(57)【要約】【課題】装置設置の外気温度の変化により水素発生装置のバーナでの燃焼に使用する空気温度が大きく変化した場合でも安定して水素を含む生成ガスを供給することができる水素発生装置を提供する。【解決手段】燃料ガスを燃焼させるバーナ４と、バーナ４からの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路１７と、燃焼排ガス流路１７の外側に位置し改質触媒層９に繋がる水蒸発部８と、改質触媒層９からの改質ガスが流入し水蒸発部８の外側に位置する変成触媒層１０と、変成触媒層１０からの変成ガスが流入し水蒸発部８の外側に位置する選択酸化触媒層１１からなる水素発生装置において、バーナ４への空気が流れる空気流路２と燃焼排ガス流路１７の間に断熱材５を設置するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスを含む燃料ガスと燃焼用の空気が供給されるバーナと、前記バーナからの燃焼排ガスの流路を内側に有する円筒と、前記円筒の外側に配し原料ガスと水蒸気の供給により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒層と、前記改質触媒層からの改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去触媒層とを有し、前記燃焼用の空気が供給される空気流路の外側を前記燃焼排ガスが流れるとともに、前記空気流路と前記燃焼排ガスの流路との間の伝熱を抑制する構成とした水素発生装置。
【請求項２】
前記伝熱を抑制する構成が、断熱材を設置した構成である請求項１記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記断熱材が、シリカやアルミナなどを成分とする円筒形状の断熱材である請求項２記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記円筒外側に水の供給により水蒸気を発生させる水蒸発部を設け、前記改質触媒層を前記水蒸発部の下流に配し、前記一酸化炭素除去触媒層を前記水蒸発部の外側に配し、前記バーナを前記円筒の内側の前記燃焼排ガス流路の内側であって前記改質触媒層の上流部近傍に配するとともに、前記改質触媒層からの改質ガスの温度を検知する改質触媒温度センサと、前記改質触媒温度センサからの出力により、前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部からの流量を制御する制御部とを有する請求項１から３のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記水蒸発部の下部に前記改質触媒層を配し、前記バーナが下方向に向かって火炎を形成する請求項４記載の水素発生装置。
【請求項６】
前記一酸化炭素除去触媒層が、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成触媒層と、前記変成触媒層からの変成ガスに酸素が含まれる酸化剤を混合して一酸化炭素を取り除く選択酸化触媒層からなる請求項１から５のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の水素発生装置と、酸素を含む酸化ガスと前記水素発生装置から供給される生成ガスを用いて発電する燃料電池を備えて成る燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系燃料を原料ガスとして、高濃度の水素が含まれた生成ガスをつくる水素発生装置、及び水素発生装置でつくられた水素を利用して発電する燃料電池を備えた燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、高濃度の水素を含む生成ガスをつくる水素発生装置と、その水素発生装置でつくられた水素を利用して発電する燃料電池とを主たる要素として構成され、その大きさや給湯器との組み合わせの関係などにより、屋外に設置して使用するのが一般的である。
【０００３】
燃料電池発電装置を構成する水素発生装置は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系燃料を原料ガスとし、原料ガスと水とを改質触媒を用いて水蒸気改質反応させることによって、水素やメタン、一酸化炭素（１０〜１５％程度）、二酸化炭素や水蒸気を成分とする改質ガスを生成する改質部と、燃料電池に対する被毒作用のある一酸化炭素を改質ガス中から除去する一酸化炭素除去部とを備えて形成されている。
【０００４】
ここで、燃料電池として固体高分子型燃料電池を用いる場合、改質ガス中に含まれる一酸化炭素濃度は１０ｐｐｍ程度にまで除去する必要があるため、一酸化炭素除去部は、変成触媒を用いたシフト反応により一酸化炭素を０．５％程度まで除去する変成部と、選択酸化触媒を用いて酸素と混合することで選択酸化反応により一酸化炭素を酸化させて一酸化炭素濃度を１０ｐｐｍ以下程度にまで低減する選択酸化部との２段階で構成されているのが一般的である。
【０００５】
水素発生装置として、小型化、高効率化、起動性向上、運転の安定性向上、そして構造のシンプル化による低コスト化の観点から種々の装置が従来から提案されている。そして、小型で高効率な水素発生装置のために、改質部や一酸化炭素除去部を一体構造とした上で、その内部に加熱用のバーナを設置することで水素発生装置外への放熱を最低限に抑えて、装置内の熱バランスの最適化を図り、同時に構造の簡素化による低コスト化も図っている。
【０００６】
ここで、従来の水素発生装置の一例について図４とともに説明する。従来の水素発生装置は、燃焼空気筒３１の内部に設けたバーナ３２に空気を供給する燃焼空気供給路３３が燃焼排ガス流路３４と隣接し、熱交換する構成となっている。また燃焼排ガスはその外側に位置する水蒸発部３５やさらにその外側の一酸化炭素除去部３６と隣接し熱交換することで、全体の温度状態が最適な状態となるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−５５８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、バーナ３２に供給される空気は燃料電池発電装置の外部、つまり装置設置場所の外気を取り入れて使用することが多いが、外気は昼夜や季節によって温度が変わり、また、地域も考慮するとかなり大きく変わる。
【０００８】
例えば、日本国内だけでも夏場には４０℃となる地域もあれば、冬場に−２０℃となる地域もある。ここで、水素発生装置に供給する空気の温度が外気に応じて高温から低温まで変わると、燃焼空気供給路３３に隣接して取り入れる空気との熱交換により温度バランスを保つ燃焼排ガスや水蒸発部３５、一酸化炭素除去部３６が最適な温度状態に維持できなくなる可能性が生じる。
【０００９】
温度が最適な状態を保てなくなると、たとえば、一酸化炭素除去部３６の温度が低すぎたり高すぎたりすると、一酸化炭素除去触媒の反応特性の関係から一酸化炭素を十分に除去できず、水素発生装置からの生成ガス中の一酸化炭素を増加させ、１０ｐｐｍを超えてしまう可能性がある。
【００１０】
また、燃焼排ガスの温度が低くなり排ガスの露点より低下すれば、燃焼排ガス流路３４において結露が起こり、結露水が装置内部の高温部に流れることで蒸発して蒸発潜熱を奪い、局所的な温度低下を引き起こしたり、結露水における燃焼排ガス流路３４の腐食を生じさせたりする可能性があった。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装置の外気温度の変化などによりバーナに供給する空気流路内の空気温度が変化しても、隣接する燃焼排ガスや水蒸発部、一酸化炭素除去部の温度に影響を与えない構成とするもので、安定した運転を実現する水素発生装置を提供することを目的とするものである。
【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、本発明に係る水素発生装置は、可燃性ガスを含む燃料ガスと燃焼用の空気が供給されるバーナと、前記バーナからの燃焼排ガスの流路を内側に有する円筒と、前記円筒の外側に配し原料ガスと水蒸気の供給により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒層と、前記改質触媒層からの改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去触媒層とを有し、前記燃焼用の空気が供給される空気流路の外側を前記燃焼排ガスが流れるとともに、前記空気流路と前記燃焼排ガス流路との間の伝熱を抑制する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、装置の外気温度が変わりバーナに供給する空気温度が変化しても、空気流路の周囲に設置した断熱構成により、断熱構成のさらに周囲に配置されている燃焼排ガスや水蒸発部、変成触媒層や選択酸化触媒層への温度影響を最小限に抑えることができ、それぞれの最適な温度を維持することができるので安定した水素発生装置の運転を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記目的を達成するために、第１の発明は、可燃性ガスを含む燃料ガスと燃焼用の空気が供給されるバーナと、バーナからの燃焼排ガスの流路を内側に有する円筒と、円筒の外側に配し原料ガスと水蒸気の供給により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒層と、改質触媒層からの改質ガス中に含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去触媒層とを有し、燃焼用の空気が供給される空気流路の外側を前記燃焼排ガスが流れるとともに、空気流路と燃焼排ガス流路との間の伝熱を抑制する断熱構成としたものである。
【００１５】
装置の外気温度が変わりバーナに供給する空気温度が変化しても、空気流路の周囲に設置した断熱構成により、断熱構成のさらに周囲に配置されている燃焼排ガスや水蒸発部、変成触媒層や選択酸化触媒層への温度影響を最小限に抑えることができ、それぞれの最適な温度を維持することができるので安定した水素発生装置の運転を実現することができる。
【００１６】
また、第２の発明は、第１の発明において、伝熱を抑制する断熱構成として断熱材を配置したものであり、第３の発明は、第２の発明において、断熱材をシリカやアルミナなどを成分とする円筒形状としたものであり、いずれも簡易な構成でバーナに供給する空気温度の変化による悪影響を抑えることができる。
【００１７】
また、第４の発明は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、円筒外側に水の供給により水蒸気を発生させる水蒸発部を設け、改質触媒層を水蒸発部の下流に配し、一酸化炭素除去触媒層を水蒸発部の外側に配し、バーナを円筒の内側の燃焼排ガス流路の内側であって改質触媒層の上流部近傍に配するとともに、改質触媒層からの改質ガスの温度を検知する改質触媒温度センサと、改質触媒温度センサからの出力により、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部からの流量を制御する制御部とを有するものである。
【００１８】
改質触媒温度センサからの出力に応じて制御部によりバーナの燃焼量を変化させ、改質触媒温度センサの出力が一定となるようにしていることにより、改質触媒層から選択酸化触媒層まで全体を触媒反応に最適な温度に維持することができるため、安定した水素の生成と一酸化炭素除去を実現することができる。
【００１９】
また、第５の発明は、第４の発明において、水蒸発部の下部に改質触媒層を配し、バーナが下方向に向かって火炎を形成する構成としたものである。
【００２０】
水蒸発部の下部にある改質触媒層の上流部近傍に配するバーナの火炎を下方向に向かって形成する構成とすることにより、改質触媒層は上流から下流に向かってバーナの火炎あるいは高温の燃焼排ガスの熱を受けることになり、改質触媒層全体の高温が維持でき、水蒸気改質反応により水素や一酸化炭素、二酸化炭素などを含んだ改質ガスを安定して生成することができる。
【００２１】
また、第６の発明は、第１から第５の発明のいずれかにおいて、一酸化炭素除去触媒層が、シフト反応により一酸化炭素を低減する変成触媒層と、変成触媒層からの変成ガスに酸素が含まれる酸化剤を混合して一酸化炭素を取り除く選択酸化触媒層からなるものであり、二つの触媒層を用いた反応により、一酸化炭素濃度を低く抑えた水素を含む燃料ガスを生成することが可能であり、燃料電池に用いた場合における触媒の被毒を極力抑えることが可能となる。
【００２２】
さらに、第７の発明は、第１から第６の発明のいずれかの水素発生装置と、酸素を含む酸化ガスと水素発生装置から供給される生成ガスを用いて発電する燃料電池を備えて成る燃料電池発電システムであり、安定した水素発生装置の運転による安定した水素供給を受けて安定した発電を行うことができる。
【００２３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素発生装置を示す断面図である。
【００２４】
燃料ガス供給部１より供給された燃料ガスと空気ファン３から円筒２１の内側に形成された空気流路２を通り供給された空気とを混合して火炎を形成するバーナ４を有しており、バーナ４で生じた燃焼排ガスは、円筒２１とその円筒２１の外側に位置する円筒２０との間に形成された燃焼排ガス流路１７を流れ、排気口１３より装置外に排気される。
【００２５】
ここで、円筒２１の内側の空気流路２には、円筒状の断熱材５が設置されており、空気ファン３からの空気はこの断熱材５の内側を流れる構成となっている。
【００２６】
円筒２０の外側には、原料ガス供給部６からの原料ガスと水供給部７からの水が供給される水蒸発部８が設けられている。水蒸発部８から送出される原料ガスと水蒸気の混合ガスは円筒２０の外側で水蒸発部８の下部に位置する改質触媒層９に供給される。
【００２７】
改質触媒層９から送出される改質ガスは、水蒸発部８の外側に配置した変成触媒層１０に供給され、さらに変成触媒層１０から送出される変成ガスは、水蒸発部８の外側で変成触媒層１０の上部に位置する選択酸化触媒層１１に選択酸化空気供給部１５からの空気と混合された後、供給される。選択酸化触媒層１１を出た生成ガスは生成ガス出口１２より水素発生装置から一酸化炭素１０ｐｐｍ以下となった高濃度の水素を含有する生成ガスとして送出される。
【００２８】
ここで、改質触媒層９からの改質ガスの温度を改質ガス温度センサ１４で検知し、制御部１６によりバーナ４に供給する燃料ガスと空気量を燃料ガス供給部１と空気ファン３によりコントロールすることができるようになっている。
【００２９】
なお、燃料ガス供給部１や空気ファン３、原料ガス供給部６、水供給部７や選択酸化空気供給部１５は各々の供給物（燃料ガス、原料ガス、水、オフガスなどの可燃性ガスや空気）の流量を調整可能に構成されており、供給物の吐出流量を変更可能な供給ポンプ（駆動手段）であっても良く、また供給物の供給源と下流側の流路に設けられた供給物の流量調整用バルブとを組み合わせた流体機構であっても良い。
【００３０】
また、改質ガス温度センサ１４は、改質触媒層９からの改質ガス温度を代表して測定できる場所（例えば変成触媒層出口近傍）に設置したサーミスタや熱電対など温度測定が可能なものであればよい。
【００３１】
次に、上記構成において水素発生装置の各部動作を説明する。
【００３２】
バーナ４では、燃料ガスと空気との混合が行われ、その混合ガスに高電圧の放電を行う（構成を図示せず）ことで火炎を形成し、高温の燃焼排ガスをつくり出して円筒２０と円筒２１との間の燃焼排ガス流路１７に供給している。
【００３３】
水と原料ガスが供給された水蒸発部８は、円筒２０の内側を流れる燃焼排ガスからの熱を受けて水の蒸発が行われ、同時に水蒸発部８の同じ流路内を流れる原料ガスとの混合が行われ、混合ガスとして改質触媒層９に供給される。
【００３４】
改質触媒層９は円筒２０の内側を流れる高温の燃焼排ガスにより高温化（一般に６００〜７００℃）されており、原料ガスと水蒸気との混合ガスが供給されることで、水蒸気改質反応により水素や一酸化炭素、二酸化炭素などを含んだ改質ガスを生成する。
【００３５】
変成触媒層１０は、円筒２０の内側を流れる燃焼排ガスとの熱交換により熱バランスした水蒸発部８によりシフト反応に最適な温度（１５０〜３００℃）に加熱維持され、改質ガス中の高濃度の一酸化炭素（１０〜１５％）を二酸化炭素に変えることで一酸化炭素の低濃度（０．５％前後）化を行っている。
【００３６】
選択酸化触媒層１１も円筒２０の内側を流れる燃焼排ガスとの熱交換により熱バランスした水蒸発部８により選択酸化反応に最適な温度（１５０℃前後）に維持され、変成ガスに選択酸化空気供給部１５からの空気を混合することで変成ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応により１０ｐｐｍ以下の極低濃度の状態を実現している。
【００３７】
ここで、簡易な構成と制御で各触媒層が最適な温度状態が実現できるように、本水素発生装置は改質触媒層９出口の改質ガス温度を一定に制御している。つまり、改質触媒層９と変成触媒層１０、選択酸化触媒層１１が一体化したシンプルな構造体構成において、改質ガス温度センサ１４からの出力に応じて制御部１６により燃料ガス供給部１と空気ファン３を制御することでバーナ４での燃焼量を変化させ、改質ガス温度センサ１４の出力が一定となるようにしている。
【００３８】
改質ガス温度センサ１４の温度が一定であれば、変成触媒層１０に供給される改質ガス温度は一定となり、さらに変成触媒層１０の温度が一定であれば、選択酸化触媒層１１に供給される変成ガス温度も一定となる。したがって、改質ガス温度センサ１４を一定制御すれば、改質触媒層９から選択酸化触媒層１１まで全体を触媒反応に最適な温度に維持することができるため、安定した水素の生成と一酸化炭素除去を実現している。
【００３９】
ここで、改質触媒層９の温度は、バーナ４からの改質触媒層９の内側、つまり円筒２０の内側を流れる燃焼排ガスの温度と改質触媒層９の周囲を流れる改質触媒層９を出た改質ガスによって決まるが、改質ガス温度センサ１４は改質触媒層９を出た改質ガスの温度を検知しているため改質触媒層９の周囲を流れる改質ガスの温度も制御していることになるため、この改質ガス温度センサ１４を一定温度に制御すれば改質触媒層９全体の温度を安定な温度に維持することができる。
【００４０】
一方、変成触媒層１０や選択酸化触媒層１１は周囲が高性能の断熱材１８により覆われ、さらに断熱材１８で覆われている水素発生装置はシステムの筐体内に配置されているため、変成触媒層１０や選択酸化触媒層１１の温度は、燃焼排ガスとの熱交換により熱バランスした水蒸発部８により温度が決まる。
【００４１】
ここで、バーナ４は改質触媒層９の上流部近傍に位置するため、改質触媒層９の上方に位置する水蒸発部８の内側の燃焼排ガス流路１７の内側には、バーナ４に供給する空気流路２が位置している。したがって、燃焼排ガスの温度は空気ファン３で供給された空気流路２を流れる空気の影響を受け、空気との熱交換によって決まる。ここで、空気は装置外側の外気から取り入れられるが、外気は季節や地域によって低温から高温（例えば、−２０〜４０℃）に変化する。
【００４２】
この温度変化する空気と燃焼排ガスが直接熱交換すると、燃焼排ガスの温度変化を引き起こし、それが水蒸発部８の温度変化に繋がり、変成触媒層１０や選択酸化触媒層１１の温度を変化させる。変成触媒層１０や選択酸化触媒層１１の温度が変化すると触媒反応のための最適な温度をはずれてしまう可能性がある。
【００４３】
最適な温度を外れると、変成ガス中の一酸化炭素濃度が増え、また選択酸化触媒層１１後の生成ガス中の一酸化炭素濃度が増え、水素発生装置の安定した生成ガス状態を維持できなくなる可能性がある。
【００４４】
また、空気との熱交換で燃焼排ガスの温度が下がり、燃焼排ガスの露点温度以下となると、燃焼排ガス中の水蒸気が結露し円筒２０や円筒２１の壁面に水滴となって付着する。付着した水滴はある程度集まると重力に従って燃焼排ガス流路を下部方向の高温部に流れていく。そうして高温部に流れると温度が上昇して蒸発する事になるが、このとき蒸発潜熱の大きな熱を周囲より奪うため局所的な温度低下を発生させる。
【００４５】
触媒部や蒸発部の表面温度が局所的に低下すると、触媒の反応性や蒸発性能に少なからず影響を及ぼす可能性がある。また、結露すること自体、ステンレスのような金属材料で構成されている円筒２０や円筒２１の腐食を発生させる可能性もある。腐食が発生して進行していくと、いずれ円筒２０や円筒２１に穴が明き想定外のガスの流れが発生して水素発生装置として機能しなくなってしまうことが考えられる。
【００４６】
そこで、本発明では空気流路２と燃焼排ガス流路１７との間に断熱材５を設置し、空気流路２を流れる空気温度が変化しても燃焼排ガスの温度変化ができるだけ起こらないようにしている。それにより改質ガス温度センサ１４で改質ガス温度を一定に制御すれば、各部触媒層の温度を所定温度に安定して維持することが可能となり、外気温度などに関わらず安定した水素発生装置の運転を実現することができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における水素発生装置を示す断面図である。実施の形態１において水蒸発部８が設けられておらず、水素発生装置外部で水蒸気が生成されて供給される構成となっている。
【００４７】
つまり、水蒸気供給部１９から送出される水蒸気と原料ガス供給部６からの原料ガスが改質触媒層９に供給され、改質触媒層９から送出される改質ガスは変成触媒層１０に供給され、さらに変成触媒層１０から送出される変成ガスは、選択酸化触媒層１１に選択酸化空気供給部１５からの空気と混合された後、供給される。選択酸化触媒層１１を出た生成ガスは生成ガス出口１２より水素発生装置から生成ガスとして送出される。
【００４８】
改質触媒層９や変成触媒層１０、選択酸化触媒層１１は、燃焼排ガス流路１７を流れるバーナ４からの燃焼排ガスにより加熱され、改質ガス温度センサ１４で一定温度制御を行うことで、各触媒反応が良好に行われる温度に維持されている。
【００４９】
このような構成では、装置の外気温度の変化により空気流路２を流れる空気温度が変化し円筒２０内側の燃焼排ガス流路１７を流れる温度が変わると、円筒２０の外側に位置する変成触媒層１０や選択酸化触媒層１１が直接燃焼排ガスの温度変化の影響を受けることになる。
【００５０】
しかし、本実施の形態２では、このような触媒層と燃焼排ガス流路が隣接する構成においても、断熱材５の設置により空気の温度変化の影響が燃焼排ガス温度の変化につながりにくいようにしているため、安定した燃焼排ガス温度が得られ、変成触媒層１０や選択酸化触媒層１１の温度の安定化により水素発生装置の安定した運転を実現している。
【００５１】
なお、上記実施の形態における断熱材５は、シリカやアルミナなどを主成分とする円筒型の成形体や、金属構造体で空間を形成し、その空間を減圧もしくは真空状態としたものなど、使用温度に耐え、熱伝導率が小さいものであればどのようなものでも良い。
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における燃料電池発電システムの概略構成を示すブロック図である。
【００５２】
前述の実施の形態で述べた水素発生装置の応用例として、この水素生成装置から供給される高濃度の水素を含んだ生成ガスを用いて発電および排熱する燃料電池を備えた燃料電池システムがある。
【００５３】
この燃料電池発電システムは主に、水素発生装置２２と、燃料電池２３と、熱回収装置２５とを備えて構成されている。燃料電池２３は、公知の固体高分子型の燃料電池であり、ここでは、この燃料電池２３の内部構成の説明は省略する。また、水素発生装置２２は、実施の形態１による水素発生装置であり、この水素生成装置の説明も省く。
【００５４】
燃料電池２３のアノードは、水素発生装置２２の生成ガス出口１２を介して水素発生装置２２と繋がり、これにより、水素発生装置２２から排出された生成ガスが、燃料電池２３のアノードに供給される。また、燃料電池２３のカソードは、空気供給用のブロア２４と繋がり、これにより、ブロア２４から排出される空気（酸化剤ガス）が、燃料電池２３のカソードに供給される。
【００５５】
熱回収装置２５は、例えば貯湯タンク（図示せず）を備えた温水生成装置であり、貯湯タンク内の冷却水を燃料電池２３の内部を通すように循環させて燃料電池２３の内部を適温に保たせつつ、燃料電池２３の発電時の排熱を、冷却水との熱交換により回収する。また、貯湯タンク内の温水は、適宜の浄化処理をなされた後、改質水として水素発生装置２２の水供給部７（図１参照）に送られる。
【００５６】
なお、燃料電池システムは、燃料電池２３の発電電力を適宜の電力負荷端末（図示せず）に供給でき、熱回収装置２５により回収した熱を適宜の熱負荷端末（図示せず）に供給できるように構成されている。
【００５７】
つまり、この燃料電池２３では、アノードに供給された生成ガスとカソードに供給された空気とが反応（発電反応）され、発電電力を生成する発電動作が実行され、この発電動作に伴って熱が生成される。燃料電池２３による発電電力は、電力負荷端末に供給され利用される。燃料電池２３による排熱は、熱回収装置２５により回収され、熱負荷端末に供給され種々の用途に利用される。発電反応に利用されずに燃料電池２３のアノードから排出された生成ガス（オフガス）は、水素発生装置２２のバーナ４（図１参照）に燃料ガス供給部１を介して導かれ、ここで、バーナ４の燃焼用燃料ガスとして利用される。
【００５８】
本実施の形態によれば、外気温が大きく変化する条件下に燃料電池システムを設置して使用したとしても、安定した水素発生装置２２の運転により、燃料電池２３において安定な発電および排熱を実現することができる。
【００５９】
なおここでは、実施の形態１による水素発生技術の一利用形態として燃料電池システムを例示したが、このような技術は、燃料電池以外の水素利用技術（例えば、タービン用燃焼器やエンジン等）にも流用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の水素発生装置は、装置設置の外気温が大きく変化する条件下でも極低濃度まで一酸化炭素を低減した高濃度の水素含有ガスを安定して供給することができ、例えば、家庭用の燃料電池システムへの水素含有の生成ガスを供給する装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１における水素発生装置の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態２における水素発生装置の概略断面図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池発電システムのブロック図
【図４】従来の水素発生装置の概略断面図
【符号の説明】
【００６２】
１    燃料ガス供給部
２    空気流路
３    空気ファン
４    バーナ
５    断熱材
６    原料ガス供給部
７    水供給部
８    水蒸発部
９    改質触媒層
１０  変成触媒層
１１  選択酸化触媒層
１２  生成ガス出口
１３  排気口
１４  改質ガス温度センサ
１５  選択酸化空気供給部
１６  制御部
１７  燃焼排ガス流路
１８  断熱材
１９  水蒸気供給部
２０，２１  円筒
２２  水素発生装置
２３  燃料電池
２４  ブロア
２５  熱回収装置
【図３】
2009274914.tif 000003
【図４】
2009274914.tif 000004
【図１】
2009274914.tif 000005
【図２】
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