WO2005077823A1 - 水素生成装置およびこれを備えた燃料電池システム - Google Patents

Abstract

　ガス流路の構成簡素化および耐久性の向上を図ると共に、水蒸気の蒸発状態の均一化を行い得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。 　水素生成装置（１０）は、第一の筒状壁部材（１１）と、第一の筒状壁部材（１１）の外側に第一の筒状壁部材（１１）と同軸状に配置された第二の筒状壁部材（１２）と、第一の筒状壁部材（１１）と第二の筒状壁部材（１２）との間の筒状空間において、第一及び第二の筒状壁部材（１１、１２）の軸方向に並ぶように設けられた筒状の水蒸発部（１３）および筒状の改質触媒体（１４）と、水蒸発部（１３）に水を供給するための水入口（４１ｉ）および原料ガスを供給するための原料ガス入口（４０ｉ）と、を備える装置である。

Description

明 細 書

水素生成装置およびこれを備えた燃料電池システム

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 料電池の力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 つ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ゃ改質反応を進め る反応熱を加熱用バーナーの高温の燃焼ガス力 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 効活用の観点力 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!/、る。

特許文献 1：特開 2003— 252604号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0006] し力しながら、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力 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 、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ゃ耐 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!/ヽと懸念さ 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、斯カ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ィ匕を図ると共に、 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力も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!、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力 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力つ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 、。

[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。カロえて、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。

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。

[0019] 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 ヽ。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。これによつて、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。

[0020] 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 域に亘つ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力も熱を与えることができる。

[0021] 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。

[0022] 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 、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。

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 、。

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。

[0023] 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つて設 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。

[0024] 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、前記改質触媒体力ゝ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。

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。

[0025] 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 ヽるような構成を採用しても良 ヽ。

[0026] 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つて均一に防止できる。

[0027] 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 、。

[0028] バーナーの火炎を下方に向力つ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）に起因してパーナ 一の空気噴出孔ゃ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 ナ一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。

[0029] 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。 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 、。

[0030] 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

[0031] 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力ゝらの熱伝導特性を向上で きる。

[0032] 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。

[0033] 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 に跨ぐ第二のノイブ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。

[0034] 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力つ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つて均等に混合ガスを供給できる。

[0035] 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

[0036] 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ィ匕を図ると共 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。 図面の簡単な説明

[0037] [図 1]図 1は、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]図 2は、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、第三の筒状壁部材力 突出する突起部の構成を説明する図で ある。

[図 3]図 3は、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 つて、第三の筒状壁部材カも突出する突起部の構成を説明する図である。

[図 4]図 4は、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]図 5は、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]図 6は、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]図 7は、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]図 8は、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]図 9は、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]図 10は、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]図 11は、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

[0038] 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 燃料ガス配管i 燃料ガス入口ポート 燃料ガス配管蓋 燃料ガス噴出孔 空気噴出孔 空気配管

i 空気入口ポート 円筒状カバー 空気バッファ 蓋部材

隙間

A 第一の火炎検知手段B 第二の火炎検知手段 断熱材

第一の燃焼ガス流路 上部燃焼ガス流入口 燃焼ガス流出口 燃焼ガス排気部 排気口配管 突起部

第一の丸棒 多孔質体金属膜 水溜り部

原料ガス配管i 原料ガス入口

水配管

i 水入口

境界域 支持部材

改質ガス流入口 改質ガス流路

A 改質ガスらせん状流路 第二の丸棒 改質ガス流出口 改質ガス排気配管A 第一の温度検知手段B 第二の温度検知手段 燃焼筒

A 燃焼筒の下端B 燃焼筒の上端

S 鍔部

仕切り部材

下部燃焼ガス流入口 第二の燃焼ガス流路 第一のサブ空間 第二のサブ空間 バイパス経路 第一のパイプ部 第二のパイプ部 第三のパイプ部 環状隙間

流路仕切り 多孔質体金属部 境界空間

第一の仕切り板 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 力ソード

81 空気供給装置

82 力ソード空気配管

83 変成器

84 浄化器

85 オフガス配管

100 燃料電池システム

発明を実施するための最良の形態

[0039] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

[0040] (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。

[0041] 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。）。

[0042] 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の下端力 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 、る。

[0043] 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。

[0044] 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。

[0045] 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 、る。

[0046] 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。

[0047] 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ぐ水蒸発部 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。

[0048] 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に流れることによつ て改質触媒体 14を劣化させることを防止できる。

[0049] 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。

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)がパーナ 一 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 2 6Aによって精度良く検知できる。

[0050] 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。

[0051] 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。

[0052] 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 、得る。

[0053] 力！]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 、る。もちろん、 これを省いても良い。

[0054] 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。

[0055] 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!/、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。

[0056] 蓋部材 24は、バーナー 15に対向するように蓋部材 24に酸ィ匕アルミゃ酸ィ匕ケィ素、 酸ィ匕チタン等の断熱材 27を取り付けられており、これによつ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。

[0057] 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

[0058] 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 3 3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。

[0059] 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 、る。

[0060] 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。

[0061] 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 ヽる。

[0062] 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力 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。

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。

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 も小さぐこれによつ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。

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つている。

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。

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の近傍力も水蒸発部 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!ヽる。

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。

[0063] 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 lm m)として形成されるものである。これによつて、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。

[0064] 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ぐ第一及び第二の筒状壁部材 11、 12によ つ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 れるものではなぐ例えば長円形、楕円形、矩形等、どのような形状であっても構わな い。

[0065] 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。 ) o

[0066] 改質触媒体 14の軸方向端力も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の内径よりも小さぐこれ 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力もなる改 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としての環状のギヤッ 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。

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を卷きつけて、この第二の丸棒 46を第二の筒状壁部材 1 2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。

なお、円筒状カバー 22は改質触媒体 14の上端 14uの近傍力も下端 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。

[0067] 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。

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 17 も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。 一方、空気供給手段（図示せず）に繋がる空気入口ポート 2 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力もなる空気バッファ 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。

[0068] 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。

[0069] 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 して燃焼ガス力 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力も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。

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。

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力 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。

[0070] 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。

[0071] 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。

[0072] 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。

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、 1 6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。

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力も蒸発熱を効率的に与え ることが可能である。

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。

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つて均一に防止でき る。

ここで、燃焼ガスの改質触媒体 14および Z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。

〔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。これによつて、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。

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。 なおここでは、第三の筒状壁部材 16をカ卩ェ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 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力も改質反応に必 要な反応熱を与えることができる。

〔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。

加えて、第三の筒状壁部材 16の軸方向の所定距離に亘つてらせん状に第一の丸棒 36を第三の筒状壁部材 16に卷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。

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力も熱を与える ことができる。

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。

〔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 aをなして下方に傾 、て 、る。

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。これによつ 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。

〔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)の全周に亘つて多孔質体金属膜 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。

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 つ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。

(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。

[0075] 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。

[0076] 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の下方力も上方に向力つてその内部に挿入されて いた力 この実施の形態 2ではバーナー 15の火炎が下方に向力 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!、る。

[0077] 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。

[0078] 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 5 0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。

[0079] 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。

より詳しくは、燃焼筒 50の内径は、第三の筒状壁部材 16の内径よりも小さぐこれに 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力もなる第二の燃焼 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の上端力も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。

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に向力つ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 、る。

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 2 6Bを仕切り部材 51に簡便に取り付けることが可能であり、し力もバーナー 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。

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、パーナ 一 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。

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。 [0081] 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、そこ力も仕切り部材 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 1 1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。 )₀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、そこ力も鍔部 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。

[0082] 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 5 3において燃焼ガスを改質触媒体の下端 14dの近傍力も上端 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 1 4uの近傍力も下端 14dの近傍に向けて下降させる。

[0083] 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。

[0084] 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。

[0085] 以上に説明したように、バーナー 15の火炎を下方に向力つ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。

[0086] 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〖こなり、バーナー 15のメンテナンス 作業性が向上する。

[0087] 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。

[0088] 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、パーナ 一 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。

[0089] 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。

[0090] 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 、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 C O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。

[0091] 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。

[0092] 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）において最も高ぐその後、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 、て燃焼ガスの温度が 1000°Cであり、上部燃焼ガス流入口 3 1において燃焼ガスの温度が 800°C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°C)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力あたらされる。

[0093] 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 14 u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 の近傍にぉ 、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 伝熱量をより多ぐ温度が高い上端 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°C— 650°C)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の高温ィ匕防止により耐久性の向上を実現することができる。

[0094] (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。

[0095] 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。

[0096] 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の側力も順に、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。

[0097] 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つ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。

[0098] 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 lmm)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 るものではなぐ例えば丸形、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。

[0099] 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。

[0100] 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。

[0101] また、第一のサブ空間 54から第二のサブ空間 55に向力 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。

[0102] 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。

[0103] 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の外周面力も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の先端力も第二の筒状壁部材 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の上端力も第二の筒状壁部材 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 5 9によって構成されている。

[0104] 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。

[0105] 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力 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。

[0106] 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、らせん流路に沿つ 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、長期間に亘つて混合 ガスは燃焼ガス力も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 、混合ガスと混ざり合うことを防止できる。

[0107] 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に向力つて上昇する。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力もの熱伝導特 性を向上でき、混合ガスを昇温させることができる。

[0108] 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。

[0109] 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の中心方向に向力つ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の周囲全域に亘つて均等に混合ガスを供給で きる。

[0110] 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に周方向に亘つて均一に流出し、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。

[0111] 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。

[0112] 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 スがバイノ 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。

[0113] (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。

[0114] 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プロ ック図である。

[0115] 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。

[0116] 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並びにパーナ 一 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。 [0117] 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 力 SCO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ィ匕炭素ガスに変換さ 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 ィ匕器 84では、この変成器 83から送られた改質ガス中の COガス力 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 lOppm以下にまで更に低減される。

[0118] 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、力ソード空気配管 82を介して空気供給装置 81 (ブロア)から燃料電池 80 の力ソード 80cに空気が送られる。

[0119] 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 力ソード 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 ヽる。

[0120] 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。

[0121] 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ィ匕を実現した燃料電池シス テム 100が得られる。

[0122] 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の燃焼量が少なぐ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

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ィ匕を図れて、 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。

Claims

請求の範囲

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[6] 前記バーナーの火炎を上方に向力つ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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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つて設 けられて 、る請求項 14記載の水素生成装置。

[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、前記改質触媒体力 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。

[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。

[18] 前記バーナーの火炎を下方に向力つ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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[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。

[28] 前記第一のサブ空間力も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力つ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。

[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。