(57)【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され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、前記水蒸発部に水を供給するための水入口および原料ガスを供給するための原料ガス入口と、を有し、
水蒸気と前記原料ガスの混合ガスを、前記水蒸発部から前記改質触媒体に流入させ改質反応により水素を含む改質ガスに改質する水素生成装置。
【請求項２】
前記改質ガスを前記改質触媒体の軸方向端から流出させる請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記改質触媒体の下方に前記水蒸発部が配置されている請求項２記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記第一及び第二の筒状壁部材がいずれも、円筒のシームレス管である請求項１記載の水素生成装置。
【請求項５】
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された第三の筒状壁部材とを備え、前記燃焼ガスが前記第一の筒状壁部材と前記第三の筒状壁部材との間の燃焼ガス流路としての筒状空間を流れるように構成された請求項４記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記バーナーの火炎を上方に向かって形成させるように前記バーナーが配置される請求項５記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記バーナーが前記第三の筒状壁部材の内部空間に配置され、かつ前記第三の筒状壁部材の上端との間にギャップを有するようにして前記第一の筒状壁部材の上端を塞ぐ第一の蓋部材を備え、前記バーナーで生成された前記燃焼ガスが前記第三の筒状壁部材の内部から前記ギャップを通って前記燃焼ガス流路に流入するように構成された請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを外部に導く燃焼ガス流出口が、前記第一の筒状壁部材に形成され、前記燃焼ガス流出口から流出した前記燃焼ガスを前記第一の筒状壁部材の径方向かつ下方に導くように燃焼ガス排気管が前記第一の筒状壁部材に接続されている請求項７記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記燃焼ガス流路の幅寸法の変化を規制することによってその周方向全域に亘って前記幅寸法を均一化する幅均一化手段を備えた請求項７記載の水素生成装置。
【請求項１０】
前記幅均一化手段は、均一な高さを有して前記第三の筒状壁部材から前記第一の筒状壁部材に向かって突出する複数の突起部を含み、前記突起部の先端が前記第一の筒状壁部材に当接する請求項９記載の水素生成装置。
【請求項１１】
前記突起部を、前記第三の筒状壁部材の周方向に所定間隔隔てて前記第三の筒状壁部材に形成する請求項１０記載の水素生成装置。
【請求項１２】
前記幅均一化手段は、前記第三の筒状壁部材の周方向に配置した均一な断面を有する可とう性の棒状部材を含み、前記第一の筒状壁部材と前記第三の筒状壁部材によって前記棒状部材が挟み込まれる請求項９記載の水素生成装置。
【請求項１３】
前記棒状部材は均一な径を有する丸棒である請求項１２記載の水素生成装置。
【請求項１４】
前記第一の筒状壁部材の外周面に多孔質体金属膜が設けられ、前記多孔質体金属膜と前記第二の筒状壁部材の内周面との間に前記水蒸発部の水溜り部が形成される請求項１記載の水素生成装置。
【請求項１５】
前記多孔質体金属膜が前記第一の筒状壁部材の前記外周面に全周に亘って設けられている請求項１４記載の水素生成装置。
【請求項１６】
前記第二の筒状壁部材を覆って、前記第二の筒状壁部材との間で二重管を形成する筒状カバーを備え、前記改質触媒体から流出した改質ガスが、前記第二の筒状壁部材と前記筒状カバーとの間の改質ガス流路としての筒状空間を流通するように構成された請求項４記載の水素生成装置。
【請求項１７】
前記改質ガス流路の途中に、前記第二の筒状壁部材に周方向に配置された可とう性の棒状部材を備え、前記第二の筒状壁部材と前記筒状カバーによって前記棒状部材が挟み込まれている請求項１６記載の水素生成装置。
【請求項１８】
前記バーナーの火炎を下方に向かって形成させるように前記バーナーが配置された請求項５記載の水素生成装置。
【請求項１９】
前記バーナーに接続して前記燃焼ガスを下方に導く燃焼筒を備え、前記燃焼ガス流路は、前記第三の筒状壁部材と前記第一の筒状壁部材との間に設けられた筒状の第一の燃焼ガス流路と、前記燃焼筒と前記第三の筒状壁部材との間に設けられた筒状の第二の燃焼ガス流路とを有し、前記燃焼筒から流出した前記燃焼ガスが、前記第二の燃焼ガス流路を通って前記第一の燃焼ガス流路に流入するように構成された請求項１８記載の水素生成装置。
【請求項２０】
前記第三の筒状壁部材の上端との間にギャップを有しかつ前記バーナーに接続するようにして第一の筒状壁部材の上端を塞ぐように設けられた第二の蓋部材と、前記燃焼筒の下端に対向するようにして前記第三の筒状壁部材の内部を仕切る仕切り部材とを備えた請求項１９記載の水素生成装置。
【請求項２１】
前記第二の蓋部材が前記燃焼筒の基端部に形成された鍔部である請求項２０記載の水素生成装置。
【請求項２２】
前記水蒸発部の内部の水蒸気を、前記原料ガス入口を通して供給される原料ガスとガス混合促進手段によって混合を促進させる請求項１記載の水素生成装置。
【請求項２３】
前記ガス混合促進手段は、前記混合ガスを通過させる多孔質孔を有する多孔質体金属部を含む請求項２２記載の水素生成装置。
【請求項２４】
前記第一及び第二の筒状壁部材の間に配置された前記改質触媒体を支持する環状の支持部材と、前記水蒸発部の上端を覆って配置される環状の第一の仕切り板と、前記支持部材および前記第一の仕切り板によって仕切られた境界空間とを備え、
前記ガス混合促進手段は、前記第一の仕切り板に形成される孔を含み、前記水蒸発部の内部の原料ガスおよび水蒸気が前記孔に集まって混合され前記境界空間に流出する請求項２２記載の水素生成装置。
【請求項２５】
前記境界空間を軸方向に２分割する第二の仕切り板と、前記第一及び第二の仕切り板によって仕切られた第一のサブ空間と、前記第二の仕切り板および前記支持部材によって仕切られた第二のサブ空間とを備え、
前記ガス混合促進手段は、前記第一のサブ空間の内部と前記第二のサブ空間の内部を連結するバイパス経路を含む請求項２４記載の水素生成装置。
【請求項２６】
前記バイパス経路は、前記第二の筒状壁部材の径方向に沿って外側に延びる第一のパイプ部分と、前記第一のパイプ部分に接続して前記第二の筒状壁部材の軸方向に沿って延び、前記第二の仕切り板を跨ぐ第二のパイプ部分とを有する請求項２５記載の水素生成装置。
【請求項２７】
前記第二のパイプ部分は前記第一のパイプ部分に直交して延びる請求項２６記載の水素生成装置。
【請求項２８】
前記第一のサブ空間から前記パイパス経路に流出し混合ガスを、前記第二のサブ空間の径方向の内側に向かって前記第二のサブ空間に流出させる請求項２５記載の水素生成装置。
【請求項２９】
請求項１乃至２８の何れかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される水素を含む改質ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えた燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素生成装置およびこれを備えた燃料電池システムに関し、特に筒状の水蒸発部の中心軸と筒状の改質触媒体の中心軸とを一致させ、その軸方向に改質触媒体と水蒸発部を並べて配置させる水素生成装置およびこれを備えた燃料電池システムに関する。
【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、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改質ガスを生成する水素生成装置が使用され、この水素生成装置から流出される改質ガスが燃料電池のアノードに供給される。
【０００４】
ところで、水蒸気改質反応においては、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。
【０００５】
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器の周囲を、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あり（例えば、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を水蒸発部に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】
【０００６】
しかしながら、前述した従来の水素生成装置では、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す際、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え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。
【０００７】
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る。
【０００８】
そして、このような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耐久性能の劣化をもたらす可能性があり、具体的には、上記のような溶接箇所の存在によって、日毎に起動停止を反復させる水素生成装置のＤＳＳ（Daily Start-up & Shut-down）運転による熱サイクルに対して充分な耐久性能を確保できないと懸念される。
【０００９】
また一方、水蒸発部の内径に依存して水蒸発部の水蒸気の蒸発状態が変化して、その内径を小さくすれば水蒸気の蒸発状態の均一化を図ることが容易化すると考えられている。それにもかかわらず、従来の水素生成装置のように水蒸発部を改質部および燃焼ガス流路を覆うように最外周に配置させた場合、水蒸発部の内径の縮小化に対して一定の限界があり、水蒸気の蒸発状態を均一化させることが困難な状況にもなり得る。
【００１０】
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、ガス流路の構成の簡素化によって熱サイクルに対する耐久性の向上および低コスト化を図ると共に、水蒸気の蒸発状態の均一化を可能にする水素生成装置およびこれを備えた燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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され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、前記水蒸発部に水を供給するための水入口および原料ガスを供給するための原料ガス入口と、を有して構成され、水蒸気と前記原料ガスの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改質反応により水素を含む改質ガスに改質する装置である。
【００１２】
水蒸発部と改質触媒体の軸方向を揃えて両者を並べて配置させることによって、水蒸発部から改質触媒体に向けて水蒸発部の内部を上昇する混合ガスを軸方向に向けて改質触媒体にスムーズに流出でき、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運転による熱サイクルに対する水素生成装置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の製造コストを低減できる。
【００１３】
なお、前記改質ガスを前記改質触媒体の軸方向端から流出させることが望ましい。
【００１４】
ここで、前記改質触媒体の下方に前記水蒸発部が配置されていれば、改質触媒体に水蒸気のみを供給でき、水蒸発部の水滴が改質触媒体に流れることによって改質触媒体を劣化させることを根本から防止できる。
【００１５】
前記第一及び第二の筒状壁部材がいずれも、円筒のシームレス管であれば、溶接等の配管施工によるつなぎ目を無くすことができ、ＤＳＳ運転による熱サイクルに対する耐久性を向上できる。
【００１６】
ここで、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された第三の筒状壁部材とを備え、前記燃焼ガスが前記第一の筒状壁部材と前記第三の筒状壁部材との間の燃焼ガス流路としての筒状空間を流れるように構成されたものであっても良い。
【００１７】
また、前記バーナーの火炎を上方に向かって形成させるように前記バーナーが配置されるように構成しても良い。
【００１８】
このような構成によって、効率的に改質触媒体に対して燃焼ガスの熱交換による反応熱を与えることができると共に、効率的に水蒸発部の水に対して燃焼ガスの熱交換による蒸発熱を与えることができる。加えて、高温の燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路を第一の筒状壁部材の内部に配置できて、燃焼ガスの放熱を有効に抑制し得る。
【００１９】
また、前記バーナーが前記第三の筒状壁部材の内部空間に配置され、かつ前記第三の筒状壁部材の上端との間にギャップを有するようにして前記第一の筒状壁部材の上端を塞ぐ第一の蓋部材を備え、前記バーナーで生成された前記燃焼ガスが前記第三の筒状壁部材の内部から前記ギャップを通って前記燃焼ガス流路に流入するように構成しても良い。
【００２０】
前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを外部に導く燃焼ガス流出口が、前記第一の筒状壁部材に形成され、前記燃焼ガス流出口から流出した前記燃焼ガスを前記第一の筒状壁部材の径方向かつ下方に導くように燃焼ガス排気管が前記第一の筒状壁部材に接続されるように構成しても良い。燃焼ガス排気部を下方に傾斜させることによって、燃焼ガスに含有する水蒸気が凝縮して水滴となっても、燃焼ガス排気部の水滴を燃焼ガスと共に外部に排出できて、燃焼ガス排気部の内部に溜まる水を少なくすることができる。これによって、燃焼ガス排気部に溜まった水に起因して燃焼ガス排気部に近接した水蒸発部の下端が冷却されるという不具合を解消できる。
【００２１】
ここで、前記燃焼ガス流路の幅寸法の変化を規制することによって、その周方向全域に亘って前記幅寸法を均一化する幅均一化手段を備えるような構成を採用しても良い。燃焼ガス流路の幅均一化手段によれば、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの周方向の流量ばらつきが改善され、燃焼ガスの流れの偏りが無くなって改質触媒体の周方向に均一に燃焼ガスから熱を与えることができる。
【００２２】
前記幅均一化手段の一例として、均一な高さを有して前記第三の筒状壁部材から前記第一の筒状壁部材に向かって突出する複数の突起部を含み、前記突起部の先端が前記第一の筒状壁部材に当接するような構成がある。なおこの場合、前記突起部を、前記第三の筒状壁部材の周方向に所定間隔隔てて前記第三の筒状壁部材に形成させることが望ましい。
【００２３】
前記幅均一化手段の他の例として、前記第三の筒状壁部材の周方向に配置した均一な断面を有する可とう性の棒状部材を含み、前記第一の筒状壁部材と前記第三の筒状壁部材によって前記棒状部材が挟み込まれているような構成がある。なおこの場合、前記棒状部材は均一な径を有する丸棒を使用しても良い。
【００２４】
また、前記第一の筒状壁部材の外周面に多孔質体金属膜を設けて、前記多孔質体金属膜と前記第二の筒状壁部材の内周面との間に前記水蒸発部の水溜り部が形成されるような構成を採用しても良い。
【００２５】
このような構成によって、水供給手段から供給されて水蒸発部の水溜り部に溜まった水に多孔質体金属膜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によって水の蒸発面積を稼ぐことが可能になって、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスによって多孔質体金属膜を加熱して、多孔質体金属膜に滲みこんだ水を効率的に水蒸気に蒸発できる。
【００２６】
前記多孔質体金属膜が前記第一の筒状壁部材の前記外周面に全周に亘って設けられることによって、周方向に均一に水を蒸発させることができる。
【００２７】
また、前記第二の筒状壁部材を覆って、前記第二の筒状壁部材との間で二重管を形成する筒状カバーを備え、前記改質触媒体から流出した改質ガスが、前記第二の筒状壁部材と前記筒状カバーとの間の改質ガス流路としての筒状空間を流通するような構成を採用しても良い。
【００２８】
このような構成によれば、第二の筒状壁部材および筒状カバーがいずれも、シンプルな筒形状であるため、水素生成装置の耐久性能が向上する。特に、これらの第二の筒状壁部材および筒状カバーに、例えば、配管途中に溶接接続等のつなぎ目を無くしたシームレスな金属パイプ管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。
【００２９】
ここで、前記改質ガス流路の途中に、前記第二の筒状壁部材に周方向に配置した可とう性の棒状部材を備え、前記第二の筒状壁部材と前記筒状カバーによって前記棒状部材が挟み込まれているような構成を採用しても良い。
【００３０】
このような棒状部材によれば、改質ガスを改質触媒体の周方向に流通させるため、改質ガス流路を流れる周方向の改質ガス流れの偏りを抑制できて改質触媒体の放熱を周方向全域に亘って均一に防止できる。
【００３１】
また、前記バーナーの火炎を下方に向かって形成させるように前記バーナーが配置されるように構成しても良い。
【００３２】
バーナー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）に起因してバーナーの空気噴出孔や燃料ガス噴出孔を塞ぐことを未然に防止できる。また、バーナーを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へのアクセスが容易になり、バーナーのメンテナンス作業性が向上する。
【００３３】
ここで、前記バーナーは、前記燃焼ガスを下方に導く燃焼筒を備え、前記燃焼ガス流路は、前記第三の筒状壁部材と前記第一の筒状壁部材との間に設けられた筒状の第一の燃焼ガス流路と、前記燃焼筒と前記第三の筒状壁部材との間に設けられた筒状の第二の燃焼ガス流路とを有し、前記燃焼筒から流出した前記燃焼ガスが、前記第二の燃焼ガス流路を通って前記第一の燃焼ガス流路に流入するように構成されたものであっても良い。第一の燃焼ガス流路および第二の燃焼ガス流路を採用したことによって、改質触媒体の軸方向に対する燃焼ガスの伝熱特性を改善できる。
【００３４】
更には、前記第三の筒状壁部材の上端との間にギャップを有しかつ前記バーナーに接続するようにして第一の筒状壁部材の上端を塞ぐように設けられた第二の蓋部材と、前記燃焼筒の下端に対向するようにして前記第三の筒状壁部材の内部を仕切る仕切り部材とを備えていても良い。なお、第二の蓋部材は、前記燃焼筒の基端部に形成された鍔部であっても良い。
【００３５】
ここで、前記水蒸発部の内部の水蒸気を、前記原料ガス入口を通して供給される原料ガスとガス混合促進手段によって混合を促進させるような構成を採用しても良い。
【００３６】
前記ガス混合促進手段の一例として、前記混合ガスを通過させる多孔質孔を有する多孔質体金属部を含むものがある。混合ガスが多孔質体金属部の微細孔を通過する際、多孔質体金属部によって原料ガスと水蒸気の混合が促進される。更には、多孔質体金属部の微細孔によってこの内部を通過する混合ガスに対する蒸発熱の伝熱表面積を稼ぐことでき、混合ガスに対する燃焼ガスからの熱伝導特性を向上できる。
【００３７】
また、前記第一及び第二の筒状壁部材の間に配置された前記改質触媒体を支持する環状の支持部材と、前記水蒸発部の上端を覆って配置される環状の第一の仕切り板と、前記支持部材および前記第一の仕切り板によって仕切られた境界空間とを備えて、前記ガス混合促進手段が、前記第一の仕切り板に形成される孔を含み、前記水蒸発部の内部の原料ガスおよび水蒸気が前記孔に集まって混合され前記境界空間に流出することができる。このような混合ガス噴出孔を設けることによって、水蒸発部の内部で混合した原料ガスと水蒸気を第一のサブ空間に向けて流出させる際、原料ガスおよび水蒸気をこの混合ガス噴出孔に集めてこれらのガスの混合促進を図ることができる。
【００３８】
また、前記境界空間を軸方向に２分割する第二の仕切り板と、前記第一及び第二の仕切り板によって仕切られた第一のサブ空間と、前記第二の仕切り板および前記支持部材によって仕切られた第二のサブ空間とを備えており、前記ガス混合促進手段が、前記第一のサブ空間の内部と前記第二のサブ空間の内部を連結するバイパス経路を含むものであっても良い。前記バイパス経路は、例えば、前記第二の筒状壁部材の径方向に沿って外側に延びる第一のパイプ部分と、前記第一のパイプ部分に接続して前記第二の筒状壁部材の軸方向に沿って延び、前記第二の仕切り板に跨ぐ第二のパイプ部分とを有するものであり、望ましくは前記第一のパイプ部分に直交して延びるものである。混合ガスをバイパス経路に集めることができて混合ガスの促進を図れると共に、混合ガスが通過して混合ガスの流れ方向がほぼ直角に変えられ、混合ガスの流れが乱流状態になって一層混合促進なされる。
【００３９】
なお、前記第一のサブ空間から前記パイパス経路に流出した混合ガスを、前記第二のサブ空間の径方向の内側に向かって前記第二のサブ空間に流出させても良い。第二のサブ空間の中心方向に向かって所定の流速で混合ガスを噴出させることによって、第二のサブ空間の周囲全域に亘って均等に混合ガスを供給できる。
【００４０】
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、前記水素生成装置から供給される水素を含む改質ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えたシステムである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、筒状の水蒸発部の中心軸と筒状の改質触媒体の中心軸とを一致させ、その軸方向に改質触媒体と水蒸発部を並べて配置させたため、ガス流路の構成の簡素化によって熱サイクルに対する耐久性の向上および低コスト化を図ると共に、水蒸気の蒸発状態の均一化を可能にする水素生成装置およびこれを備えた燃料電池システムが得られる。
【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。
【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】
なおここで、図１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の中心軸１０１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実施の形態１を説明する（実施の形態２および実施の形態３の説明も同じ。）。
【００４５】
水素生成装置１０は主として、中心軸１０１を共有して二重管を形成する円筒状のシームレス（ステンレス製）な第一の筒状壁部材１１および第二の筒状壁部材１２と、第一の筒状壁部材１１と第二の筒状壁部材１２との間の円筒状の領域（円筒状空間）に形成され、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２の軸方向に延びる円筒状の水蒸発部１３と、この軸方向に水蒸発部１３に並んで配置され、第一の筒状壁部材１１と第二の筒状壁部材１２との間の円筒状空間に設けら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されて配置され、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第三の筒状壁部材１６と、第三の筒状壁部材１６の内部の中央下寄り部分に形成されたバーナー１５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（ステンレス製）な円筒状カバー２２と、円筒状カバー２２の上端の全面を覆うように配置された円板状の蓋部材２４とを有している。
【００４６】
また、後ほど詳しく説明するように、第三の筒状壁部材１６と第一の筒状壁部材１１の間の隙間（円筒状空間）は燃焼ガスを流通させる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の間の隙間（円筒状空間）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。
【００４７】
ここで、本実施の形態では、水蒸発部１３の内部の混合ガス（水蒸気と原料ガスを含む混合ガス）の上昇方向（軸方向）に水蒸発部１３および改質触媒体１４の中心軸１０１の方向を揃えて、かつ水蒸発部１３の内部に存在する混合ガスの流れ方向の下流側に改質触媒体１４を配置している。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。
【００４８】
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を支持する環状の支持部材４３（図７参照）が第二の筒状壁部材１２の内面から内方に突出するように設けられている。
【００４９】
水蒸発部１３と改質触媒体１４の中心軸１０１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。
【００５０】
また、水蒸発部１３と改質触媒体１４の軸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の内径を拡大する必要がなく、水蒸発部１３における蒸発状態の均一化を図れるよう適切な内径を採用することが可能になる。
【００５１】
更に、改質触媒体１４の下方に水蒸発部１３が配置されているため、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に流れることによって改質触媒体１４を劣化させることを防止できる。
【００５２】
以下、水素生成装置１０の各要素の構成を順番により詳しく説明する。
【００５３】
蓋部材２４の中央付近には、第一の火炎検知手段２６Ａ（例えば、熱電対）がバーナー１５に対向するように配置され、この第一の火炎検知手段２６Ａによって可燃ガス燃焼の有無を検知している。このように構成すると、第一の火炎検知手段２６Ａを蓋部材２４に簡便に取り付けることが可能であり、しかも火炎の状態を第一の火炎検知手段２６Ａによって精度良く検知できる。
【００５４】
また、改質触媒体１４の上端１４ｕの近傍の改質ガス通過領域内に第一の温度検知手段４９Ａ（例えば、熱電対）が挿入され、円筒状カバー２２の外面に第二の温度検知手段４９Ｂ（例えば、熱電対）が貼り付けられている。
【００５５】
具体的には、改質触媒体１４から流出した直後の改質ガス温度を直接検知するため、改質ガス流入口４４の近傍領域に第一の温度検知手段４９Ａが設けられている。
【００５６】
この第一の温度検知手段４９Ａによれば、改質触媒体１４の温度をその変化に対して忠実に検知でき追従性を向上できると共に、蓋部材２４を開けることで容易に第一の温度検知手段４９Ａのメンテナンスを行い得る。
【００５７】
加えて、改質ガス流入口４４の近傍の円筒状カバー２２の温度を検知するため、円筒状カバー２２の外面に第二の温度検知手段４９Ｂが取り付けられている。もちろん、これを省いても良い。
【００５８】
この第二の温度検知手段４９Ｂによれば、より簡便に第二の温度検知手段４９Ｂを取り付けることができて第二の温度検知手段４９Ｂのメンテナンス作業性を改善できる。
【００５９】
なお、これらの検知手段２６Ａ、４９Ａ、４９Ｂから出力される検知信号に基づいて制御装置（図示せず）が水素生成装置１０の温度制御を適切に行っている。
【００６０】
蓋部材２４は、バーナー１５に対向するように蓋部材２４に酸化アルミや酸化ケイ素、酸化チタン等の断熱材２７を取り付けられており、これによって第三の筒状壁部材１６の内部の放熱を防止することができる。
【００６１】
また、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４０ｉに導く原料ガス配管４０および水供給手段（図示せず）から供給される水を水蒸発部１３の水入口４１ｉに導く水配管４１が配置されている。一方、バーナー１５には、例えば燃料電池（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および空気供給手段（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が配置されている。
【００６２】
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から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。
【００６３】
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に接続され、かつ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。
【００６４】
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。
【００６５】
より詳しくは、円筒状カバー２２に開口として改質ガス流出口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。
【００６６】
なお、第一及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、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２および支持部材４３並びに円板状の蓋部材２４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。
【００６７】
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。
【００６８】
図１に示すように、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、組み立て時に円筒状の隙間を隔て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に挿入し両者の中心軸１０１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の上端が蓋部材２４によって塞がれる。なお、このギャップが後ほど説明する上部燃焼ガス流入口３１に相当する。
【００６９】
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の下端の環状の鍔部１６ａを燃焼ガス排気部３３の下壁にパッキング（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。
【００７０】
更に、第一の筒状壁部材１１の上端は、蓋部材２４に当接すると共に、その下端部は燃焼ガス排気部３３の下壁にパッキング（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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第一の混合ガス噴出孔７０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の第一の混合ガス噴出孔７０は、図７に示すような支持部材４３の周方向に所定間隔隔てて複数の丸孔（直径：約１ｍｍ）として形成されるものである。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。
【００７４】
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６０があり、この環状隙間６０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。もっとも、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、第一及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、この第一の混合ガス噴出孔７０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。
【００７５】
なお、この支持部材４３の変形例として、支持部材４３の周方向に複数の第一の混合ガス噴出孔７０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。）。
【００７６】
改質触媒体１４の軸方向端から放出される改質ガスは、第二の筒状壁部材１２の上端と蓋部材２４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に両者の中心軸１０１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の上端が蓋部材２４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。
【００７７】
また、第二の筒状壁部材１２と円筒状カバー２２との間に設けられた隙間には、第二の丸棒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第二の丸棒４６を巻きつけて、この第二の丸棒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。
【００７８】
なお、円筒状カバー２２は改質触媒体１４の上端１４ｕの近傍から下端１４ｄの近傍に至るように延在するシームレスなステンレス製の金属パイプである。
【００７９】
以上のように構成された水素生成装置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。
【００８０】
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１７ｉ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の方向に上昇する。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によってその流れを遮られ、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。
【００８１】
一方、空気供給手段（図示せず）に繋がる空気入口ポート２１ｉ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の方向に上昇して、燃料ガス配管１７の下流側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。
【００８２】
燃焼ガスは、図１に示された点線のように、第三の筒状壁部材１６および第一の燃焼ガス流路３０を流通して外部に放出される。
【００８３】
バーナー１５において生成した燃焼ガスは、第三の筒状壁部材１６の内部を上昇して、第三の筒状壁部材１６の上端に対して環状の上部燃焼ガス流入口３１の相当分のギャップを隔てて配置された蓋部材２４によってその上昇が遮られる。遮られた燃焼ガスは、そこから蓋部材２４の径方向にこの蓋部材２４に沿って拡散して、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に導かれる。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水蒸発用の蒸発熱を与える。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に流出する。流出した燃焼ガスは、燃焼ガス排気部３３を通って排気口配管３４から外部（大気中）に放出される。
【００８４】
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。
【００８５】
原料供給手段に繋がる原料ガス入口４０ｉに供給される原料ガスは、原料ガス配管４０を介して水蒸発部１３に導かれ、水供給手段に繋がる水入口４１ｉに供給される水は、水配管４１を介して水蒸発部１３に導かれる。そして、水蒸発部１３の水溜り部３８に所定量分の供給水が溜められ、第一の筒状壁部材１１を介した燃焼ガスとの熱交換によってこの供給水は燃焼ガスから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。こうして蒸発した水蒸気は原料ガスと水蒸発部１３の内部で混合され、水蒸発部１３の軸方向に上昇し、既に述べた支持部材（仕切り板）４３に形成された複数の第一の混合ガス噴出孔７０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。
【００８６】
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。
【００８７】
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、蓋部材２４によってその上昇が遮られる。遮られた改質ガスは、そこから蓋部材２４の径方向にこの蓋部材２４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、第二の丸棒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。
【００８８】
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。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。
【００８９】
このような水素生成装置１０によれば、第一、第二及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、第一、第二及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管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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
ここで、燃焼ガスの改質触媒体１４および／または水蒸発部１３に対する伝熱特性を更に改善する複数の変形例を、以下に図面を参照して順次説明する。
【００９４】
〔第一の変形例〕
第一の変形例は、第三の筒状壁部材１６の表面に、エンボス加工等によって第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗの幅均一化手段としての凸状の突起部３５を形成させるものである。すなわち、図２の上部燃焼ガス流入口３１の近傍の拡大断面図に示すように、第三の筒状壁部材１６の加工によって形成された均一な高さを有する複数の突起部３５を第一の筒状壁部材１１に向かって突出させ、その先端を第一の筒状壁部材１１に当接させる。これによって、第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗの変化が、突起部３５の高さによって規制され、突起部３５よって第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗをその周方向に亘り均一化できる。
【００９５】
詳しくは、図３の第三の筒状壁部材１６の斜視図に示すように、均一な高さを有する複数の突起部３５を第三の筒状壁部材１６の周方向に所定間隔隔てて形成させる。
【００９６】
なおここでは、第三の筒状壁部材１６を加工することによって突起部３５を形成しているが、第一の筒状壁部材１１を加工することによって同様の突起部を形成しても良い。
【００９７】
このような第一の燃焼ガス流路３０の幅均一化手段（突起部３５）によれば、第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスの周方向の流量ばらつきが改善され、燃焼ガスの流れの偏りが無くなって改質触媒体１４の周方向に均一に燃焼ガスから改質反応に必要な反応熱を与えることができる。
【００９８】
〔第二の変形例〕
第二の変形例は、第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗの幅均一化手段として、第三の筒状壁部材１６に均一な直径（均一な断面）を有する可とう性の第一の丸棒３６（棒状部材）をらせん状に巻きつけて配置するものである。すなわち、図４の第一の燃焼ガス流路３０の周辺部の拡大断面図に示すように、第一の丸棒３６を第三の筒状壁部材１６および第一の筒状壁部材１１の両方に当接させて（第三の筒状壁部材１６および第一の筒状壁部材１１によって第一の丸棒３６を挟み込んで）、第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗを第一の丸棒３６の直径に等しくして、第一の丸棒３６よって第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗの変化を規制して、第一の燃焼ガス流路３０の幅寸法Ｗをその周方向に亘り均一化できる。
【００９９】
加えて、第三の筒状壁部材１６の軸方向の所定距離に亘ってらせん状に第一の丸棒３６を第三の筒状壁部材１６に巻きつけることによって第一の燃焼ガス流路３０に燃焼ガスのらせん状流路３０Ａを形成させることが可能であり、らせん状流路３０Ａの内部の燃焼ガスをこの第一の丸棒３６に沿って周方向に流すことができる。
【０１００】
このような第一の燃焼ガス流路３０の幅均一化手段（第一の丸棒３６）によれば、第一の燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガスの周方向の流量ばらつきが改善され、燃焼ガスの流れの偏りが無くなって改質触媒体１４の周方向に均一に燃焼ガスから熱を与えることができる。
【０１０１】
また、第一の燃焼ガス流路３０の燃焼ガスを第一の丸棒３６に沿って周方向に流すことができるため、改質触媒体１４に対する燃焼ガスの周方向の伝熱均一化を一層向上させ得る。
【０１０２】
〔第三の変形例〕
第三の変形例は、燃焼ガス流出口３２から流出した燃焼ガスを外部に導く燃焼ガス排気部３３を、下方に傾斜させるものである。すなわち、図５の燃焼ガス排気部３３の周辺部の拡大断面図に示すように、燃焼ガス排気管３３の下壁内面が第一の筒状壁部材１１の径方向と所定の角度αをなして下方に傾いている。
【０１０３】
このように燃焼ガス排気部３３の下壁内面を下方に傾斜させることによって、燃焼ガスに含有される水蒸気が凝縮して水滴となっても、この水滴を燃焼ガスと共に外部に排出できて、燃焼ガス排気部３３の内部に溜まる水を少なくすることができる。これによって、燃焼ガス排気部３３に溜まった水に起因して燃焼ガス排気部３３に近接した水蒸発部１３の下端１３ｄが冷却されるという不具合を解消できる。
【０１０４】
〔第四の変形例〕
第四の変形例は、水溜り部３８に位置する第１の筒状壁部材１１の外周面に多孔質金属からなる薄膜（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、水蒸発部１３の下端１３ｄの近傍の拡大断面図（図６）に示すように、下端１３ｄの水溜り部３８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）の全周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。その結果、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。その結果、燃焼ガス流路３０を流れる燃焼ガス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水蒸気に蒸発できる。
【０１０６】
（実施の形態２）
図８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】
第一及び第二の筒状壁部材１１、１２および水蒸発部１３並びに改質触媒体１４並びに円筒状カバー２２についての実施の形態２の構成は、実施の形態１のそれと同じであるため、これらの説明は省略する。
【０１０８】
実施の形態１ではバーナー１５の火炎が上方（図１中の上側）に向かうように、バーナー１５が第一の筒状壁部材１１の下方から上方に向かってその内部に挿入されていたが、この実施の形態２ではバーナー１５の火炎が下方に向かうようにバーナー１５がその向きを１８０°反転させて第一の筒状壁部材１１の上端に配置されている。
【０１０９】
以下、こうしたバーナー１５の配置に関する相違点を中心に実施の形態２の構成を説明する。
【０１１０】
図８によれば、図１（実施の形態１）と比較すると、蓋部材２４が取り除かれると共に、第三の筒状壁部材１６の内部にその上端から燃焼筒５０が挿入されている。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。ここで、燃焼筒５０の基端部（上端５０Ｂ）に形成された環状の鍔部５０Ｓ（フランジ）を第一の筒状壁部材１１や円筒状カバー２２の上端に当接させて、燃焼筒５０の軸方向の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が実施の形態１における蓋部材２４の役割（第一、第二及び第三の筒状壁部材１１、１２、１６の上端を塞ぐよう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。
【０１１１】
更に、円板状の仕切り部材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と対向して、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。なお、燃焼筒５０と第三の筒状壁部材１６の間の円筒状の隙間は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の間の円筒状の隙間は第一の燃焼ガス流路３０として使用される。
【０１１２】
より詳しくは、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に対して両者の中心軸１０１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との間にギャップを有するようにして円板状の仕切り部材５１が配置されている。そして、この環状のギャップが下部燃焼ガス流入口５２に相当する。なお、第一の燃焼ガス流路３０の構成は、実施の形態１のそれと同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【０１１３】
このように構成された水素生成装置１０において、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、燃焼ガスの流路は、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。
【０１１４】
なおここで、仕切り部材５１の略中心部に第二の火炎検知手段２６Ｂ（例えば、熱電対）がバーナー１５に対向するように配置され、この第二の火炎検知手段２６Ｂによって可燃ガス燃焼の有無を検知している。このように構成すると、第二の火炎検知手段２６Ｂを仕切り部材５１に簡便に取り付けることが可能であり、しかもバーナー１５の火炎の状態を第二の火炎検知手段２６Ｂによって精度良く検知できる。
【０１１５】
次に、バーナー１５において生成された燃焼ガスの流通動作および燃焼ガスの改質触媒体１４および水蒸発部１３に対する伝熱メカニズムを説明する。なお、バーナー１５に対する燃料ガスと空気の供給動作は、実施の形態１のそれと同じため、その説明を省略する。
【０１１６】
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、高温の燃焼ガスが生成される。燃焼によって生成した燃焼ガスは、図８の細い点線で示すように、燃焼筒５０の内部を下降して、その燃焼ガスは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を流通して外部に放出される。
【０１１７】
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、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。
【０１１８】
すなわち、第一及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。
【０１１９】
その後、第一の燃焼ガス流路３０に流入した燃焼ガスは、実施の形態１で説明したような経路を経て水素生成装置１０の外部に放出される。
【０１２０】
なお、混合ガスおよび改質ガスの流通動作は、実施の形態１で説明したものと同じため、それらの説明は省略する。
【０１２１】
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燃焼生成物（例えば、金属酸化物）が生成されたとしても仕切り部材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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
更に、バーナー１５の火炎を下方向に形成する構成（以下、下方向火炎構成という。）を採用すると、それを上方向に形成する構成（以下、上方向火炎構成という。）を採用するよりも、バーナー１５の火炎燃焼量が小さい場合であってもバーナー１５の燃焼特性の良好な範囲を拡大できる。このことは、バーナー１５の燃焼空間における火炎や高温の燃焼ガスが、空気との密度差に基づく浮力により上昇する傾向を有することに関係している。
【０１２４】
即ち、バーナー１５の上方向火炎構成では、浮力により上昇する火炎や燃焼ガスは、バーナー１５の空気噴出孔２０や燃料ガス配管蓋１８から離れるのに対して、バーナー１５の下方向火炎構成では、浮力により上昇する火炎や燃焼ガスは、バーナー１５の空気噴出孔２０や燃料ガス配管蓋１８に近づく。この現象によって、バーナー１５の下方向火炎構成は、その上方向火炎構成に比べて、バーナー１５の温度を高めることが可能である。そして、バーナー１５の温度が高いと、必然的にバーナー１５の燃焼反応部の温度も高く維持できて燃焼特性が良好になる。
【０１２５】
そうすると、特にバーナー１５の燃焼量が小さくバーナー１５の温度が低下し易い場合において、バーナー１５の上方向火炎構成と下方向火炎構成との間の燃焼特性に差異が発生する。
【０１２６】
よって、何らかの要因、例えば強風による外乱等で供給空気量が不安定になり、バーナー１５の燃焼量が小さい側にずれた状況を配慮すれば、バーナー１５の下方向火炎構成を採用する方が、上方向火炎構成を採用するよりも、燃焼排気ガス中のＣＯやＴＨＣの排出量をより少なく抑えてバーナー１５の燃焼安定性を向上できる。
【０１２７】
また、燃焼ガスの流路を第一及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を改善できる。
【０１２８】
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及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の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。
【０１２９】
これに対して、実施の形態２のように第一及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できる。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、両流路５３、３０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を流れる燃焼ガスが均一化され、実施の形態１より温度が低い改質触媒体１４の下端１４ｄへの伝熱量をより多く、温度が高い上端１４ｕへの伝熱量を少なくすることとなり、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。
【０１３０】
（実施の形態３）
図９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。
【０１３１】
実施の形態３においては、実施の形態１に対して水蒸発部１３に内在する原料ガスと水蒸気との混合ガスの特性を改善する構成を付加している。具体例として、混合ガスの混合を促進させるガス混合促進手段を付加しており、以下、このガス混合促進手段の構成を中心に説明する。
【０１３２】
図９に示すように、水蒸発部１３の上端１３ｕと改質触媒体１４の下端１４ｄの間の境界域において、第一の筒状壁部材１１と第二の筒状壁部材１２との間の円筒状の境界空間６３には、水蒸発部１３の側から順に、単一の第二の混合ガス噴出孔６６を有して水蒸発部１３と境界空間６３を仕切る第一の仕切り板６４および境界空間６３を第一及び第二のサブ空間５４、５５に２分割する第二の仕切り板６５並びに複数の第一の混合ガス噴出孔７０を有して改質触媒体１４を支持する支持部材４３が配置されている。
【０１３３】
更に、水蒸発部１３の内部であって第一の仕切り板６４の近傍にらせん状の流路を形成する流路仕切り（流路形成部）６１が配置されている。また、第一の仕切り板６４の近傍であって、水蒸発部１３の内部の幅方向全域に亘って多孔質金属部材である厚膜（水蒸発部１３の幅とほぼ同じ厚さ）の多孔質体金属部６２が配置されている。なお、第一の仕切り板６４および第二の仕切り板６５は、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２と一体に成型しても良いが、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２の間の円筒状の境界空間６３に対してこれらの板６４、６５を圧入させることによって簡易な仕切り構成を実現できる。
【０１３４】
第一の仕切り板６４は、図９に示すように、環状の平板であって、この平板の一箇所に第二の混合ガス噴出孔６６（直径：約１ｍｍ）が形成されている。そして、この第一の仕切り板６４の内周が第一の筒状壁部材１１に当接し、その外周が第二の筒状壁部材１２に当接している。ここで、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２および第一の仕切り板６４並びに燃焼ガス排気管３３の上壁によって囲まれた円筒状の領域が、水蒸発部１３として機能する。なお、この第二の混合ガス噴出孔６６の形状は特に限定されるものではなく、例えば丸形、長円形、楕円形及び矩形等、どのような形状であっても良い。
【０１３５】
第二の仕切り板６５は、図９に示すように、環状の平板であって、円筒状の境界空間６３の軸方向のほぼ中央付近に、この境界空間６３を２分割するように配置されている。すなわち、この第二の仕切り板６５の内周が第一の筒状壁部材１１に当接し、その外周が第二の筒状壁部材１２に当接している。こうして、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２および第一の仕切り板６４並びに第二の仕切り板６５によって囲まれた第一のサブ空間５４が形成されると共に、第一及び第二の筒状壁部材１１、１２および第二の仕切り板６５並びに支持部材４３によって囲まれた第二のサブ空間５５が形成される。
【０１３６】
なお、支持部材４３の構成は、実施の形態１（図７参照）において説明したものと同じであり、その構成の詳細な説明は省略する。
【０１３７】
また、第一のサブ空間５４から第二のサブ空間５５に向かう混合ガスの軸方向の流通は、第二の仕切り板６５によって遮られているため、次に述べるようなバイパス経路５６によって第一のサブ空間５４の混合ガスを第二のサブ空間５５に導く。
【０１３８】
図１０は、第二の筒状壁部材１２の側方からみたバイパス経路５６の斜視図である。
【０１３９】
このバイパス経路５６は、図９および図１０に示すように、第一のサブ空間５４の内部に連通するようにして第二の筒状壁部材１２の外周面からその径方向外側に延びる第一のパイプ部５７と、この第一のパイプ部５７の先端から第二の筒状壁部材１２の軸方向に沿って第二の仕切り板６５を跨いで延びる第二のパイプ部５８と、第二のパイプ部５８の上端から第二の筒状壁部材１２の径方向内側に延びて第二のサブ空間５５の内部に連通するようにして第二の筒状壁部材１２の外周面に至る第三のパイプ部５９によって構成されている。
【０１４０】
次に、水蒸発部１３の内部の原料ガスおよび水蒸気を含む混合ガスを改質触媒体１４に導く動作を説明する。なお、燃焼ガスの流通動作（図９に示された点線を参照）および改質ガスの流通動作（図９に示された一点鎖線を参照）については、実施の形態１で説明したものと同じため、それらの説明を省略する。
【０１４１】
原料供給手段（図示せず）に繋がる原料ガス入口４０ｉに供給される原料ガスは、原料ガス配管４０を介して水蒸発部１３に導かれ、水供給手段（図示せず）に繋がる水入口４１ｉに供給される水は、水配管４１を介して水蒸発部１３に導かれる。そして、水蒸発部１３の水溜り部３８に所定量分の供給水が溜められ、第一の筒状壁部材１１を介した燃焼ガスとの熱交換によってこの供給水は燃焼ガスから蒸発熱を受け取って水蒸気に蒸発させられる。こうして蒸発した水蒸気と原料ガスは、水蒸発部１３の内部で混合させられ、改質触媒体１４に向けて混合ガスは水蒸発部１３の軸方向に上昇する。
【０１４２】
この際、水蒸発部１３の内部に流路仕切り６１を配置しているため、混合ガスは、水蒸発部１３の第一の仕切り板６４の近傍において流路仕切り６１に沿って水蒸発部１３の内部を周方向に移動しながら改質触媒体１４に向かって上昇する。このような流路仕切り６１によって水蒸発部１３の内部にらせん流路は形成され、らせん流路に沿って水蒸発部１３の内部の混合ガスを周方向に回すことができ、長期間に亘って混合ガスは燃焼ガスから熱を受け取ることができる。また、この流路仕切り６１によって混合ガスの対流が抑制され、第一の仕切り板６４の近傍まで上昇した混合ガスがその下方の冷たい混合ガスと混ざり合うことを防止できる。
【０１４３】
また、水蒸発部１３の途中（第一の仕切り板６４の近傍）に多孔質体金属部６２（ガス混合促進手段）が配置されており、混合ガスは多孔質体金属部６２の微細孔を通過しながら改質触媒体１４に向かって上昇する。こうして、混合ガスが多孔質体金属部６２の微細孔を通過する際、多孔質体金属部６２によって原料ガスと水蒸気の混合が促進される。更には、多孔質体金属部６２の微細孔によってこの内部を通過する混合ガスに対する伝熱表面積を稼ぐことでき、混合ガスに対する燃焼ガスからの熱伝導特性を向上でき、混合ガスを昇温させることができる。
【０１４４】
その後、混合ガスは一旦、環状の第一の仕切り板６４によって第二の混合ガス噴出孔６６（ガス混合促進手段）に集められて、この第二の混合ガス噴出孔６６を通して第一のサブ空間５４に流出する。こうして、水蒸発部１３の内部の原料ガスと水蒸気を第一のサブ空間５４に向けて流出させる際、原料ガスと水蒸気を単一の第二の混合ガス噴出孔６６の一箇所に集めてこれらのガスの混合促進を図ることができる。
【０１４５】
そして、この第一のサブ空間５４に溜まった混合ガスは、径方向外側に第一のパイプ部５７の内部を流れた後、混合ガスは、第二のパイプ部５８においてその流れの向きを約９０°変えて軸方向に沿って第二のパイプ部５８の内部を流れて第二の仕切り板６５と跨ぐようにしてこれを通過する。その後、混合ガスは、第三のパイプ部５９においてその流れの向きを再び約９０°変えて、径方向内側（第二のサブ空間５５の中心に向かって）に第三のパイプ部５９の内部を流れて、第二のサブ空間５５に流出される。こうして第二のサブ空間５５の中心方向に向かって所定の流速で混合ガスを噴出させることによって、第二のサブ空間５５の周囲全域に亘って均等に混合ガスを供給できる。
【０１４６】
その後、第二のサブ空間５５に溜まった混合ガスは、支持部材４３に形成された周方向の複数の第一の混合ガス噴出孔７０および支持部材４３と第一の筒状壁部材１１の間の環状隙間６０を通って改質触媒体１４に周方向に亘って均一に流出し、改質触媒体１４の内部で混合ガスから改質ガスに改質され、この改質ガスは実施の形態１で述べた経路を経て下流側に導かれる。
【０１４７】
以上に説明したように、図１０中に矢印で示すように、第一のサブ空間５４から流出された混合ガスは、第二の仕切り板６５と跨ぐようにバイパス経路５６（ガス混合促進手段）の内部をコの字状に流れて第二のサブ空間５５に導かれる。
【０１４８】
この際、第一のサブ空間中の混合ガスを、バイパス経路５６（第一、第二及び第三パイプ部５７、５８、５９）に集めることができて混合ガスの促進を図れると共に、混合ガスがバイパス経路５６を通過する際、混合ガスの流れ方向がほぼ直角に変えられ、混合ガスの流れが乱流状態になって一層混合促進がなされる。
【０１４９】
（実施の形態４）
次に、実施の形態１（図１）および実施の形態２（図８）並びに実施の形態３（図９）において述べた水素生成装置１０の一適用例として、これらの水素生成装置１０から供給される水素を含む改質ガスを用いて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの構成および動作を述べる。
【０１５０】
図１１は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。
【０１５１】
燃料電池システム１００は、水素生成装置１０と、この水素生成装置１０から供給される水素を含む改質ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えて構成されている。
【０１５２】
なお、水素生成装置１０における水蒸発部１３および改質触媒体１４並びにバーナー１５の構成は、実施の形態１乃至３で説明したものと同じため、ここではその説明を省略する。
【０１５３】
またここで、水素生成装置１０の改質触媒体１４から流出した直後の改質ガス中には、一酸化炭素ガス（以下、ＣＯガスという。）が副産物として含まれ、ＣＯガスを含んだ改質ガスをこのまま、燃料電池８０のアノード８０ａに供給すると、燃料電池８０の触媒がＣＯ被毒されることにより、燃料電池８０の発電性能が劣化する。このため、改質ガスの燃料電池８０への供給前に、改質触媒体１４から流出した改質ガス中のＣＯガス濃度を低減させるための変成器８３および浄化器８４が、水素生成装置１０に内蔵されるような形態で設けられている。より詳しくは、変成器８３では、改質触媒体１４から送られた改質ガス中のＣＯガスが、水蒸気とのシフト反応で二酸化炭素ガスに変換され、これにより、改質ガス中のＣＯガス濃度は、０．５％程度まで低減される。そして浄化器８４では、この変成器８３から送られた改質ガス中のＣＯガスが、酸素ガスとの選択酸化反応で二酸化炭素ガスに変換され、これにより、改質ガス中のＣＯガス濃度は、約１０ｐｐｍ以下にまで更に低減される。
【０１５４】
こうして浄化器８４から流出した水素を含む改質ガスは、図１１に示すように、改質ガス排気配管４８（図１、図８および図９参照）を通って燃料電池８０のアノード８０ａに送られる一方、カソード空気配管８２を介して空気供給装置８１（ブロア）から燃料電池８０のカソード８０ｃに空気が送られる。
【０１５５】
そして、燃料電池８０の内部では、アノード８０ａに供給された改質ガス（水素ガス）とカソード８０ｃに供給された空気（酸素ガス）とが消費され、所定の電力を出力するための発電動作が実行されている。
【０１５６】
なお、燃料電池８０のアノード８０ａにて消費されなかった改質ガス（水素ガス；オフガス）は、適宜の水分除去手段により水分除去された後に、燃料ガス配管１７（図１、図８および図９を参照）に連通するオフガス配管８５を介してバーナー１５に導かれ、バーナー１５の燃料ガスとして利用されても良い。
【０１５７】
本実施の形態によれば、水素生成装置１０のガス流路構成の簡素化を図ったことによって、熱サイクルに対する耐久性の向上および低コスト化を実現した燃料電池システム１００が得られる。
【０１５８】
また、燃料電池システム１００の低負荷運転時には、通常、水素生成装置１０におけるバーナー１５の燃焼量が少なく、強風等の外乱に対してバーナー１５の燃焼が影響され易い。このため、バーナー１５の下方向火炎構成（図８参照）を採用した水素生成装置１０を燃料電池システム１００に適用することによって、実施の形態２で述べたバーナー１５の下方向火炎構成で得られるバーナー１５の燃焼安定性向上の効果が、顕著に発揮される。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明に係る水素生成装置は、ガス流路の構成の簡素化によって熱サイクルに対する耐久性の向上および低コスト化を図れて、ＤＳＳ運転を行う家庭用の燃料電池システム等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】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】実施の形態１に係る水素生成装置の上部燃焼ガス流入口の近傍の拡大断面図であって、第三の筒状壁部材から突出する突起部の構成を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係る水素生成装置の第三の筒状壁部材の斜視図であって、第三の筒状壁部材から突出する突起部の構成を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る水素生成装置の第一の燃焼ガス流路の周辺部の拡大断面図であって、第一の燃焼ガス流路に配置された丸棒の構成を説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る水素生成装置の燃焼ガス排気部３３の周辺部の拡大断面図であって、燃焼ガス排気部の変形例を説明する図である。
【図６】実施の形態１に係る水素生成装置の水蒸発部の拡大断面図であって、多孔質体金属膜の構成を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係る水素生成装置の環状の支持部材の斜視図である。
【図８】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９】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１０】実施の形態３に係る水素生成装置のバイパス経路の斜視図である。
【図１１】実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【０１６１】
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
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
１７ｉ        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
２１ｉ        空気入口ポート
２２  円筒状カバー
２３  空気バッファ
２４  蓋部材
２５  隙間
２６Ａ        第一の火炎検知手段
２６Ｂ        第二の火炎検知手段
２７  断熱材
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
３５  突起部
３６  第一の丸棒
３７  多孔質体金属膜
３８  水溜り部
４０  原料ガス配管
４０ｉ        原料ガス入口
４１  水配管
４１ｉ        水入口
４２  境界域
４３  支持部材
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  第二の丸棒
４７  改質ガス流出口
４８  改質ガス排気配管
４９Ａ        第一の温度検知手段
４９Ｂ        第二の温度検知手段
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
５４  第一のサブ空間
５５  第二のサブ空間
５６  バイパス経路
５７  第一のパイプ部
５８  第二のパイプ部
５９  第三のパイプ部
６０  環状隙間
６１  流路仕切り
６２  多孔質体金属部
６３  境界空間
６４  第一の仕切り板
６５  第二の仕切り板
６６  第二の混合ガス噴出孔
７０  第一の混合ガス噴出孔
８０  燃料電池
８０ａ  アノード
８０ｃ  カソード
８１  空気供給装置
８２  カソード空気配管
８３  変成器
８４  浄化器
８５  オフガス配管
１００  燃料電池システム
【図１】
0004068111.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004068111.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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