(57)【要約】【課題】水添脱硫器を適温に保ち、さらに水添脱硫器が一体型となったコンパクトな水素生成装置およびそれを備えた燃料電池システムを提供すること。【解決手段】原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第１触媒層１１と硫化水素を吸着するように構成された第２触媒層１２を有する水添脱硫器５１と、水添脱硫器５１を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器５２と、改質器５２に隔壁５３を介して隣接するように配設され、改質器５２より送出された水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路５４と、を備え、水添脱硫器５１は、水素含有ガス流路５４を通流する水素含有ガスにより第１触媒層１１及び第２触媒層１２の順に加熱されるよう構成されている、水素生成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第１触媒層と前記硫化水素を吸着するように構成された第２触媒層を有する水添脱硫器と、
前記水添脱硫器を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、
前記改質器に隔壁を介して隣接するように配設され、前記改質器より送出された前記水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路と、を備え、
前記水添脱硫器は、前記水素含有ガス流路を通流する前記水素含有ガスにより前記第１触媒層及び第２触媒層の順に加熱されるよう構成されている、水素生成装置。
【請求項２】
前記水添脱硫器と前記改質器は、前記水素含有ガス流路を挟むように配設されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
硫化水素への変換機能及び硫化水素を吸着する機能のうち、前記第１触媒層は、硫化水素への変換機能を有する触媒であり、前記第２触媒層は、硫化水素を吸着する機能を有する触媒である、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記第１触媒層及び第２触媒層は、前記硫黄化合物を前記硫化水素に変換する機能と前記硫化水素を吸着する機能を有する触媒種を有し、
前記水素含有ガスからの伝熱により、前記第１触媒層は硫化水素に変換する反応が硫化水素を吸着する反応よりも優位になる第１の温度になり、前記第２触媒層は硫化水素を吸着する反応が硫黄化合物を硫化水素に変換する反応よりも優位になる、前記第１の温度よりも低い第２の温度になるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記第２触媒層は、高温吸着触媒層と低温吸着触媒層を有し、前記水素含有ガスにより前記高温吸着触媒層及び低温吸着触媒層の順で加熱されるように配設されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記高温吸着触媒層は前記第１触媒層と隣接して配設され、前記低温吸着触媒層は前記高温吸着触媒層と空間を挟んで配設されている、請求項５記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記改質器に流入する前の原料ガス及び水蒸気の混合ガスが通流する混合ガス流路を備え、
前記第２触媒層の少なくとも一部は、前記水素含有ガス流路の隔壁を介して前記混合ガス流路と隣接する部分を通流する前記水素含有ガスにより加熱されるように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記水添脱硫器と前記水素含有ガス流路を形成する隔壁との間に伝熱緩和部が設けられている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記伝熱緩和部が、断熱材及び空気溜まり部のいずれかで構成されている、請求項８記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記改質器から送出された前記水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を有する変成器を備え、
前記第２触媒層は、前記Ｃｕ−Ｚｎ系触媒を有し、
前記水添脱硫器は、前記第２触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されている、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記改質器から送出された前記水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を有する変成器を備え、
前記低温吸着触媒層は、前記Ｃｕ−Ｚｎ系触媒を有し、前記水添脱硫器は、前記低温吸着触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されている、請求項５又は６記載の水素生成装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置より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を反応させることにより水素を生成する水素生成装置、及びそれを備える燃料電池システムに関し、特に、水素生成装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、発電時の燃料として用いられる水素ガスが一般的なインフラとして整備がされていないため、通常、水素生成装置を備えている。水素生成装置では、水蒸気改質反応が一般的に用いられている。この水蒸気改質反応は、例えば、原料となる都市ガスと水蒸気とをＮｉ系やＲｕ系の改質触媒を用いて、６００℃〜７００℃程度の高温で反応させることにより、水素を主成分とした水素含有ガスを生成するものである。水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーを得る方法としては、燃料電池からの燃料オフガスをバーナで燃焼させる方法が一般的である。
【０００３】
ところで、水素生成装置に供給される原料ガスには、硫黄化合物が含まれる。具体的には、メタンを主成分とする都市ガスやＬＰガス中には、原料由来の硫黄分のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている。そして、これらの硫黄化合物に含まれる硫黄は、極めて低濃度であっても、水蒸気改質反応に繁用されるＮｉ系やＲｕ系の改質触媒の活性低下を進行させることが知られている。
【０００４】
このため、都市ガスやＬＰガスのような原料ガスは、水素生成装置に供給される前に適切な脱硫処理が行われる。脱硫処理の方法としては、常温での吸着によって硫黄化合物を除去する方法が一般的であるが、この常温脱硫方式では、吸着除去できる硫黄量が少ないため、定期間毎に吸着剤を交換しなければならず、コストの増加や頻繁にメンテナンスを行わなければならない等といった不具合がある。
【０００５】
そこで、こうした不具合の対処法として、脱硫量が多くできる水添脱硫方式の脱硫器（以下、水添脱硫器）の開発が行われている。水添脱硫方式では、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を、水添触媒を用いて３００℃〜３５０℃程度で水素とともに反応させて硫化水素に変換した後、吸着触媒を用いて２５０℃〜３００℃程度で硫化水素を吸着して取り除く。このように、水添脱硫方式では、その機能を発揮させるために、水添脱硫器中の各触媒を上記の温度にまで昇温させる必要がある。
【０００６】
ここで、水添脱硫器を加熱するために改質ガスの保有熱を利用する水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１に開示されている燃料改質装置では、脱硫器の脱硫層の壁面と改質器の燃焼排ガスの流通間の壁面との間に燃焼排ガスから脱硫層へと熱を伝達する伝熱手段（ヒートパイプ）を備えており、燃焼排ガスからの伝熱により、起動性を向上させている。また、特許文献２に開示されている燃料電池用改質装置では、改質部と変成部の間に脱硫部を収納する改質反応筒を備えており、改質反応筒の改質部側の端部に燃焼手段を設けることで、装置の構成を簡易なものにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５５８６８号公報
【特許文献２】特開２００９−９６７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている燃料改質装置では、脱硫器と改質器とが分離して設けられているため、伝熱手段（ヒートパイプ）を別途設けることで、燃焼排ガスからの伝熱により起動性を向上させているが、複雑な構成となり、製造工程の複雑化や低コスト化を図ることができないという課題があった。また、別途伝熱手段を設けるため、水素生成装置、ひいては燃料電池システムの低コスト化が図れないという課題があった。また、特許文献２に開示されている燃料電池用改質装置では、脱硫部の入口が変成部側にあり、脱硫部の出口が改質部側にあるため、脱硫部の入口よりも出口側のほうが、高温となり、脱硫部を適温に保つことが難しいという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、改質器の熱利用性を向上し、従来よりも簡易な構成で、水添脱硫器を適温に保つことが容易な水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム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】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第１触媒層と前記硫化水素を吸着するように構成された第２触媒層を有する水添脱硫器と、前記水添脱硫器を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器に隔壁を介して隣接するように配設され、前記改質器より送出された前記水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路と、を備え、前記水添脱硫器は、前記水素含有ガス流路を通流する前記水素含有ガスにより前記第１触媒層及び第２触媒層の順に加熱されるよう構成されている。
【００１１】
本構成によって、水素含有ガスの伝熱により、水添脱硫器の第１触媒層を高温、第２触媒層を低温に保つことが可能となり、改質器の熱利用性を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記水添脱硫器と前記改質器は、前記水素含有ガス流路を挟むように配設されていてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る水素生成装置では、硫化水素への変換機能及び硫化水素を吸着する機能のうち、前記第１触媒層は、硫化水素への変換機能を有する触媒であり、前記第２触媒層は、硫化水素を吸着する機能を有する触媒であってもよい。
【００１４】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記第１触媒層及び第２触媒層は、前記硫黄化合物を前記硫化水素に変換する機能と前記硫化水素を吸着する機能を有する触媒種を有し、前記水素含有ガスからの伝熱により、前記第１触媒層は硫化水素に変換する反応が硫化水素を吸着する反応よりも優位になる第１の温度になり、前記第２触媒層は硫化水素を吸着する反応が硫黄化合物を硫化水素に変換する反応よりも優位になる、前記第１の温度よりも低い第２の温度になるように構成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記第２触媒層は、高温吸着触媒層と低温吸着触媒層を有し、前記水素含有ガスにより前記高温吸着触媒層及び低温吸着触媒層の順で加熱されるように配設されていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記高温吸着触媒層は前記第１触媒層と隣接して配設され、前記低温吸着触媒層は前記高温吸着触媒層と空間を挟んで配設されていてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器に流入する前の原料ガス及び水蒸気の混合ガスが通流する混合ガス流路を備え、前記第２触媒層の少なくとも一部は、前記水素含有ガス流路の隔壁を介して前記混合ガス流路と隣接する部分を通流する前記水素含有ガスにより加熱されるように構成されていてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記水添脱硫器と前記水素含有ガス流路を形成する隔壁との間に伝熱緩和部が設けられていてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記伝熱緩和部が、断熱材及び空気溜まり部のいずれかで構成されていてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器から送出された前記水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を有する変成器を備え、前記第２触媒層は、前記Ｃｕ−Ｚｎ系触媒を有し、前記水添脱硫器は、前記第２触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されていてもよい。
【００２１】
さらに、本発明に係る水素生成装置では、前記改質器から送出された前記水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を有する変成器を備え、前記低温吸着触媒層は、前記Ｃｕ−Ｚｎ系触媒を有し、前記水添脱硫器は、前記低温吸着触媒層が前記変成器の近傍に位置するように構成されていてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より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。
【００２３】
本構成によって、水素含有ガスの伝熱により、水添脱硫器の第１触媒層を高温、第２触媒層を低温に容易に保つことが可能となり、改質器の熱利用性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムによれば、水添脱硫器の加熱に関して、改質器の保有熱の熱利用性が向上し、従来よりも簡易な構成で、容易に水添脱硫器を適温に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、具体的に図面を参照しながら例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る水素生成装置は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第１触媒層と硫化水素を吸着するように構成された第２触媒層を有する水添脱硫器と、水添脱硫器を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器と、改質器に隔壁を介して隣接するように配設され、改質器より送出された水素含有ガスが通流する水素含有ガス流路と、を備え、水添脱硫器は、水素含有ガス流路を通流する水素含有ガスにより第１触媒層及び第２触媒層の順に加熱されるよう構成されている態様を例示するものである。
【００２８】
［水素生成装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る水素生成装置１０１は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換するように構成された第１触媒層１１と硫化水素を吸着するように構成された第２触媒層１２を有する水添脱硫器５１と、水添脱硫器５１を通過した原料ガスを用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器５２と、改質器５２に隔壁５３（図５参照）を介して隣接するように配設された水素含有ガス流路５４と、を備えている。また、水添脱硫器５１は、水素含有ガス流路５４を通流する水素含有ガスにより第１触媒層１１及び第２触媒層１２の順に加熱されるように構成されている。
【００３０】
ここで、原料ガスとしては、原料由来の硫黄分のほかに、漏洩検知の目的でサルファイド類、メルカプタン類等の硫黄化合物が付臭剤として添加されている、メタンを主成分とする都市ガス（天然ガス）やＬＰガスを用いることができる。
【００３１】
また、水素生成装置１０１は、筐体５０を有している。該筐体５０内には、改質器５２、水素含有ガス流路５４、燃焼器５５、及び混合ガス流路５６が配置されている。また、筐体５０の外部には、水添脱硫器５１が配置されている。
【００３２】
水添脱硫器５１には、原料ガス供給路７１を介して原料ガス供給器１０２が接続されている。原料ガス供給路７１の上流端は、都市ガス等のガスインフラに接続されていて、その下流端は、混合ガス流路５６に接続されている。また、原料ガス供給路７１の原料ガス供給器１０２よりも上流側の途中には、水素ガス経路７３が接続されていて、水添脱硫器５１に原料ガスとともに水素が供給されるように構成されている。すなわち、原料ガス供給路７１の途中には、水素ガス経路７３、原料ガス供給器１０２、及び水添脱硫器５１が、この順で配設されている。
【００３３】
原料ガス供給器１０２は、水添脱硫器５１にその流量を調整しながら原料ガスを供給するように構成されている。原料ガス供給器１０２としては、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ブースターポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。
【００３４】
また、水添脱硫器５１の第１触媒層１１は、水添脱硫器５１内における原料ガスの流れ方向において、第２触媒層１２よりも上流側に位置するように配置されている。本実施の形態１においては、第１触媒層１１は、第２触媒層１２よりも下方に位置するように配置されている。
【００３５】
そして、水添脱硫器５１と改質器５２は、水素含有ガス流路５４を挟むように配設されている。上述したように、水素含有ガス流路５４を通流する水素含有ガスにより第１触媒層１１及び第２触媒層１２の順に加熱されるように構成されている。すなわち、第１触媒層１１は、第２触媒層１２よりも水素含有ガス流路５４の上流側に位置するように配置されている。このため、第１触媒層１１は、第２触媒層１２よりも高温になり、本実施の形態１においては、第１触媒層１１は、２５０〜４００℃、好ましくは、３００〜３５０℃になるように構成され、第２触媒層１２は、２００〜３００℃、好ましくは、２３０〜２６０℃になるように構成されている。
【００３６】
第１触媒層１１に含まれる触媒は、原料ガス中に含まれる硫黄化合物を硫化水素に変換する機能を有すれば、どの様な種類の触媒を用いてもよい。第１触媒層１１に含まれる触媒としては、例えば、Ｃｏ−Ｍｏ系触媒やＮｉ−Ｍｏ系触媒等が挙げられる。また、第１触媒層１１に含まれる触媒は、単一の種類の触媒を用いてもよく、複数の種類の触媒を用いてもよい。
【００３７】
同様に、第２触媒層１２に含まれる触媒は、硫化水素を吸着する機能を有すれば、どの様な種類の触媒を用いてもよい。第２触媒層１２に含まれる触媒としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｎｉ系触媒、Ｆｅ系触媒、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒やＮｉ−Ｚｎ系触媒等が挙げられる。また、第２触媒層１２に含まれる触媒は、単一の種類の触媒を用いてもよく、複数の種類の触媒を用いてもよい。
【００３８】
さらに、第１触媒層１１に含まれる触媒と第２触媒層１２に含まれる触媒は、同じ触媒種を用いてもよい。ここで、触媒種とは、単一の種類の触媒だけでなく、複数の種類の触媒群で構成される態様をも含む意味である。なお、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能と硫化水素を吸着する機能の両方の機能を有する触媒としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｎｉ系触媒やＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系触媒が挙げられる。なお、これらの触媒は、相対的に温度が高いと、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能を発揮し、相対的に温度が低いと、硫化水素を吸着する機能を発揮する。
【００３９】
そして、これらの触媒のうち、一方の触媒を第１触媒層１１及び第２触媒層１２に用いてもよく、両方の触媒を第１触媒層１１及び第２触媒層１２に用いてもよい。また、第１触媒層１１及び第２触媒層１２は、硫黄化合物を硫化水素に変換する機能を有するＣｏ−Ｍｏ系触媒やＮｉ−Ｍｏ系触媒と、硫化水素を吸着する機能を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｎｉ系触媒やＦｅ系触媒と、をそれぞれ含むように構成してもよい。
【００４０】
この場合、上述したように、水素含有ガスからの伝熱により、第１触媒層１１の方が第２触媒層１２よりも温度が高くなり、第１触媒層１１は硫化水素に変換する反応が硫化水素を吸着する反応よりも優位になる第１の温度になり、第２触媒層１２は硫化水素を吸着する反応が硫黄化合物を硫化水素に変換する反応よりも優位になる、第１の温度よりも低い第２の温度になる。このため、第１触媒層１１では、硫黄化合物が硫化水素に変換され、第２触媒層１２では、硫化水素が吸着される。
【００４１】
また、水添脱硫器５１には、原料ガス供給路７１（正確には、原料ガス供給路７１及び混合ガス流路５６）を介して、改質器５２が接続されている。これにより、水添脱硫器５１で脱硫された原料ガスが、改質器５２に供給される。
【００４２】
改質器５２には、水供給路７２及び混合ガス流路５６を介して水供給器１０３が接続されている。水供給器１０３としては、流量を調整しながら水を供給し、水の供給を遮断することができればどの様な形態であってもよく、例えば、流量調整弁単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。なお、改質器５２に供給される水は、後述する燃焼器５５で生成された燃焼排ガスの伝熱により加熱されて水蒸気として供給される。
【００４３】
なお、本実施の形態では、上記混合ガス流路５６を備える形態を示したが、原料ガス供給路７１及び水供給路７２が合流せず、直接改質器５２と接続する形態であっても構わない。なお、この場合、筐体５０内の水供給路７２の少なくとも一部が、燃焼排ガス経路７５により加熱されるよう構成され、蒸発器（図示せず）として機能する。
【００４４】
改質器５２は、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。そして、改質器５２では、水添脱硫器５１で脱硫された原料ガスと水供給器１０３から供給された水（水蒸気）との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路５４及び水素含有ガス供給路７６を介して、水素利用機器（例えば、燃料電池や水素貯蔵タンク）１００に供給される。
【００４５】
水素含有ガス流路５４は、本実施の形態１においては、折り返すように形成されている。より詳しくは、水素含有ガス流路５４は、改質器５２の下端から下方に延びて、そこから、改質器５２に沿って上方に延びるように形成されている。また、水素含有ガス流路５４は、該水素含有ガス流路５４を構成する隔壁を介して、混合ガス流路５６に隣接するとともに、第２触媒層１２の少なくとも一部を加熱するように構成された部分５４ａを備えている。換言すれば、第２触媒層１２の少なくとも一部は、部分５４ａを挟んで、混合ガス流路５６と対向するように配置されている。これにより、第２触媒層１２をより適温に保つことが可能となる。
【００４６】
なお、本実施の形態１においては、第２触媒層１２の少なくとも一部が、水素含有ガス流路５４の部分５４ａを通流する水素含有ガスによって加熱される形態としたが、これに限定されず、第２触媒層１２全体が、水素含有ガス流路５４の部分５４ａを通流する水素含有ガスによって加熱される形態を採用してもよい。
【００４７】
水素含有ガス供給路７６の途中には、水素ガス経路７３の上流端が接続されている。なお、水素ガス経路７３の途中には、改質器５２で生成された水素含有ガス中の水蒸気を除去するための水分除去器（図示せず）が設けられていてもよい。水分除去器１０４は、水素ガス経路７３を通流する水素含有ガス中の水蒸気を除去することができれば、どの様な態様であってもよく、例えば、シリカゲル等で水蒸気を吸着して除去してもよく、また、水蒸気を凝縮して除去してもよい。
【００４８】
また、水素生成装置１０１は、燃焼器５５を有している。燃焼器５５には、燃焼用燃料（例えば、原料ガスや改質器５２から排出された水素含有ガス）と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、改質器５２等を加熱した後、燃焼排ガス経路７５を通流して水素生成装置１０１外に排出される。
【００４９】
さらに、水素生成装置１０１は、制御器１２０を有している。制御器１２０は、水素生成装置１０１を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよく、例えば、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等で構成することができる。なお、制御器１２０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して水素生成装置１０１の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器１２０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部だけでなく、メモリー等からなる記憶部及び計時部を有していてもよい。
【００５０】
［水素生成装置の動作］
次に、本実施の形態１に係る水素生成装置１０１の動作（水素生成装置１０１の水素生成動作）について、図１を参照しながら説明する。なお、以下の動作は、制御器１２０が制御することによって行われる。
【００５１】
まず、燃焼器５５に燃焼用燃料と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路７５を通流する間に、改質器５２及び混合ガス流路５６を加熱して、水素生成装置１０１外に排出される。燃焼排ガスによって加熱された改質器５２は、その伝熱により、隔壁５３を介して隣接するように配設された水素含有ガス流路５４を加熱する。加熱された水素含有ガス流路５４は、その伝熱により、水添脱硫器５１の第１触媒層１１及び第２触媒層１２を加熱する。
【００５２】
このように、本実施の形態１に係る水素生成装置１０１では、燃焼器５５で生成された燃焼排ガスの熱を、改質器５２、水素含有ガス流路５４、及び水添脱硫器５１を加熱することに利用することで、熱効率を向上している。なお、水素生成装置１０１の起動時に、第１触媒層１１及び第２触媒層１２の加熱が充分でない場合には、例えば、水添脱硫器５１の周囲に電気ヒータ等の加熱器を設け、加熱器により、第１触媒層１１を第１の温度にまで加熱し、第２触媒層１２を第１の温度よりも低い温度である第２の温度まで加熱するように構成してもよい。
【００５３】
次に、原料ガス供給器１０２から原料ガス供給路７１を介して、水添脱硫器５１に原料ガスが供給される。このとき、図示されない原料ガス供給路７１のバイパス経路に設けられた常温吸着脱硫器に、原料ガスが供給され、原料ガス中に硫黄化合物が除去される。水添脱硫器５１に供給された原料ガスは、第１触媒層１１及び第２触媒層１２の順に水添脱硫器５１内を通流する。そして、第１触媒層１１を通流する間に、原料ガス中に含まれる硫黄化合物は、第１触媒層１１内に配置された触媒により、水素と反応して硫化水素に変換される。第１触媒層１１で変換された硫化水素は、第２触媒層１２に供給され、第２触媒層１２内に配置された触媒により吸着されて、原料ガス中から除去される。このようにして、原料ガス中の硫黄化合物は脱硫される。
【００５４】
脱硫された原料ガス（以下、脱硫後原料ガス）は、原料ガス供給路７１を通流して、混合ガス流路５６に供給される。また、混合ガス流路５６には、水供給器１０３から水供給路７２を介して水が供給される。混合ガス流路５６に供給された脱硫後原料ガスと水は、それぞれ、燃焼排ガス経路７５を通流する燃焼排ガスにより加熱されて、改質器５２に供給される。なお、混合ガス流路５６に供給された水は、燃焼排ガスの伝熱により、気化されて水蒸気になる。
【００５５】
改質器５２に供給された脱硫後原料ガスと水蒸気は改質反応して、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路５４を通流する。このとき、水素含有ガスからの伝熱により、第１触媒層１１が加熱され、その後、第２触媒層１２が加熱される。これにより、水添脱硫器５１の第１触媒層１１は、第２触媒層１２よりも高い温度に容易に維持され、第１触媒層１１を第１の温度に維持し、第２触媒層１２を第１の温度よりも低い第２の温度に維持することが容易にできる。
【００５６】
水素含有ガス流路５４を通流した水素含有ガスは、水素含有ガス供給路７６を通流して水素利用機器１００に供給される。また、水素含有ガス供給路７６を通流する水素含有ガスの一部は、水素ガス経路７３を通流して、原料ガス供給路７１から水添脱硫器５１に供給される。なお、水素ガス経路７３を通流する水素含有ガスは、水分除去器１０４で水蒸気を除去される。
【００５７】
このように、本実施の形態１に係る水素生成装置１０１では、燃焼器５５で生成された燃焼排ガスの熱により、改質器５２を加熱し、改質器５２が保有する熱を、水素含有ガス流路５４、ひいては水添脱硫器５１を加熱することに利用することで、熱効率を向上させることができる。また、本実施の形態１に係る水素生成装置１０１では、水添脱硫器５１の第１触媒層１１及び第２触媒層１２の順で、水素含有ガス流路５４を通流する水素含有ガスからの伝熱で加熱することで、第１触媒層１１の方が第２触媒層１２よりも高温に保つことが容易にでき、さらに、第１触媒層１１を第１の温度に維持し、第２触媒層１２を第１の温度よりも低い第２の温度に維持することが容易にできる。
【００５８】
さらに、本実施の形態１に係る水素生成装置１０１では、混合ガス流路５６を通流する原料ガスや水蒸気と、水素含有ガス流路５４の部分５４ａを通流する水素含有ガスが、熱交換することにより、水素含有ガス流路５４の部分５４ａを通流する水素含有ガスの温度が低下する。このため、水添脱硫器５１の第２触媒層１２を加熱し過ぎることなく、第２触媒層１２の温度を第２の温度に維持することがさらに容易となる。
【００５９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る水素生成装置は、第２触媒層は、高温吸着触媒層と低温吸着触媒層を有し、水素含有ガスにより高温吸着触媒層及び低温吸着触媒層の順で加熱されるように配設されている態様を例示するものである。
【００６０】
図２は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００６１】
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置１０１は、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と基本的構成は同じであるが、第２触媒層１２が、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂを有している点が異なる。具体的には、水添脱硫器５１内における原料ガスの流れ方向において、高温吸着触媒層１２Ａは、低温吸着触媒層１２Ｂよりも上流側に位置するように配置されている。本実施の形態２においては、高温吸着触媒層１２Ａは、低温吸着触媒層１２Ｂよりも下方に位置するように配置されている。
【００６２】
そして、水素含有ガス流路５４を通流する水素含有ガスにより高温吸着触媒層１２Ａ及び低温吸着触媒層１２Ｂの順に加熱されるように構成されている。すなわち、高温吸着触媒層１２Ａは、低温吸着触媒層１２Ｂよりも水素含有ガス流路５４の上流側に位置するように配置されている。これにより、高温吸着触媒層１２Ａは、低温吸着触媒層１２Ｂに比べて、高温に保つことができる。なお、高温吸着触媒層１２Ａに含まれる触媒としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）触媒、Ｎｉ系触媒やＦｅ系触媒を用いることができる。また、低温吸着触媒層１２Ｂに含まれる触媒としては、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒やＮｉ−Ｚｎ系触媒を用いることができる。
【００６３】
また、本実施の形態２においては、高温吸着触媒層１２Ａと第１触媒層１１は隣接して配設されている。このため、第１触媒層１１が保持する熱が、高温吸着触媒層１２Ａに直接伝わるため、高温吸着触媒層１２Ａの温度と第１触媒層１１の温度を同程度にすることができる。
【００６４】
一方、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂは、空間を挟んで配設されている。ここで、空間を挟んでとは、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂとの間に、熱伝導媒体等の物体が配置されていない状態、すなわち、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂとの間は、空隙であることをいう。このため、高温吸着触媒層１２Ａから低温吸着触媒層１２Ｂへの熱の伝達は、空間を介して行われるため、低温吸着触媒層１２Ｂは、高温吸着触媒層１２Ａよりも低温になる。
【００６５】
このようにして、本実施の形態２においては、高温吸着触媒層１２Ａの温度は、２５０〜４００℃、好ましくは、３００〜３５０℃になるように構成され、低温吸着触媒層１２Ｂは、２００〜３００℃、好ましくは、２３０〜２６０℃になるように構成される。
【００６６】
このように構成された本実施の形態２に係る水素生成装置１０１であっても、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る水素生成装置は、水添脱硫器と水素含有ガス流路を形成する隔壁との間に伝熱緩和部が設けられている態様を例示するものである。
【００６８】
図３は、本発明の実施の形態３に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００６９】
図３に示すように、本実施の形態３に係る水素生成装置１０１は、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と基本的構成は同じであるが、水添脱硫器５１と水素含有ガス流路５４を形成する隔壁５３（図５参照）との間に伝熱緩和部５７が設けられている点が異なる。伝熱緩和部５７としては、例えば、水添脱硫器５１と隔壁５３との間に断熱材を配置してもよい。断熱材としては、例えば、シリカ、チタニア、及びアルミナ、もしくはこれらの混合物を含む断熱材やグラスウールを含む断熱材等が例示される。また、伝熱緩和部５７としては、水添脱硫器５１と隔壁５３との間を空気が溜まるように空間（空隙）にした空気溜まり部としてもよい。
【００７０】
このように構成された本実施の形態３に係る水素生成装置１０１であっても、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と同様の作用効果を奏する。
【００７１】
また、本実施の形態３に係る水素生成装置１０１では、伝熱緩和部５７を設けることで、水素含有ガス流路５４を通流する水素含有ガスの温度が高くなりすぎたような場合に、伝熱緩和部５７により、水添脱硫器５１の第１触媒層１１や第２触媒層１２に伝達される熱量が緩和され、第１触媒層１１及び第２触媒層１２の温度を適温に保つことができる。
【００７２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る水素生成装置は、変成器を備え、水添脱硫器は、第２触媒層が変成器の近傍に位置するように構成されている態様を例示するものである。
【００７３】
図４は、本発明の実施の形態４に係る水素生成装置の概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００７４】
図４に示すように、本実施の形態４に係る水素生成装置１０１は、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と基本的構成は同じであるが、変成器５８を備え、水添脱硫器５１の第２触媒層１２が、変成器５８の近傍に位置するように配置されている点が異なる。具体的には、変成器５８は、水素含有ガス流路５４の途中に設けられていて、混合ガス流路５６の近傍に位置するように配置されている。また、変成器５８は、水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を有している。水添脱硫器５１の第２触媒層１２も同様に、本実施の形態４においては、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒を有している。
【００７５】
そして、第２触媒層１２が、変成器５８の近傍に位置するように配置されているため、それぞれが有する熱の伝達により、第２触媒層１２と変成器５８は、同程度の温度帯（例えば、それぞれの差が±１０℃）にすることができる。
【００７６】
さらに、変成器５８が混合ガス流路５６近傍に位置するように配置されているため、混合ガス流路５６を通流する原料ガスや水蒸気と熱交換することができる。このため、本実施の形態４においては、改質器５２に供給する水蒸気と原料ガスの比率（Ｓ／Ｃ）を変化させたり、燃焼器５５に供給する燃焼用空気の供給量を変化させたりすることで、変成器５８の温度をコントロールすることができる。これにより、変成器５８、ひいては、第２触媒層１２の温度をコントロールすることができる。なお、第２触媒層１２と変成器５８は、第２の温度、すなわち、２００〜３００℃、好ましくは、２３０〜２６０℃になるように制御されている。
【００７７】
このように構成された本実施の形態４に係る水素生成装置１０１は、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態４に係る水素生成装置１０１では、変成器５８の温度を制御することで、水添脱硫器５１の第２触媒層１２の温度も制御することができ、第２触媒層１２をより安定して第２の温度に維持することができる。
【００７８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る水素生成装置は、変成器を備え、水添脱硫器は第２触媒層の低温吸着触媒層が変成器の近傍に位置するように構成されている態様を例示するものである。
【００７９】
図５は、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置の概略構成を示す模式図である。なお、図５においては、水素生成装置の筐体内部の構成を模式的に示し、筐体における上下方向を図における上下方向として表している。以下、本発明の実施の形態５に係る水素生成装置１０１における筐体５０内部の具体的構成について、図５を参照しながら説明し、その他の構成については、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００８０】
図５に示すように、筐体５０は、段付円筒状に形成されている。また、筐体５０の内部には、該筐体５０の中心軸Ｃを共有する外筒６１、内筒６２、及び輻射筒６３を有している。輻射筒６３の内部には、燃焼器５５が配置されている。内筒６２と輻射筒６３との間に形成された筒状の空間が、燃焼排ガス流路７５ａを構成する。これにより、燃焼器５５で生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路７５ａ通流し、その間に、混合ガス流路５６を通流する原料ガスや水蒸気を加熱する。また、燃焼排ガス流路７５ａを通流した燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路７５から水素生成装置１０１外に排出される。
【００８１】
外筒６１と内筒６２との間に形成された筒状空間の上部が、混合ガス流路５６を構成し、該混合ガス流路５６には、原料ガス供給路７１及び水供給路７２が接続されている。また、外筒６１と内筒６２との間に形成された筒状空間の下部には、改質触媒が充填されていて、改質器５２を構成する。  また、外筒６１の下端と筐体５０の底面との間には、間隙が設けられていて、外筒６１と内筒６２との間に形成された筒状空間における改質器５２の下端と筐体５０の底面との間の空間と、筐体５０と外筒６１の間の筒状空間が、水素含有ガス流路５４を構成する。すなわち、外筒６１を構成する壁の一部が、隔壁５３を構成する。また、筐体５０と外筒６１の間の筒状空間のうち、筐体５０の段部によって構成される部分には、変成器５８及びＣＯ除去器５９が設けられている。
【００８２】
変成器５８は、水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するＣｕ−Ｚｎ系触媒を有している。また、ＣＯ除去器５９は、水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応により低減するＲｕ系触媒を有している。変成器５８とＣＯ除去器５９の間には、空間が設けられていて、当該空間には、選択酸化反応に用いる酸素（空気）を供給するための空気供給器１０５が、空気供給経路７７を介して接続されている。これにより、空気供給器１０５から空気供給経路７７を介して供給された空気が水素含有ガスと混合されて、ＣＯ除去器５９に供給される。
【００８３】
なお、本実施の形態５においては、ＣＯ除去器５９は、選択酸化反応により一酸化炭素を低減したが、これに限定されず、水素含有ガス中の一酸化炭素をメタン化反応により低減有してもよい。この場合、酸素は不要となるため、空気供給器１０５及び空気供給経路７７を設けなくてもよい。さらに、ＣＯ除去器５９（空気供給経路７７及び空気供給器１０５を含む）を設けない形態を採用してもよい。
【００８４】
筐体５０の段部の下部には、伝熱緩和部５７を介して、水添脱硫器５１が設けられている。水添脱硫器５１は、第１触媒層１１と第２触媒層１２を有していて、第２触媒層１２は、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂを有している。第１触媒層１１と高温吸着触媒層１２Ａは、隣接するように配置されていて、低温吸着触媒層１２Ｂは、変成器５８の近傍に位置するように設けられている。また、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂは、空間を挟んで配設されている。これにより、高温吸着触媒層１２Ａの温度と第１触媒層１１の温度を同程度にすることができる。また、低温吸着触媒層１２Ｂの温度と変成器５８の温度を同程度にすることができる。
【００８５】
なお、高温吸着触媒層１２Ａに含まれる触媒としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）触媒、Ｎｉ系触媒やＦｅ系触媒を用いることができる。また、低温吸着触媒層１２Ｂに含まれる触媒としては、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒やＮｉ−Ｚｎ系触媒を用いることができる。
【００８６】
このように構成された本実施の形態５に係る水素生成装置１０１であっても、実施の形態１に係る水素生成装置１０１と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態５に係る水素生成装置１０１では、伝熱緩和部５７が設けられているため、実施の形態２と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態５に係る水素生成装置１０１では、第１触媒層１１と高温吸着触媒層１２Ａが隣接するように配設され、高温吸着触媒層１２Ａと低温吸着触媒層１２Ｂが空間を挟んで配設されているため、実施の形態３と同様の作用効果を奏する。
【００８７】
さらに、本実施の形態５に係る水素生成装置１０１では、低温吸着触媒層１２Ｂが変成器５８の近傍に位置するように配置しているため、変成器５８の温度を制御することで、低温吸着触媒層１２Ｂの温度も制御することができ、低温吸着触媒層１２Ｂをより安定して第２の温度に維持することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態５においては、水添脱硫器５１に供給する水素として、ＣＯ除去器５９で一酸化炭素を低減された水素含有ガスを供給する形態を採用したが、これに限定されず、変成器５８で一酸化炭素を低減された水素含有ガスを供給する形態を採用してもよい。具体的には、変成器５８とＣＯ除去器５９の間の空間に、水素ガス経路７３の上流端が接続すればよい。これにより、変成器５８で一酸化炭素を低減された水素含有ガスが、水素ガス経路７３及び原料ガス供給路７１を介して水添脱硫器５１の第１触媒層１１に供給される。
【００８９】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムは、実施の形態５に係る水素生成装置と、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える態様を例示するものである。
【００９０】
［燃料電池システムの構成］
図６は、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図である。
【００９１】
図６に示すように、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システム２００は、実施の形態１に係る燃料電池１００、水素生成装置１０１、酸化剤ガス供給器１０６、及び制御器１２０を備えている。なお、制御器１２０は、水素生成装置１０１を構成する各機器だけでなく、燃料電池システム２００を構成する各機器を制御するように構成されている。
【００９２】
燃料電池１００は、アノード１００Ａとカソード１００Ｂを有している。また、燃料電池１００には、アノード１００Ａに水素含有ガスを供給するためのアノードガス流路１０Ａと、カソード１００Ｂに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路１０Ｂが設けられている。なお、燃料電池１００の構成は、一般的な燃料電池と同様であるため、その詳細な説明は、省略する。また、燃料電池１００としては、高分子電解質形燃料電池やリン酸形燃料電池等の各燃料電池を使用することができる。
【００９３】
燃料電池１００のアノードガス流路１０Ａの入口には、水素含有ガス供給路７６を介して、水素生成装置１０１が接続されていて、アノードガス流路１０Ａの出口には、水素含有ガス排出路７８を介して、水素生成装置１０１の燃焼器５５が接続されている。また、酸化剤ガス流路１０Ｂの入口には、酸化剤ガス供給路７９を介して、酸化剤ガス供給器１０６が接続されていて、酸化剤ガス流路１０Ｂの出口には、酸化剤ガス排出路８０が接続されている。
【００９４】
酸化剤ガス供給器１０６は、燃料電池１００の酸化剤ガス流路１０Ｂに酸化剤ガス（空気）の流量を調整して供給することができればどのような形態であってもよく、例えば、ブロワやシロッコファン等のファン類を用いることができる。
【００９５】
［燃料電池システムの動作］
次に、図６を参照しながら、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００の動作について説明する。なお、以下の動作は、制御器１２０が燃料電池システム２００を構成する各機器を制御することにより行われる。
【００９６】
まず、例えば、予め燃料電池システム２００の起動時間になった場合や、使用者が図示されないリモコンを操作して燃料電池システム２００の起動処理を指示したような場合に、燃焼器５５に燃焼用燃料と燃焼用空気が供給され、これらが燃焼して、燃焼排ガスが生成される。生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路７５を通流する間に、改質器５２及び混合ガス流路５６を加熱して、水素生成装置１０１外に排出される。燃焼排ガスによって加熱された改質器５２は、その伝熱により、隔壁５３を介して隣接するように配設された水素含有ガス流路５４を加熱する。加熱された水素含有ガス流路５４は、その伝熱により、水添脱硫器５１の第１触媒層１１及び第２触媒層１２を加熱する。なお、燃焼器５５に供給する燃焼用燃料と燃焼用空気は、燃料電池１００が、１ｋＷ相当の発電条件で、燃焼空気比が１．７となるように制御されている。
【００９７】
次に、原料ガス供給器１０２が作動して、水添脱硫器５１に原料ガスが供給される。水添脱硫器５１では、原料ガス中の硫黄化合物が第１触媒層１１で硫化水素に変換され、変換された硫化水素が第２触媒層１２に含まれる触媒に吸着して、脱硫される。脱硫された後の原料ガス（以下、脱硫後原料ガスという）は、原料ガス供給路７１を介して混合ガス流路５６に供給される。また、混合ガス流路５６には、水供給器１０３から水供給路７２を介して水が供給される。混合ガス流路５６に供給された水は、気化されて水蒸気となり、加熱された原料ガスとともに改質器５２に供給される。なお、改質器５２に供給される水蒸気中に含まれる水分子のモル数と原料ガス中に含まれる炭素元素のモル数との比率（Ｓ／Ｃ）は、３．０となるように制御されている。
【００９８】
改質器５２では、脱硫後原料ガスと水蒸気が改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、水素含有ガス流路５４を通流する。水素含有ガス流路５４を通流する間に、水素含有ガスが有する熱が、隔壁５３を介して、水添脱硫器５１に伝わり、水添脱硫器５１の第１触媒層１１と第２触媒層１２が適温に維持される。また、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素は、変成器５８及びＣＯ除去器５９で低減される。一酸化炭素が低減された水素含有ガス（以下、燃料ガスという）は、水素含有ガス供給路７６に供給される。
【００９９】
水素含有ガス供給路７６に供給された燃料ガスは、水素含有ガス供給路７６を通流して、燃料電池１００のアノードガス流路１０Ａに供給される。また、水素含有ガス供給路７６を通流する燃料ガスの一部は、水素ガス経路７３を通流して、原料ガス供給路７１から水添脱硫器５１に供給される。なお、水添脱硫器５１に供給される燃料ガスは、原料ガスの２〜１０％（水素ガス量で換算）程度になるように制御されていて、本実施の形態６では、３％になるように制御されている。そして、上記運転条件（燃料電池１００が、１ｋＷ相当の発電条件で、燃焼空気比が１．７、Ｓ／Ｃが３．０、水添脱硫器５１に供給される原料ガスに対する水素ガス量が３％）で燃料電池システム２００を運転すると、第１触媒層１１は、約３４０℃となり、第２触媒層１２は、約２５０〜３３０℃となる。
【０１００】
また、燃料電池１００の酸化剤ガス流路１０Ｂには、酸化剤ガス供給器１０６から酸化剤ガス供給路７９を介して、酸化剤ガス（空気）が供給される。
【０１０１】
アノードガス流路１０Ａに供給された燃料ガスは、アノードガス流路１０Ａを通流する間にアノード１００Ａに供給され、酸化剤ガス流路１０Ｂに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１０Ｂを通流する間にカソード１００Ｂに供給される。燃料電池１００では、アノード１００Ａに供給された燃料ガスと、カソード１００Ｂに供給された酸化剤ガスと、が電気化学的に反応して、電気が発生する。
【０１０２】
アノード１００Ａで未利用の燃料ガスは、オフ燃料ガスとして、水素含有ガス排出路７８を通流して、燃焼器５５に供給される。燃焼器５５に供給されたオフ燃料ガスは、燃焼用燃料として使用される。一方、カソード１００Ｂで未利用の酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガスとして、酸化剤ガス排出路８０を通流して、燃料電池システム２００外に排出される。
【０１０３】
このように構成された本実施の形態６に係る燃料電池システム２００では、実施の形態５に係る水素生成装置１０１を備えているため、実施の形態５に係る水素生成装置１０１と同様の作用効果を奏する。
【０１０４】
なお、本実施の形態６に係る燃料電池システム２００では、実施の形態５に係る水素生成装置を備える形態としたが、これに限定されず、実施の形態１〜４に係る水素生成装置のいずれかの水素生成装置を備える形態としてもよい。
【０１０５】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の形態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る水素生成装置及びそれを備える燃料電池システムは、改質器の熱利用性を向上し、従来よりも簡易な構成で、水添脱硫器を容易に適温に保つことができるため、燃料電池の分野で有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０Ａ  アノードガス流路
１０Ｂ  酸化剤ガス流路
１１  第１触媒層
１２  第２触媒層
１２Ａ  高温吸着触媒層
１２Ｂ  低温吸着触媒層
５０  筐体
５１  水添脱硫器
５２  改質器
５３  隔壁
５４  水素含有ガス流路
５４ａ  部分
５５  燃焼器
５６  混合ガス流路
５７  伝熱緩和部
５８  変成器
５９  ＣＯ除去器
６１  外筒
６２  内筒
６３  輻射筒
７１  原料ガス供給路
７２  水供給路
７３  水素ガス経路
７５  燃焼排ガス経路
７５ａ  燃焼排ガス流路
７６  水素含有ガス供給路
７７  空気供給経路
７８  水素含有ガス排出路
７９  酸化剤ガス供給路
８０  酸化剤ガス排出路
１００  水素利用機器（燃料電池）
１００Ａ  アノード
１００Ｂ  カソード
１０１  水素生成装置
１０２  原料ガス供給器
１０３  水供給器
１０５  空気供給器
１０６  酸化剤ガス供給器
１２０  制御器
２００  燃料電池システム
【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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