１２に供給される。燃料は都市ガスであるが、燃料供給部（図略）より流量調節器等を介して直接供給することもできるが、原料導入管８から水素生成装置の内部を経由させて燃料電池システムのオフガス経路（図略）を介して供給することも可能である。これらからどの方法を用いるかは、燃料電池システム全体の構成に応じて適宜選択することができる。ここでは原料導入管８から水素生成装置の内部を経由させて、起動時は燃料電池をバイパスさせる経路および燃料電池システムのオフガス経路（図略）を介して都市ガスが供給されるようにしている。したがって、燃料電池が発電中は、燃料電池を経由するとともに、スタックで消費された水素の残りのアノードオフガスが燃焼用燃料として原料導入管８より供給されることになる。
【００２７】
このとき、当然ながら燃料供給部からの都市ガスを適宜混入させて燃焼させることもできる。燃焼用燃料の供給と同時に、送風機１５を動作させ、必要に応じて分流器１６を操作し、第１空気供給管１７上の第１空気閉止弁１９を開放することで、燃焼用空気もバーナ１２に供給され、着火器（図略）を動作させることによりバーナ１２に着火し燃焼室１３で燃焼が開始される。なお、第１空気供給管１７上の第１空気閉止弁１９、第２空気供給管１８上の第２空気閉止弁は、それぞれ送風機１５から第１空気供給路２１、第２空気供給路２２に向かう方向で開放し、逆方向で閉塞する逆流防止弁で代用することも可能である。
【００２８】
バーナ１２での燃焼開始とともに燃焼熱及び燃焼排ガスの保有熱により燃焼室１３、燃焼排ガス流路２８の温度が上昇し、隣接する第１のガス流路２９およびその中に設けられた改質器５が加熱される。このとき、原料導入管８からは都市ガスだけが供給されているが、改質反応をさせるためには水を水蒸気の状態で改質器５に供給しなければならない。そのため、第１のガス流路２９の原料導入管８と改質器５の間の空間には流量規定部材９を設けて原料の通過距離を長くし、燃焼排ガス流路と熱交換が十分にできるようにしてある。したがって、原料水供給時にその部分は原料水の蒸発部および原料都市ガスとの混合部として機能することになる（この部分を蒸発部３１とする）。しかしこの蒸発部は燃焼室から離れているため温度が上がりにくく、一方改質器５は燃焼室に近いために容易に温度が上がる。
【００２９】
このとき、第１のガス流路２９に原料の都市ガスだけ流しながら過度な温度上昇をさせると、改質器５あるいはその近傍の第１のガス流路２９中で都市ガスが熱分解して炭素析出をしてしまうことがある。これは流路圧損の上昇、流路の閉塞等水素生成装置に与えるダメージが大きいので避ける必要がある。よって、改質器５の温度を熱分解しない温度以下（約５００℃望ましくは４００℃以下）に保ったまま、その下流の蒸発部３１の温度を水が十分蒸発できる温度以上（約１００℃以上）にすばやく上昇させる必要がある。そのためにはバーナ１２の燃焼量を絞りつつ燃焼用空気を多くして、燃焼排ガスの保有熱を改質器５よりももっと下流側に伝える方法が有効であるが、単に燃焼用空気を多くするとバ
ーナ１２での燃焼が高空気比で希薄燃焼となるため、燃焼が不安定となり消火してしまう可能性も高くなる。それを回避するためには燃焼に直接関与しない空気を送る方法が有効である。
【００３０】
ここでは、送風機１５の回転数を上昇させ、分流器１６を操作し、第２空気閉止弁を開放して第２空気供給路２２に空気を流す。第２空気供給路２２に送る空気は結果的に燃焼室１３に供給されるが、燃焼には関与しないので燃焼の質を下げることなく空気比を高くした場合の排気ガス状態を作り出すことができる。こうすることで改質器５の温度を４００℃以下に保ったまま円滑に蒸発部３１の温度を１００℃以上にすることが可能となった。
【００３１】
このとき、改質器５の温度は温度検知器１１で検知し、送風機１５、及び分流器１６少なくとも一方を制御器２７で制御し、適切な空気量を第１空気供給路２１、第２空気供給路２２に供給する。一方蒸発部３１の温度は、蒸発部３１あるいはその近傍に取付けた温度検知器で検知することが望ましいが、隣接した第２のガス流路３０の変成器６あるいはＣＯ除去器７に取付けた温度検知器の検知温度で代用することもできる。
【００３２】
蒸発部３１が１００℃を越えた時点で、第２空気供給路への空気供給を停止するとともに、原料導入管８から原料水の供給を始めると、改質器５には都市ガスと水蒸気の混合ガスが供給され改質反応が開始される。ほぼ同時期に空気供給管２５から選択酸化反応用空気が供給されると、改質器５、変成器６、ＣＯ除去器７の反応が開始され、全体が水素生成装置として機能し始める。
【００３３】
この後は各反応部の温度が通常運転状態に至ったと判断できた時点で、燃料電池に接続して水素含有ガスの供給を開始し、燃料電池では発電を開始する。通常運転（発電）時においては、第２空気供給路２２は空気が滞留しているだけであり空気の流れがない。燃焼用の空気は第１空気供給路２１から供給されるが、例えば夏季と冬季では供給空気の温度は２０〜４０度程度変化する。このとき第２空気供給路２２中に滞留している空気は断熱層として働くため、第１空気供給路２１の温度変化は燃焼排ガス流路２１の温度に影響を与えない。第２空気供給路２２がないと、その部分の温度変化は燃焼排ガス流路２１の燃焼排ガスと熱交換して燃焼排ガス流路２１の温度に影響を与え、その温度変化は内側の第１のガス流路２９の温度に影響を与え、全体の温度バランスを狂わせてしまい、正常な改質運転が損なわれることがある。このように各部が熱交換しながら全体の温度バランスを保つよう設計されている一体型の水素生成装置においては、１箇所の温度等入力条件の変化が全体の性能に大きな影響を及ぼしやすいので、そのことを考慮した設計が必要である。
【００３４】
（実施例１）
本実施の形態１で開示した水素生成装置の構成で、燃料電池の発電で約１ｋＷ相当の水素量（約１ｍ3／ｈ）を供給できる水素生成装置を製作して起動試験を実施した。上記説明のように第２空気供給路２２を利用した起動ではバーナ１２の着火からスタックの発電開始までに約４０分となった。
【００３５】
（比較例１）
一方、同じ水素生成装置を用い、第２空気供給路２２を利用しないで改質温度を４００℃以下に保ちつつ蒸発部３１を昇温するためバーナ１２の燃焼をＯＮ／ＯＦＦさせた起動試験では、バーナ１２の最初の着火からスタックの発電開始までに約６０分かかった。このときバーナ１２のＯＮ／ＯＦＦ回数は３回であったが、その着火、消化の際には若干の未燃ガス（ＣＯ、ＨＣ）発生が観察された。
【００３６】
このように上記実施例によれば、燃焼に直接影響を与えない空気を燃焼室に導入する第２空気供給路２２を設けることで、起動時間が短縮されるとともに、非常に円滑なかつクリーンな起動が可能となるものである。さらに、この第２空気供給路２２は、起動動作を終えた通常運転時においては第２空気供給路に空気を通流させないため空気断熱層として機能し、空気温度の変化等の外乱の影響を極力排して、一体型水素生成装置の通常運転時の安定運転を可能とする。
【００３７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の要部縦断面図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３８】
図２において、第１空気供給路２１に供給する空気用に第１送風機４１を設け、第２空気供給路２２用に第２送風機４２を設けた構成を開示している。他の部分は図１と同じであるが、第１空気供給管１７上の第１空気閉止弁１９、第２空気供給管１８上の第２空気閉止弁２０は、それぞれ第１、第２送風機４１、４２から第１空気供給路２１、第２空気供給路２２に向かう方向で開放し、逆方向で閉塞する逆流防止弁で代用することが可能であるのも図１の場合と同様である。
【００３９】
本実施の形態での起動動作においては、第２空気供給路２２への空気供給は、第２送風機４２の動作開始と第２空気閉止弁２０の開放動作とで行う。この動作で図１のときと同様に円滑な起動が実施できることになる。また、蒸発部３１が適温になった状態でそれらの動作を停止するのも、そのタイミング等図１における実施の形態１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる水素生成装置は、水蒸気改質反応を利用して都市ガス、ＬＰガス等の炭化水素系燃料から効果的に水素を生成する機能を有し、コージェネレーションシステム等に活用が期待されている燃料電池システム用燃料水素生成装置として有用である。特に家庭用、小型業務用程度の比較的小型のシステムに適用性が高い。また、この装置単独で水素生成装置として工業用等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置の要部縦断面図
【図２】本発明の実施の形態２における水素生成装置の要部縦断面図
【符号の説明】
【００４２】
１    第１円筒体
２    第２円筒体
３    第３円筒体
４    第４円筒体
５    改質器
６    変成器
７    CO除去器
１１    温度検知器
１２    バーナ
１３    燃焼室
１９    第１空気閉止弁
２０    第２空気閉止弁
２１    第１空気供給路
２２    第２空気供給路
２８    燃焼排ガス流路
２９    第１のガス流路
３０    第２のガス流路
【図１】
2007331951.tif 000003
【図２】
2007331951.tif 000004