(57)【要約】【課題】組み立てばらつきによって空気と水素含有ガスの混合性能が低下せず、均一な混合ガスを供給する水素生成装置の提供。【解決手段】空気混合流路１２は水素含有ガスが供給され、空気供給管１３が挿入される第１流路１８と、第１流路１８から空気が混合された水素含有ガスが供給される第２流路と１９を含み、第１流路１８は環状の空間であり、空気供給管１３の先端は、空気が第１流路１８内を周回する両方向に分流されるように形成され、第２流路への入口１６は、空気供給管１３の先端の位置に対して、第１隔壁５を挟んで対向する位置に配置されることで、組み立てばらつきによって空気供給管１３が斜めに取り付けられた場合にも、空気を第１流路の両方向に均等に分流し、均一な混合ガスを供給することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の第１隔壁と、
前記第１隔壁の外周を囲む筒状の第２隔壁と、
原料ガスを改質して一酸化炭素を含む水素含有ガスを生成する改質部と、
少なくとも前記改質部を加熱する加熱部と、
前記改質部からから出た前記水素含有ガスに空気を供給する空気供給管と、
前記第１隔壁及び前記第２隔壁の間隙に設けられ、前記改質部から出て前記空気と混合された前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を除去するＣＯ除去部と、
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隙に設けられ前記改質部から前記ＣＯ除去部までの前記水素含有ガスの流路の一部である空気混合流路と、
を備え、
前記空気混合流路は、前記改質部から前記水素含有ガスが供給され、前記空気供給管が挿入される第１流路と、前記第１流路から前記空気が混合された前記水素含有ガスが供給される第２流路と、を含み、
前記第１流路は、前記第１隔壁の外周を囲む環状の空間であり、
前記空気供給管の先端は、前記空気供給管からの前記空気が前記第１流路内を周回する両方向に分流するように形成され、
前記第２流路への入口は、前記第１流路における前記空気供給管の先端の位置に対して前記第１隔壁を挟んで対向する位置に配置された、
水素生成装置。
【請求項２】
前記第１隔壁の内部に配置され、前記加熱部との熱交換によって前記原料ガスと水を加熱して前記水を蒸発させる蒸発部を備え、
前記第２流路は、前記蒸発部と前記第１隔壁を介して熱交換するよう配置されている、
請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記第２流路への入口は、当該入口を通過し、前記第２流路内を流れる前記水素含有ガスの流れの向きが前記第１隔壁の外周面に沿って周回する方向になるように形成された、請求項２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記蒸発部は、前記原料ガス及び前記水を前記第１隔壁の内周面に沿って螺旋状に周回させるように構成され、
前記第１隔壁の中心線の延長方向から見て、前記第２流路を周回する前記水素含有ガスの周回方向が、前記蒸発部を螺旋状に周回する前記原料ガス及び前記水の周回方向と同じ方向である、
請求項３に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記空気供給管の先端は、前記第１隔壁の外周を周回する両方向に一対の切り欠きが形成された、
請求項１から４のいずれか１項に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記空気供給管の先端は、当該先端が封止され、前記第１隔壁の外周を周回する両方向に一対の孔が形成された、
請求項１から４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、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の原料ガスを改質して、水素リッチな改質ガスを製造し、燃料電池発電装置用等の燃料ガスの製造に用いられる水素生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の水素生成装置としては、全体形状が円筒形状で、その中心部にバーナを備えた加熱部が配設され、加熱部の周囲に改質触媒を充填した改質部と、一酸化炭素（ＣＯ）変成触媒を充填した変成部と、一酸化炭素（ＣＯ）除去触媒を充填したＣＯ除去部を軸心方向に配列されている水素生成装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
この水素生成装置において、都市ガスやＬＰＧ等の原料ガスと水を、加熱部の周囲に設けた蒸発部に導入する。水は加熱部からの熱により蒸発して水蒸気となり、原料ガスと水蒸気が改質部に供給される。
【０００４】
改質部において、改質触媒の働きで水蒸気改質反応によって、原料ガスと水蒸気からＣＯを含んだ水素含有ガスを生成する。この反応は吸熱反応であり、加熱部からの熱によって反応が促進される。
【０００５】
改質部より送出された水素含有ガスは、変成部に流入する。変成部において、ＣＯ変成触媒の働きで、水素含有ガス中のＣＯが低減される。その後、水素含有ガスは空気混合流路に送出され、酸素を含んだ空気が混合される。空気を混合された水素含有ガスは、ＣＯ除去部に送出される。ＣＯ除去部において、ＣＯ除去触媒の働きで、ＣＯが更に低減される。
【０００６】
ＣＯ除去部においては次のような化学反応により一酸化炭素ＣＯが除去される。
【０００７】
２ＣＯ＋Ｏ2→  ２ＣＯ2
このとき、空気中の酸素と水素含有ガスに含まれるＣＯがほぼ均一に混合されている必要がある。そのため空気混合流路において、流路を長くとったり、絞り穴を設けたりして混合を促進する手法がとられる。
【０００８】
また、空気混合流路では更に、変成部から流入した水素含有ガスの温度（例えば２００℃）をＣＯ除去触媒の反応に適した温度（例えば１５０℃）に冷却する必要がある。冷却の方法として、例えば、蒸発部との熱交換により水素含有ガスを冷却する。
【０００９】
図６は、特許文献１に記載の水素生成装置の要部構成の縦断面図を示す。また図７は従来の水素生成装置の構成を示す図６のＡ−Ａ断面図である。白抜きの矢印は変成後の水素含有ガスの流れ、黒塗りの矢印は空気の流れ、破線ハッチングの矢印は混合ガスの流れを示している。
【００１０】
図６において、変成部１０１とＣＯ除去部１０２とを接続する空間が空気混合空間１０３である。空気混合空間１０３は仕切り板１０４により外周流路１０５および内周流路１０６に分割されている。
【００１１】
側面壁に接続された空気導入口１０７から流入する、酸素を含む空気が、空気混合空間１０３に流入する。また、変成部１０１でＣＯを低減されて低濃度のＣＯを含む水素含有
ガスは、ガス流入穴１０８から空気混合空間１０３に流入する。
【００１２】
空気と水素含有ガスは外周流路１０５に流入すると、互いに垂直方向に衝突し、拡散され、混合を開始する。その後、外周流路１０５を半周した混合ガスは、仕切り板１０４の側面に空けられた側面穴１０９を通過して内周流路１０６に流入する。
【００１３】
混合ガスは内周流路１０６に入り、更に半周し、ガス流出穴１１０を通り、冷却流路１１１に流入する。外周流路１０５と内周流路１０６を通る間にガスは混合され、冷却流路１１１に流入する時点ではほぼ均一になっている。
【００１４】
その後、蒸発部１１２を流れる、水を含んだ原料ガスとの間で熱交換し、冷却され、冷却流路出口１１１ａを通り、ＣＯ除去部１０２に流入し、ＣＯをほぼ完全に除去（例えばＣＯ濃度１０ｐｐｍ以下）される。
【００１５】
仕切り板１０４は、プレス加工により一体加工が可能な形状をしている。組立時において、下面接触部１１３と上面接触部１１４、および、内側接触部１１５は溶接などを行わない当て止め構成となっている。そのため、低コストかつ製造工数の少ない構成であり、圧力損失を高めることなく十分な距離の混合流路を確保し、高い混合性能を発揮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１１８４３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来の技術では、外周流路１０５のうち、それぞれ半円形状に分かれた一方の流路と他方の流路とを、空気導入口１０７から供給されるＣＯ除去用の空気が、均等に分配されない恐れがあった。
【００１８】
組立上のばらつきにより、空気導入口１０７とガス流入穴１０８の相対的な位置がずれて組み立てられる場合がある。例えば、空気供給管１１６の取り付け時に、挿入のためのクリアランスの範囲で斜めに取り付けられる場合や、空気供給管１１６が取り付く区画部材と、ガス流入穴１０８が空いている区画部材の組み立て時に、周方向にずれて取り付けられた場合である。
【００１９】
このような場合には、空気の分配量が均等にならないことになる。というのも、空気の流量と水素含有ガスの流量の差（例えば空気：水素含有ガス＝１：１０）が非常に大きいため、流量の多い水素含有ガスは、組み立てばらつきがあっても、外周流路１０５において、ほぼ均等に２つの半円形状の流路を流れるが、相対的に流量の少ない空気は、流入初期の位置ずれによって、水素含有ガスの流れに制約され、一方向に多く流れてしまうためである。
【００２０】
外周流路１０５において、半円形状の一方の流路に多くの空気が流れてしまった場合には、外周流路１０５では十分に混合が促進されず、更に側面穴１０９を越えて内周流路１０６を通る間にも混合が完了しない恐れがある。
【００２１】
このように、従来の技術では、組み立てばらつきによって空気と水素含有ガスの混合が十分に行われず、混合不足のままＣＯ除去部１０２に流入する恐れがあった。
【００２２】
その場合、ＣＯ除去部１０２での反応が促進されず、十分にＣＯが除去されない改質ガス（例えばＣＯ濃度１０ｐｐｍ以上）が水素生成装置から排出され、発電スタックに向かうことになる。発電スタック内の触媒はＣＯによって被毒し、発電性能が低下するため、最終的にはシステムの停止に至る恐れがあった。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、組み立てばらつきによって空気と水素含有ガスの混合性能が低下せず、均一な混合ガスを供給することができる水素生成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記従来の課題を解決するため、本発明の水素生成装置は、改質部からＣＯ除去部までの水素含有ガスの流路の一部である空気混合流路が、改質部から水素含有ガスが供給されるとともに空気供給管が挿入される第１流路と、前記第１流路から空気が混合された水素含有ガスが供給される第２流路と、を含み、前記第１流路は、隔壁の外周を囲む環状の空間であり、前記空気供給管の先端は、前記空気供給管からの空気が前記第１流路内を周回する両方向に分流するように形成され、前記第２流路への入口は、前記第１流路における前記空気供給管の先端の位置に対して前記隔壁を挟んで対向する位置に配置された、ことを特徴とする。
【００２５】
これによって、組み立てばらつきなどにより、空気供給管が斜めに取り付けられた場合などであっても、空気供給管から供給される空気を両方向に分流し吹き出すことで、水素含有ガスの流れの影響を受けないため、第１流路において、二方向に分かれた半円形状の流路の両方に、ほぼ均等な空気を供給することができ、空気と水素含有ガスの混合性能低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の水素生成装置によれば、組み立てばらつきの影響を受けにくく、空気と水素含有ガスの混合において高い混合性能を発揮し、均一な混合ガスをＣＯ除去部に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る水素生成装置の構成を示す縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る空気供給管の概形を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１に係る図１のＡ−Ａ断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る組み立てばらつきを考慮した図１のＡ−Ａ断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る空気供給管の概形を示す斜視図
【図６】従来の水素生成装置の要部構成を示す縦断面図
【図７】従来の水素生成装置の構成を示す図６のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の発明は、筒状の第１隔壁と、前記第１隔壁の外周を囲む筒状の第２隔壁と、原料ガスを改質して一酸化炭素を含む水素含有ガスを生成する改質部と、少なくとも前記改質部を加熱する加熱部と、前記改質部からから出た前記水素含有ガスに空気を供給する空気供給管と、前記第１隔壁及び前記第２隔壁の間隙に設けられ、前記改質部から出て前記空気と混合された前記水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を除去するＣＯ除去部と、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間隙に設けられ前記改質部から前記ＣＯ除去部までの前記水素含有ガスの流路の一部である空気混合流路と、を備え、前記空気混合流路は、前記改質部から前記水素含有ガスが供給され、前記空気供給管が挿入される第１流路と、前記第１流路から前記空気が混合された前記水素含有ガスが供給される第２流路と、を含み、前記第
１流路は、前記第１隔壁の外周を囲む環状の空間であり、前記空気供給管の先端は、前記空気供給管からの前記空気が前記第１流路内を周回する両方向に分流するように形成され、前記第２流路への入口は、前記第１流路における前記空気供給管の先端の位置に対して前記第１隔壁を挟んで対向する位置に配置される水素生成装置である。
【００２９】
これにより、組み立てばらつきの影響を受けにくく、空気と水素含有ガスの混合において高い混合性能を発揮することができる。
【００３０】
第２の発明は、特に、第１の発明の水素生成装置において、前記第１隔壁の内部に配置され、前記加熱部との熱交換によって前記原料ガスと水を加熱して前記水を蒸発させる蒸発部を備え、前記第２流路は、前記蒸発部と前記第１隔壁を介して熱交換するよう配置されたものである。
【００３１】
これにより、水素含有ガスと蒸発部の熱交換をさせることで、冷却性能を高めることができる。
【００３２】
第３の発明は、特に、第２の発明の水素生成装置において、前記第２流路への入口は、当該入口を通過し、前記第２流路内を流れる前記水素含有ガスの流れの向きが前記第１隔壁の外周面に沿って周回する方向になるように形成されたものである。
【００３３】
これにより、水素含有ガスの混合と冷却を行う流路が長くなり、更に混合性能と冷却性能を高めることができる。
【００３４】
第４の発明は、特に、第３の発明の水素生成装置において、前記蒸発部は、前記原料ガス及び前記水を前記第１隔壁の内周面に沿って螺旋状に周回させるように構成され、前記第１隔壁の中心線の延長方向から見て、前記第２流路を周回する前記水素含有ガスの周回方向が、前記蒸発部を螺旋状に周回する前記原料ガス及び前記水の周回方向と同じ方向としたものである。
【００３５】
これにより、水素含有ガスと蒸発部の熱交換を促進し、より冷却性能を高めることができる。
【００３６】
第５の発明は、特に、第１から第４のいずれかの発明の水素生成装置において、前記空気供給管の先端は、前記第１隔壁の外周を周回する両方向に一対の切り欠きが形成されたものである。
【００３７】
これにより、簡易な加工で空気を均等に分流することができ、高い混合性能を発揮することができる。
【００３８】
第６の発明は、特に、第１から第４のいずれかの発明の水素生成装置において、前記空気供給管の先端は、当該先端が封止され、前記第１隔壁の外周を周回する両方向に一対の孔が形成されたものである。
【００３９】
これにより、より確実に空気を均等に分流することができ、高い混合性能を発揮することができる。
【００４０】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４１】
（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構成を示す縦断面図である。
【００４２】
図１の水素生成装置は、円筒状の複数の隔壁が同心円状に配置されて、多重円筒により流路と空間を形成することで構成される。
【００４３】
多重円筒の中心部には加熱部１が配置される。加熱部１は都市ガスなどの原料ガスや、発電スタックから戻ってきた水素を含むオフガスなどを燃焼させるバーナ構造となっている。加熱部１の外周を囲む燃焼筒２と更にその外周を囲む加熱部隔壁３とで燃焼ガス流路４が形成される。
【００４４】
加熱部隔壁３の外周を囲むように第１隔壁５が配置される。加熱部隔壁３と第１隔壁５の間隙には上部にらせん状の流路を形成した蒸発部６が形成され、更に、蒸発部６の下部に接続される改質部７が形成される。
【００４５】
蒸発部６のらせん状の流路は、例えば、らせん形状に形成した丸棒を、加熱部隔壁３と第１隔壁５との間に密着させることで形成される。または、加熱部隔壁３にらせん状の凹凸を成形することで形成しても良い。
【００４６】
改質部７は、環状の空間に改質触媒を充填して形成される。改質触媒の上面と下面は、気体を通し触媒粒子を通さないような、穴の空いた板などで支えられる。改質触媒としては、白金、ロジウム、ルテニウム、ニッケルなどをアルミナ担体に坦持した触媒粒子などが用いられる。
【００４７】
第１隔壁５の外周を囲むように第２隔壁８が配置される。第１隔壁５との間隙には、下部で改質部７と接続するリターン流路９、リターン流路９の上部に接続する変成部１０、変成部１０の更に上部に配置されるＣＯ除去部１１が形成される。変成部１０とＣＯ除去部１１の間の流路の一部が空気混合流路１２となる。
【００４８】
空気混合流路１２には空気供給管１３が接続され、空気混合流路１２の内部に空気が供給される。変成部１０には例えば銅系の変成触媒が充填され、ＣＯ除去部１１には例えばルテニウムなどを含むＣＯ除去触媒が充填される。
【００４９】
続いて、内部のガスなどの流れについて説明する。
【００５０】
加熱部１には原料ガスやオフガス、および燃焼用の空気が供給され、バーナで燃焼することで高温の燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガスは下部で折り返し、燃焼ガス流路４を通る。このとき、改質部７、蒸発部６の順に熱を与え、燃焼排ガスとして外部に放出される。
【００５１】
一方で、蒸発部６には原料ガスと水が供給される。蒸発部６のらせん状の流路を通ることにより、水は時間をかけて下部に向かい、確実に水蒸気へと蒸発する。また、らせん状の流路を通ることで、周方向の温度分布を小さくすることができる。
【００５２】
蒸発部６は燃焼ガス流路４や変成部１０、ＣＯ除去部１１、空気混合流路１２などと熱交換し、水を蒸発させると共に、原料ガスと混合され、昇温されて改質部７に流入する。改質部７に流入した原料ガスと水蒸気は、水蒸気改質反応によりＣＯを含んだ水素含有ガスとなる。
【００５３】
改質部７を出た水素含有ガスはリターン流路９を通り、改質部７に熱を与えて温度が下がった状態で変成部１０に入る。変成部１０では変成反応によりＣＯの濃度を低下（例え
ば０．５％以下）させる。変成部１０を出た水素含有ガスは空気混合流路１２で空気供給管１３から供給される空気と混合され、ＣＯ除去部１１に流入する。
【００５４】
ＣＯ除去部では選択酸化反応により、ＣＯと空気中の酸素が反応し、ＣＯの濃度をほぼ完全に除去（例えば１０ｐｐｍ以下）する。こうした反応により、水素含有ガスはＣＯをほとんど含まない改質ガスとなり、水素生成装置から排出される。その後改質ガスは発電スタックに送られ、発電に用いられる。
【００５５】
このように、水素生成装置の内部には複数の触媒が用いられ、それぞれが最適な温度で働くように熱交換を最適化する設計が行われる。最適な温度とは、例えば改質触媒が４００〜６５０℃、変成触媒が３００〜２００℃、ＣＯ除去触媒が１５０〜１００℃である。途中の流路構成もこのような温度帯を実現するように機能する必要がある。
【００５６】
ここで、空気混合流路１２について更に詳しく説明する。
【００５７】
空気混合流路１２において、円筒状の空気混合筒１４と、穴の空いた円盤形状をした区画部材１５によって流路が区画されている。空気混合筒１４の円筒面には第２流路への入口１６および、吹き出し穴１７が形成される。区画部材１５の内径側は空気混合筒１４と、外径側は第２隔壁８と、それぞれ固定されている。
【００５８】
これらに区画された結果、変成部と接続している環状の流路である第１流路１８が形成され、第１流路１８と第２流路への入口１６で接続する第２流路１９が形成され、第２流路１９と吹き出し穴１７で接続し、更にＣＯ除去部１１と接続するヘッダー流路２０が形成される。
【００５９】
第２流路への入口１６は第２流路１９内に流入したガスを周方向に回転させる方向に切り起こし穴形状で形成する。なお、切り起こし穴は１つでも良いが複数形成しても良い。１つとすることで加工費が抑制できる。一方で、切り起こし穴の形状制約により十分な開口面積が確保できない場合は複数形成することで、圧力損失を低下させることができる。
【００６０】
吹き出し穴１７は例えば周方向に均等に複数形成する。吹き出し穴１７はより小さい穴をより多く形成することで、ヘッダー流路２０に流入するガスの周方向ばらつきを小さくすることができる。
【００６１】
第２隔壁のうち第１流路１８の外周部にあたる部分には空気供給管１３が取り付けられる。空気供給管１３の先端は空気混合筒１４にほぼ押し当てられる状態で固定される。空気供給管１３の先端には周方向に向けて二方向に開口した一対の切り欠き２１が形成される。
【００６２】
空気供給管１３およびその先端の切り欠き２１に対し、第２流路への入口１６は第１隔壁５を挟んで対向する位置に配置されている。つまり、環状の第１流路１８において、空気供給管１３およびその先端の切り欠き２１が配置される場所に対して、ほぼ１８０°回転した位置に第２流路への入口１６が配置される。
【００６３】
図２は本発明の実施の形態１に係る空気供給管１３の概形を示す斜視図である。
【００６４】
空気供給管１３の先端に形成される一対の切り欠き２１について、一回の切削で同時に加工できる形状とすることで加工工数を低減できる。
【００６５】
図３は本発明の実施の形態１に係る図１のＡ−Ａ断面図である。
【００６６】
空気混合流路１２のガスの流れを図１と図３を用いて説明する。
【００６７】
ガスの流れについて、水素含有ガスの流れＦ１を白抜きの矢印で、空気の流れＦ２を黒塗りの矢印で、水素含有ガスと空気の混合ガスの流れＦ３をクロスハッチングの矢印で示す。
【００６８】
変成部１０を出た水素含有ガスは、環状の流路である第１流路１８の下面全体から上方向の流れで流入する。上方向の流れは区画部材１５に当たり周方向の流れに変わる。この流れは全て第２流路への入口１６を目指す方向の流れとなる。
【００６９】
よって、図３のように断面方向で見ると、第２流路への入口１６の対向する位置、つまりこの場合は空気供給管１３が配置されている位置を境界として、両方向に周回する２つの流れが形成される。
【００７０】
一方、空気は空気供給管１３から供給され、空気混合筒１４に当たり、切り欠き２１によって２方向に分流される。分流されたそれぞれの流れは水素含有ガスの流れ方向と一致し、空気と水素含有ガスは混合されながら周方向にほぼ１８０°周回して、第２流路への入口１６へと向かう。
【００７１】
第２流路への入口１６は切り起こし穴形状をしているため、第２流路１９内を周方向に回転させる流れが与えられる。混合ガスは回転する流れの中で混合を促進してより均一になり、上方の吹き出し穴１７に向かって、らせん状の流線を描いて流れる。第２流路１９は第１隔壁５を介して蒸発部６と接しており、混合ガスは蒸発部６と熱交換することで冷却される。
【００７２】
なお、第２流路への入口１６が切り起こし穴形状でない場合であっても、本発明の主要な効果である空気の水素含有ガスの混合の均一性は得ることができる。例えば、空気混合筒１４の側面に単純な穴を空けた場合が考えられる。
【００７３】
こうすることで、より簡易な加工で流路を形成できる。その場合、第２流路への入口１６に入った混合ガスは第１隔壁に当たって全方向に拡散される。上方向に向かった混合ガスは比較的短い距離で吹き出し穴１７からヘッダー流路２０へ流出するが、周方向の両方向に流れたガスは最大で１８０°周回しながら吹き出し穴１７に向かう。このように、大部分の混合ガスは周回することで混合が促進され、均一になる。
【００７４】
更に、図３において蒸発部６における水の流れＦ４を灰色の破線矢印で示す。このように蒸発部６を形成するらせん流路によって水の流れも周回している。混合ガスの周回の向きと水の周回の向きが一致するように、第２流路への入口１６の切り起こし穴の向きを設定している。
【００７５】
このことにより、混合ガスの流れと水の流れが同じ方向を向くことになり、より長い時間混合ガスと水が熱交換可能となり、冷却の効率が上がる。というのも、水の流れは、基本的に蒸発部６のらせん流路の下面に接しており、面状ではなく線状の熱交換面を持っている。そのため、混合ガスと水が対向する方向に周回していた場合には、熱交換面が非常に小さくなり、冷却の効率が低下する。
【００７６】
なお、切り起こし穴の向きを本実施の形態と逆方向などに設定し、あえて混合ガスと水を対向とすることで、冷却性を低く制御することもできる。例えば、ほぼ同一の水素生成装置構造体を用いて、複数の出力で用いる複数機種を製作する場合に、低出力側の流量が
低く、混合ガスが冷却されすぎてＣＯ除去部での反応に適した温度（例えば１５０℃）を下回る恐れがある。
【００７７】
このような場合には、切り起こし穴の向きを逆方向、もしくは下方向や斜め方向などの別方向に設定することで、冷却性を制御することができる。そうすることで、簡易に複数の出力に合わせた複数機種を、ほぼ同一の水素生成装置構造体を用いて製作することができる。
【００７８】
ところで、空気混合流路１２での冷却は、例えば変成部１０を出た水素含有ガス（例えば２００℃）をＣＯ除去部１１での反応に適した温度（例えば１５０℃）まで冷却することが目的である。
【００７９】
空気混合流路１２に流入する水素含有ガスの温度が高く（例えば２５０℃）なる可能性がある。例えば、変成部１０に高温で運転するのに適した変成触媒を採用する場合や、負荷変動時の流量変化があった場合に、変成触媒が高温状態となり、空気混合流路１２に流入する水素含有ガスの温度が高温になる。
【００８０】
その場合、空気混合流路１２にはより高い冷却性能が求められる。このような課題に対し、本実施の形態の水素生成装置は第２流路１９における蒸発部６との熱交換が効率的に行われる形状となっており、有効である。
【００８１】
なお、本実施の形態において、第２流路１９は第１隔壁５を介して蒸発部６と接しているが、蒸発部６が第２流路と接しないような別の位置に形成されても良い。混合ガスの冷却方法として、蒸発部６以外との熱交換に冷却をさせる場合も本発明の効果が得られる。例えば、第２流路１９が第１隔壁５を介して、燃焼空気の流路と接している場合などである。または外部への放熱を促進することで混合ガスを冷却しても良い。
【００８２】
図４は本発明の実施の形態１に係る組み立てばらつきを考慮した図１のＡ−Ａ断面図である。
【００８３】
ここでの組み立てばらつきとは、空気供給管１３が取り付け時に斜めに取り付けられた場合を想定している。空気供給管１３を第１隔壁５に取り付けるとき、第１隔壁５の円筒面に穴を空け、望ましくはバーリング加工をしておく。その穴に、空気供給管１３を挿入していくが、このときクリアランスを設けないと挿入が困難となる。
【００８４】
そのため、挿入後もクリアランスの範囲で空気供給管１３は傾くことができる。バーリング加工をすることで嵌合長さが増加し、比較的傾きにくくはなるが、それでもわずかな傾きは発生する恐れがある。
【００８５】
しかし、本発明の実施の形態１においては、空気供給管１３が傾いていても、先端が空気混合筒１４に押し当てられているため、空気の流出方向への開口は切り欠き２１の面積とあまり変わらない。
【００８６】
よって、第１流路への流出量はほぼ均等に分流される。流出後の空気は、水素含有ガスの流れに沿って両方向に周回する。その結果、組み立てばらつきがない場合とほぼ同等の混合性能を得ることができる。
【００８７】
このように本発明の水素生成装置は、組み立てばらつきがあっても、空気と水素含有ガスを均一に混合することができる。
【００８８】
なお、空気供給管１３の傾きとして、先端に形成される一対の切り欠き２１の両位置が空気供給管１３と第２流路への入口１６とを結んだ中心線２２を境にして両側に配置されることが望ましい。中心線２２は第１流路における空気供給管１３側の水素含有ガスの流れの方向が異なっている境界線である。
【００８９】
水素含有ガスは空気に対して流量が多いため、空気供給管１３から空気が流出した後に水素含有ガスの流れと対向していると、水素含有ガスの流れに押し返されて、空気が両方向に分流されない恐れがある。
【００９０】
一対の切り欠き２１のそれぞれが中心線２２の両側に配置されるようにするため、空気供給管１３の傾き発生を抑制するように、空気供給管１３と第１隔壁５の円筒面に空ける穴とのクリアランスを設定すればよい。
【００９１】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２に係る空気供給管１３の概形を示す斜視図である。
【００９２】
実施の形態２において、空気供給管１３の先端は封止され、一対の孔２３が形成されている。空気供給管１３の先端を封止する方法としては、例えば円盤状の蓋部品を作成し、溶接などで封止する。その後、空気供給管１３の先端付近に一対の孔２３を加工すればよい。
【００９３】
一対の孔２３は一回の孔空けで同時に加工が可能であり、ほぼ同一の開口面積にすることができる。実施の形態１に比べ、部品点数や加工量は増加してしまうが、より開口面積の差が発生しにくい構造となっている。
【００９４】
空気供給管１３の先端を封止する方法としては、別の部品を用いず、空気供給管１３を塑性加工や溶接、またはこれらの組み合わせで封止してもよい。また、実施の形態１と同様に空気混合筒１４に押し当てることで封止しても良い。
【００９５】
空気供給管１３から供給される空気は、先端の封止部で流れの方向が規制され、一対の孔２３よりほぼ均等に両方向に分流され、第１流路１８の両方向を周回し、水素含有ガスと混合される。以降の流れは実施の形態１と同一である。
【００９６】
本構成とすることで、図４のように、組み立てばらつきによって空気供給管１３が傾いて取り付けられた場合において、空気の吹き出し部における開口面積が変化せず、したがって空気の吹き出し量も傾きがない場合と変化しない。よって、より確実に第１流路１８の両方向へ、均等に空気を分流することができ、高い混合性能を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の水素生成装置は、組み立てばらつきの影響を受けにくく、空気と水素含有ガスの混合において高い混合性能を発揮し、均一な混合ガスをＣＯ除去部に供給することができ、燃料電池発電装置用等の燃料ガスの製造に用いられる。
【符号の説明】
【００９８】
１  加熱部
２  燃焼筒
３  加熱部隔壁
４  燃焼ガス流路
５  第１隔壁
６  蒸発部
７  改質部
８  第２隔壁
９  リターン流路
１０  変成部
１１  ＣＯ除去部
１２  空気混合流路
１３  空気供給管
１４  空気混合筒
１５  区画部材
１６  第２流路への入口
１７  吹き出し穴
１８  第１流路
１９  第２流路
２０  ヘッダー流路
２１  切り欠き
２２  中心線
２３  一対の孔
Ｆ１  水素含有ガスの流れ
Ｆ２  空気の流れ
Ｆ３  混合ガスの流れ
Ｆ４  水の流れ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図５】
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