(57)【要約】【課題】変成部及び選択酸化部の温度を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランスを保つことを目的とする。【解決手段】燃焼空気経路２３から分岐し一酸化炭素低減部を構成する変成部１５と選択酸化部１６の周囲を経由し、燃焼空気経路２３に合流する冷却経路２４を備え、冷却経路２４に燃焼空気を流すことによって一酸化炭素低減部を冷却することができるため、変成部１５と選択酸化部１６の温度を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランスを保つよう構成設計することができる。また、一酸化炭素低減部を冷却した燃焼空気は加熱部８で燃焼空気として使用し、水素生成装置の外部に放出せず有効利用するため、熱損失を抑制することが可能となる。【選択図】図１
2013234076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と原料との供給を受けて改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する改質部と、
前記改質部を加熱する加熱部と、
前記加熱部に燃焼空気経路を介して燃焼空気を供給する燃焼空気供給路と、
前記改質部で生成された燃料ガス中の一酸化炭素を変成反応により低減する変成部と、
前記変成部で一酸化炭素が低減された燃料ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応によりさらに低減する選択酸化部と、
前記燃焼空気経路から分岐し前記変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方の周囲を経由し前記燃焼空気経路に合流する冷却経路とを備えたことを特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
前記変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度検出部と、
前記冷却経路を流通する空気量の調整を行う調整手段と、
前記温度検出部により得られた温度により前記調整手段を制御する制御部とを、さらに設けた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】
前記調整手段は、少なくとも冷却経路における空気の流通を開放または阻止する開閉弁としたことを特徴とする請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記変成部と前記選択酸化部とを収納する筐体と、
前記筐体の外周に配された断熱材とをさらに備え、
前記冷却経路を前記筐体の外周側で、かつ前記断熱材の内周側に配したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に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、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】
水素生成装置には、炭化水素系の原料を改質部で改質して燃料ガスを生成した後、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減するための一酸化炭素低減部をさらに備えているものが一般的である。
【０００４】
一酸化炭素低減部の一例としては、改質部で生成したガス中の一酸化炭素を水性ガスシフト反応で低減するための変成触媒を有する変成部と、この変成部から送出される燃料ガス中の一酸化炭素を、別途供給した空気中の酸素によって酸化する選択酸化触媒を有する選択酸化部とを順次備えたものがある。
【０００５】
改質部には炭化水素系燃料と水を導入し、加熱部で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、下流の一酸化炭素低減部で一酸化炭素濃度を低減させる。一酸化炭素低減部では、まず変成部で、触媒温度を２００℃〜３００℃程度に制御し発熱反応を伴いながら、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。さらに選択酸化部では１００℃〜２００℃程度に触媒温度を制御し少量の空気を導入してＣＯを触媒上で発熱反応を伴いながら、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、選択酸化部の出口では、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。
【０００６】
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、改質部および加熱部、一酸化炭素低減部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１または特許文献２参照）。
【０００７】
図４は、特許文献１に記載された従来の水素生成装置を示すものである。図４に示すように、改質部１４を加熱する加熱部８を中心に同心円上に流路を形成し、両端部で折り返し部を設けて流路を連通させ、流路の内側から順に、改質触媒を充填した改質部１４、変成触媒を充填した変成部１５、選択酸化触媒を充填した選択酸化部１６を設けている。
【０００８】
そして、加熱部８に燃料を供給する燃料供給路１０と、送風機２２によって燃焼空気を加熱部８供給する燃焼空気供給路９と選択酸化部１６の上流側に選択酸化触媒で酸化反応を行わせるための空気供給管１７、改質部１４の上流側に原料導入管１８を設け、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。
【０００９】
選択酸化部１６の下流側に、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１９を設け、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１７１８９２号公報
【特許文献２】特開２００７−３３１９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
改質に関わる各反応部を集積した一体型の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。
【００１２】
このような水素生成装置においては、吸熱反応を伴う改質部は改質部の改質反応に必要な熱は加熱部から供給される。一方、発熱反応を伴う一酸化炭素低減部の変成部と選択酸化部は、周囲の構造体の伝熱量を調整することにより変成部と選択酸化部の所定の温度になるよう保っている。その結果、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。
【００１３】
しかし、水素生成装置の触媒や筐体など構成要素、原料ガス、水、空気など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。水素生成装置のこれら諸条件が変化する度に、変成部と選択酸化部の周囲の構造体の伝熱量を調整するのは構造設計的に非常に手間が掛かるといった課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水素生成装置の効率的な改質反応を損なうことなく、変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランスを容易にコントロールできる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】
【００１５】
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、加熱部に燃焼空気経路を介して燃焼空気を供給する燃焼空気供給路と、前記燃焼空気経路から分岐し変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方の周囲を経由し前記燃焼空気経路に合流する冷却経路を備えたものである。
【００１６】
このような構成にすることで、冷却経路に燃焼空気を流すことによって、変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方を冷却することができるため、変成部及び選択酸化部の温度を所定の温度に保つよう構成設計することができる。また、変成部もしくは選択酸化部を冷却した燃焼空気は燃焼空気経路に供給され、加熱部で燃焼空気として利用するため、冷却経路の燃焼空気に放出した熱は、水素生成装置の外部に放出されることなく有効に利用されるため、熱損失を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の水素生成装置は、変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方の温度を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランスを容易にコントロールでき、安定した運転が
持続可能な水素生成装置を容易に構造設計することができる。また、変成部または選択酸化部から放出した熱の熱損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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
【図３】本発明の実施の形態３における水素生成装置の要部縦断面図
【図４】従来の水素生成装置の要部縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、水と原料との供給を受けて改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部を加熱する加熱部と、前記加熱部に燃焼空気経路を介して燃焼空気を供給する燃焼空気供給路と、前記改質部で生成された燃料ガス中の一酸化炭素を変成反応により低減する変成部と、前記変成部で一酸化炭素が低減された燃料ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応によりさらに低減する選択酸化部と、前記燃焼空気経路から分岐し前記変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方の周囲を経由し前記燃焼空気経路に合流する冷却経路とを備えることにより、冷却経路に燃焼空気を流すことによって変成部あるいは選択酸化部を冷却することができるため、変成部あるいは選択酸化部の温度を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランスを保つよう構造設計することができる。
【００２０】
また、変成部あるいは選択酸化部を冷却した燃焼空気は燃焼空気経路に供給され、加熱部で燃焼空気として利用するため、冷却経路の燃焼空気に放出した熱は、水素生成装置の外部に放出されることなく有効に利用されるため、変成部あるいは選択酸化部から放出した熱の熱損失を抑制することができる。
【００２１】
また、第２の発明は、前記変成部及び選択酸化部のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度検出部と、前記冷却経路を流通する空気量の調整を行う調整手段と、前記温度検出部により得られた温度により前記調整手段を制御する制御部とをさらに設けており、水素生成装置の動作中に温度検出部を監視しながら変成部及び選択酸化部の温度を制御することが可能になるため、水素生成装置の熱バランスの構成設計が容易になり、更に水素生成装置の起動時などの過渡状態や、水、空気、原料などの温度変化、水素生成装置周囲の環境温度が変化した際も、冷却経路を流通する空気量を調整して、変成部及び選択酸化部の温度を所定の温度に保ち、水素生成装置の熱バランスを維持することが可能である。
【００２２】
また、第３の発明は、前記調整手段は、少なくとも冷却経路における空気の流通を開放または阻止する開閉弁とした構成にしており、温度検出部の温度を監視しながら冷却経路を流通する空気の流通を開放または阻止する開閉弁を設けることにより、より簡便に変成部及び選択酸化部の温度を適正な温度範囲に制御することが可能である。
【００２３】
また、第４の発明は、前記変成部と前記選択酸化部とを収納する筐体と、前記筐体の外周に配された断熱材とをさらに備え、前記冷却経路を前記筐体の外周側で、かつ前記断熱材の内周側に配しており、冷却経路から水素生成装置の外部へ放出する熱を抑えることができ、変成部及び選択酸化部から放出した熱の熱損失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、この実施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要部縦断面図である。図１において、内側から順に第１円筒体１、第２円筒体２、第３円筒体３、筐体４が同心円上に配
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５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６を構成し、第３円筒体３と筐体４との空間で環状の第２のガス流路７を構成し、第１円筒体１の内空間に加熱部８と、加熱部８に燃料を供給する燃料供給路１０と、燃焼空気を供給する燃焼空気供給路９と燃焼室１１とを設けている。
【００２６】
燃焼室１１と燃焼排ガス流路５は端部近傍で排気折り返し部１２を介して連通している。また、第１のガス流路６と第２のガス流路７は端部近傍で原料折り返し部１３を介して連通している。そして、第１のガス流路６には改質触媒を充填した改質部１４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。改質部１４は、水と原料との供給を受けて改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する。
【００２７】
第２のガス流路７には変成触媒を充填した変成部１５と選択酸化触媒を充填した選択酸化部１６を設け、燃料ガス中の一酸化炭素を低減する一酸化炭素低減部を構成している。変成部１５は、改質部１４で生成された燃料ガス中の一酸化炭素を変成反応により低減する。選択酸化部１６は、変成部１５で一酸化炭素が低減された燃料ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応によりさらに低減する。
【００２８】
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。
【００２９】
選択酸化部１６の上流側に選択酸化触媒で酸化反応を行わせるための空気供給管１７を設け、第１のガス経路６の上流側に原料導入管１８を設け、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１８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原料導入管１８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。
【００３０】
選択酸化部１６の下流側に、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１９を設け、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。
【００３１】
第１のガス流路６の上流側には流路規定部材２０をらせん状に設置し、流路規定部材２０に沿って第２円筒体２と第３円筒体３の間にらせん状の空間を形成している。水素生成装置が水素を生成する際は、原料導入管１８より原料水と原料都市ガスが供給されるが、前記のらせん状空間が原料水の蒸発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２１とする）。
【００３２】
送風機２２は燃焼空気経路２３を介して加熱部８に空気を供給しており、燃焼空気経路２３の途中を分岐して冷却経路２４を形成し、前記冷却経路２４は前記変成部１５と選択酸化部１６を冷却するように、筐体４の外周に沿って配設され、その後、燃焼空気経路２３と合流し、燃焼空気供給路９に連通する構成としている。
【００３３】
水素生成装置全体を覆うように断熱材２５を設け、前記冷却経路２４を筐体４の外周側で、かつ前記断熱材２５の内周側に設けた構成にしている。断熱材２５の材料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
。
【００３４】
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部１４、変成触媒を充填した変成部１５、選択酸化触媒を充填した選択酸化部１６を含めた第１のガス流路６、第２のガス流路７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。
【００３５】
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１０から燃焼用燃料が加熱部８に供給される。燃焼用燃料の供給と同時に、送風機２２を動作させ、燃焼空気も加熱部８に供給され、着火器（図略）を動作させることにより加熱部８に着火し燃焼室１１で燃焼が開始される。
【００３６】
加熱部８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１１、燃焼排ガス流路５の温度が上昇し、隣接する第１のガス流路６およびその中に設けられた改質部１４が加熱される。
【００３７】
蒸発部２１が１００℃を越えた時点で、原料導入管１８から原料水が供給され、改質部１４に都市ガスと水蒸気の混合ガスが供給されて改質反応が開始される。ほぼ同時期に空気供給管１７から選択酸化反応用空気が供給されると、改質部１４、変成部１５、選択酸化部１６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。
【００３８】
水素生成装置が安定して運転を継続するためには、改質部１４、変成部１５、選択酸化部１６、蒸発部２１の温度を所定の温度に保つ必要がある。吸熱反応する改質部１４は加熱部８による加熱で所定の温度に保たれる。一方、変成部１５と選択酸化部１６は、触媒の発熱反応によって熱が発生するため、その熱を取り去ってやる必要がある。変成部１５と選択酸化部１６で発生した反応熱の一部は、変成部１５と選択酸化部１６の内側にある第２円筒体を介して蒸発部２１に伝わり原料水の蒸発熱に利用される。さらに、変成部１５と選択酸化部１６で発生した反応熱の一部は、変成部１５と選択酸化部１６の外周にある筐体４に伝達し、筐体４の周囲に配設された冷却経路２４を流れる燃焼空気に放熱される。以上２つの冷却構成により、変成部１５と選択酸化部１６の温度を所定の温度に保持することができる。
【００３９】
変成部１５と選択酸化部１６を冷却した燃焼空気は燃焼空気経路２３に合流し、加熱部で燃焼空気として利用する。
【００４０】
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。
【００４１】
以上のように、本実施の形態においては、燃焼空気経路２３から分岐した冷却経路２４を変成部１５と選択酸化部１６の周囲に配設する構成にしていることにより、送風機２２から供給された燃焼空気を冷却経路２４に流して変成部１５と選択酸化部１６を冷却するため、冷却経路２４を流れる燃焼空気量を変更することによって、変成部１５と選択酸化部１６の冷却量を容易に変更設計することが可能であり、変成部１５と選択酸化部１６の温度を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランス構成設計を容易にすることができる。
【００４２】
また、本実施の形態においては、燃焼空気経路から分岐し変成部１５と選択酸化部１６の周囲を経由した冷却経路２４を燃焼空気経路２３に合流させることにより、変成部１５
と選択酸化部１６を冷却した燃焼空気を加熱部８で利用するため、変成部１５と選択酸化部１６から冷却経路２４に放出した熱を水素生成装置の外部に放出することなく有効に利用するため、熱損失を抑えることができる。
【００４３】
また、本実施の形態においては、冷却経路２４を筐体４と断熱材２５の間に設けることにより、冷却経路２４から外部への放出熱量を抑えることができるため熱損失を抑えることができる。
【００４４】
（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。実施形態１と同一の構成部品は同じ名称を用い説明を省略する。
【００４５】
変成部１５には温度を検出する温度検出部２６と、冷却経路２４を流通する空気量の調整を行う調整手段２７と、前記温度検出部２６により得られた温度により前記調整手段２７を制御する制御部２８とを、さらに設けた構成にしている。
【００４６】
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の状態から全体が水素生成装置として機能し始めるまでの動作は実施形態１と同じなので説明を省略する。
【００４７】
水素生成装置が安定して運転を継続するためには、改質部１４、変成部１５、選択酸化部１６、蒸発部２１の温度を所定の温度に保つ必要がある。吸熱反応する改質部１４は加熱部８による加熱で所定の温度に保たれる。一方、変成部１５と選択酸化部１６は、触媒の発熱反応によって熱が発生するため、その熱を取り去ってやる必要がある。変成部１５と選択酸化部１６で発生した反応熱の一部は、変成部１５と選択酸化部１６の内側にある第２円筒体２を介して蒸発部２１に伝わり原料水の蒸発熱に利用される。さらに、変成部１５と選択酸化部１６で発生した反応熱の一部は、変成部１５と選択酸化部１６の外周にある筐体４に伝達し、筐体４の周囲に配設された冷却経路２４を流れる燃焼空気によって冷却される。
【００４８】
変成部１５と選択酸化部１６の温度は、温度検出部２６と制御部２８と調整手段２７で冷却経路２４に流れる燃焼空気の量を変化させて調整する。温度検出部２６で変成部１５の温度を検出し、その信号を制御部２８に送る。温度検出部２６の温度が所定温度より高いときは冷却経路２４を流れる燃焼空気量を増やすように調整手段２７に信号を送り、温度検出部２６の温度が所定温度より低いときは冷却経路２４を流れる燃焼空気量を減らすように調整手段２７に信号を送り、調整手段２７で冷却経路２４を流れる燃焼空気の流量を制御して、変成部１５と選択酸化部１６が所定温度になるようにコントロールする。
【００４９】
変成部１５と選択酸化部１６を冷却した燃焼空気は燃焼空気経路２３に合流し、加熱部８で燃焼空気として利用する。
【００５０】
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。
【００５１】
以上のように、本実施の形態においては、燃焼空気経路２３から分岐した冷却経路２４を変成部１５と選択酸化部１６の周囲に配設し、冷却経路２４を流通する空気量の調整を行う調整手段２７と、温度検出部２６により得られた温度により前記調整手段２７を制御する制御部２８とを設けた構成にしていることにより、調整手段２７で冷却経路２４を流れる燃焼空気の量を制御することによって変成部１５と選択酸化部１６の冷却量を調整することができるため、例えば環境温度が変化して冷却経路２４に供給される燃焼空気の温
度が変化しても、調整手段２７で冷却経路２４を流れる燃焼空気量を変化させて変成部１５と選択酸化部１６を所定の温度に維持し、水素生成装置の熱バランスを保つことができる。
【００５２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における水素生成装置の要部縦断面図である。実施形態１、実施形態２と同一の構成部品は同じ名称を用い説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３の発明は、実施形態２の調整手段２７を、冷却経路２４における空気の流通を開放または阻止する開閉弁２９を用いた構成とする。
【００５４】
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の状態から全体が水素生成装置として機能し始めるまでの動作は実施形態１と同じなので説明を省略する。
【００５５】
水素生成装置が安定して運転を継続するためには、改質部１４、変成部１５、選択酸化部１６、蒸発部２１の温度を所定の温度に保つ必要がある。吸熱反応する改質部１４は加熱部８による加熱で所定の温度に保たれる。一方、変成部１５と選択酸化部１６は、触媒の発熱反応によって熱が発生するため、その熱を取り去ってやる必要がある。変成部１５と選択酸化部１６で発生した反応熱の一部は、変成部１５と選択酸化部１６の内側にある第２円筒体２を介して蒸発部２１に伝わり原料水の蒸発熱に利用される。さらに、変成部１５と選択酸化部１６で発生した反応熱の一部は、変成部１５と選択酸化部１６の外周にある筐体４に伝達し、筐体４の周囲に配設された冷却経路２４を流れる燃焼空気によって冷却される。
【００５６】
変成部１５と選択酸化部１６の温度は、温度検出部２６と制御部２８と開閉弁２９で制御する。温度検出部２６で変成部１５の温度を検出し、その信号を制御部２８に送る。変成部１５の温度が所定温度より高いときは制御部２８から信号を送り開閉弁２９を開け、冷却経路２４に燃焼空気が流れるようにする。また、変成部１５の温度が所定温度より低いときは制御部２８から信号を送り開閉弁２９を閉め、冷却経路２４に燃焼空気を流れないようにする。このように温度検出部２６を監視しながら開閉弁２９を制御し、冷却経路２４を流れる燃焼空気を流動、停止させることにより、変成部１５と選択酸化部１６を所定の温度範囲になるように制御し、水素生成装置の熱バランスを維持することができる。
【００５７】
変成部１５と選択酸化部１６を冷却した燃焼空気は燃焼空気経路２３に合流し、加熱部８で燃焼空気として利用する。
【００５８】
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。
【００５９】
以上のように、本実施の形態においては、燃焼空気経路２３から分岐した冷却経路２４を変成部１５と選択酸化部１６の周囲に配設し、冷却経路２４に燃焼空気の流通を開放または阻止する開閉弁２９を設けたことにより、冷却経路２４を流れる燃焼空気を流動、停止させることができるため、例えば環境温度が変化して冷却経路２４に供給される燃焼空気の温度が変化しても、変成部１５と選択酸化部１６を所定の温度範囲で維持し、水素生成装置の熱バランスを保つことができる。
【００６０】
なお、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３では冷却経路２４を、一酸化炭素低減部を構成する変成部１５と選択酸化部１６の周囲に配設しているが、冷却経路２４を変成部１５及び選択酸化部１６のうちの少なくとも一方の周囲に配設して各部を独立して冷
却する構成にして、変成部１５と選択酸化部１６と改質部１４の温度を所定の温度にして水素生成装置の熱バランスを維持することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
４  筐体
８  加熱部
９  燃焼空気供給路
１４  改質部
１５  変成部
１６  選択酸化部
２３  燃焼空気経路
２４  冷却経路
２５  断熱材
２６  温度検出部
２７  調整手段
２８  制御部
２９  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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