特開 2023-118143 水素生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023118143

(43)【公開日】2023-08-25

(54)【発明の名称】水素生成装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20230818BHJP

   C01B 3/48 20060101ALI20230818BHJP

【ＦＩ】

C01B3/38

C01B3/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022020912

(22)【出願日】2022-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】西崎 柾峻

(72)【発明者】

【氏名】武田 憲有

(72)【発明者】

【氏名】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】吉村 光生

(72)【発明者】

【氏名】宮脇 理

【テーマコード（参考）】

4G140

【Ｆターム（参考）】

4G140EA03

4G140EA06

4G140EB24

4G140EB32

4G140EB35

4G140EB42

(57)【要約】

【課題】本開示は、改質器と、蒸発部とを備えた水素生成装置において、蒸発部に供給される液水の量が多くとも、改質器へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制しつつ、全長を短縮し、材料費の低減が可能な水素生成装置を提供する。
【解決手段】本開示における水素生成装置は、内筒の内周面と外周面とに、全周にわたって凸部と凹部とが表裏一体に形成され、内筒の外周面の凸部が外筒の内周面と全周にわたって密着し、蒸発部の下部が閉塞される構造を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出する加熱部と、
鉛直方向に中心軸を有し前記加熱部の外周を囲む燃焼筒と、
鉛直方向に中心軸を有する筒形で前記燃焼筒の外周を囲む内筒と、
鉛直方向に中心軸を有する筒形で前記内筒の外周を囲む外筒と、
鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で前記燃焼筒を収納し、上端部が前記内筒の下端部または前記外筒の下端部に接合される加熱部収納筒と、
鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で前記内筒と前記外筒と加熱部収納筒とを収納する第１隔壁と、
前記内筒および前記加熱部収納筒とで構成される筒と、前記燃焼筒との間に形成され、上方に前記燃焼排ガスを流す燃焼排ガス流路と、
前記内筒と前記外筒との間に形成され、前記内筒を介して伝わる熱で原料ガスと水とを加熱して、前記水を蒸発させ、且つ未蒸発の液水が下部で滞留するように構成された蒸発部と、
前記蒸発部の下方に改質触媒を充填して形成され、前記加熱部収納筒を介して伝わる熱で、前記原料ガスと水蒸気との混合ガスから改質反応で一酸化炭素を含む一次水素含有ガスを生成する改質器と、
前記蒸発部の下部で蒸発せず滞留する液水の水位よりも高い位置において前記外筒の円周方向に複数形成され、前記蒸発部から前記原料ガスと前記水蒸気とを前記改質器へ流出させる連通口と、
を有する水素生成装置であって、
前記内筒の下端近傍部分は、内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の凹部が形成され外周面に全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されるように、前記内筒の筒壁が全周にわたって外周方向に曲がっており、未蒸発の液水が前記蒸発部の下部で滞留するように、前記内筒の外周面の前記凸部が前記外筒の内周面と全周にわたって密着していることを特徴とする、水素生成装置。

【請求項2】

前記内筒の内周面と外周面とには、前記連通口よりも鉛直方向の上側において、軸心方向に向かって螺旋状の凸部と凹部とが表裏一体に形成され、前記内筒の外周面の前記凸部を前記外筒の内周面に密着させ、前記内筒と前記外筒との間に前記水を蒸発させる螺旋状の流路を形成することを特徴とする、請求項１に記載の水素生成装置。

【請求項3】

前記外筒の外径より大きい内径を有する側面部と、外周端が前記側面部の上端部に接続され内周端が前記外筒の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部と、を有する第２隔壁と、
前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に形成され、前記改質器から流出した前記一次水素含有ガスを上方に流すリターン流路と、
前記第１隔壁と前記外筒との間で、前記蒸発部の外周側に隣接する部分に一酸化炭素低減触媒を充填して形成され、前記改質器から流出した前記一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を化学反応で低減して二次水素含有ガスとして排出するＣＯ低減器と、
前記第１隔壁に設けられ、前記二次水素含有ガスを外部へ排出する水素含有ガス排出管と、
を備え、
前記改質器は、前記加熱部収納筒と前記第２隔壁との間に形成される、請求項１または２に記載の水素生成装置。

【請求項4】

未蒸発の液水が前記蒸発部の下部で滞留するように、前記内筒の外周面の前記凸部が前記外筒の内周面と全周にわたって密着している箇所は、気密に接合されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の水素生成装置。

【請求項5】

前記加熱部収納筒と前記内筒とが一体で構成される、請求項４に記載の水素生成装置。

【請求項6】

前記加熱部収納筒と前記外筒とが一体で構成される、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】

本開示は、水素生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、加熱部を囲む改質器の上方に、水を蒸発させる蒸発部を配設した、多重円筒構造の水素生成装置において、蒸発部から排出された液水をトラップする水トラップ部を更に備えることにより、改質器に充填された改質触媒に液水が掛かって改質触媒が劣化する可能性を低減できることが、開示されている。

【0003】

この水素生成装置は、鉛直方向に中心軸を有する有底円筒形で、加熱部の燃焼排ガスによって内周面が加熱される内筒と、鉛直方向に中心軸を有する筒形で内筒の外周を囲む外筒と、を有している。

【0004】

蒸発部は、内筒と外筒との間における上部に螺旋状に曲げられた棒材を配置して螺旋状の流路を形成したものであり、改質器は、内筒と外筒との間における下部に改質触媒を充填して形成したものであり、水トラップ部は、内筒の外周面における改質器よりも上方で蒸発部よりも下方となる箇所に、断面がＬ字状で且つ環状の部材が取り付けられたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－１９１５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、改質器の上方に蒸発部を配設した多重円筒構造の水素生成装置において、改質器へ液水が浸入して改質触媒が劣化するのを抑制しつつ、全長を短縮し、材料費の低減が可能な水素生成装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示における水素生成装置は、加熱部と、燃焼筒と、内筒と、外筒と、加熱部収納筒と、第１隔壁と、燃焼排ガス流路と、蒸発部と、改質器と、連通口と、を有している。

【0008】

加熱部は、可燃性ガスを燃焼して、燃焼排ガスを排出するように構成されている。燃焼筒は、鉛直方向に中心軸を有し、加熱部の外周を囲むように構成されている。内筒は、鉛直方向に中心軸を有する筒形で、燃焼筒の外周を囲むように構成されている。外筒は、鉛直方向に中心軸を有する筒形で、内筒の外周を囲むように構成されている。

【0009】

加熱部収納筒は、鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で、燃焼筒を収納し、上端部が内筒の下端部または外筒の下端部に、接合されるように構成されている。第１隔壁は、鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で、内筒と外筒と加熱部収納筒とを収納するように構成されている。燃焼排ガス流路は、内筒および加熱部収納筒とで構成される筒と、燃焼筒との間に形成され、上方に燃焼排ガスを流すように構成されている。

【0010】

蒸発部は、内筒と外筒との間に形成され、内筒を介して伝わる熱で、原料ガスと水とを加熱して、水を蒸発させ、且つ未蒸発の液水が下部で滞留するように構成されている。

【0011】

改質器は、蒸発部の下方に改質触媒を充填して形成され、加熱部収納筒を介して伝わる熱で、原料ガスと水蒸気との混合ガスから、改質反応で一酸化炭素を含む一次水素含有ガスを、生成するように構成されている。

【0012】

連通口は、蒸発部の下部で蒸発せず滞留する液水の水位よりも高い位置において、外筒の円周方向に複数形成され、蒸発部から原料ガスと水蒸気とを、改質器へ流出させるように構成されている。

【0013】

内筒の下端近傍部分は、内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の凹部が形成され外周面に全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されるように、内筒の筒壁が全周にわたって外周方向に曲がっており、未蒸発の液水が蒸発部の下部で滞留するように、内筒の外周面の凸部が外筒の内周面と全周にわたって密着している。

【発明の効果】

【0014】

本開示における水素生成装置は、蒸発部の下部に滞留する液水が、内筒における鉛直方向に平行な液水の内周側に隣接する側壁部に加え、鉛直方向に対して傾斜して液水の下側に隣接する凸部を介して燃焼排ガス流路と隣接する構造とすることで、断面がＬ字状で且つ環状の部材を内筒の外周面に設けた従来の構成と比較して、液水の滞留量に対して高温の燃焼排ガスから液水への伝熱面積が広くなっているので、従来よりも液水の蒸発が促進されて、蒸発部の全長を従来よりも短くしても液水を十分に蒸発させることができる。

【0015】

これにより、改質器へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制しつつ、水素生成装置の鉛直方向の全長を短縮することができる。そして、水素生成装置の全長を短くすると、水素生成装置の外周面を覆う断熱材や水素生成装置を収納する筐体が小さくなるので、水素生成装置の材料費を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態１における水素生成装置の概略構成図

【図2】実施の形態２における水素生成装置の概略構成図

【図3】他の実施の形態における水素生成装置の概略構成図

【発明を実施するための形態】

【0017】

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、都市ガスなどの炭化水素系の原料ガスから水蒸気改質反応によって水素を生成し、更に副生した一酸化炭素（ＣＯ）などの不純物を除去することによって、燃料電池発電装置の燃料ガス等に適用可能な水素リッチな水素含有ガスを生成する技術があった。

【0018】

この水素リッチな水素含有ガスを生成する技術は、全体形状が多重円筒構造で、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器が配設され、改質器の上方に、原料ガスと水とを加熱部からの伝熱で加熱する蒸発部が配設された水素生成装置により得るものであった。

【0019】

蒸発部に供給される水が蒸発部を通過する過程で水蒸気へ完全に蒸発しない場合、蒸発器から排出された液水が、改質器に浸入して改質触媒に掛かって、改質触媒が劣化する課題があった。

【0020】

そのため、当該業界では、この課題に対して、蒸発部の下部において、液水が滞留する空間と、液水が滞留する空間の上部に連通口とを設けることで、蒸発部の下部に液水を滞留させ、原料ガスと水蒸気のみを連通口から流出させ、改質器への液水の浸入を抑制する
構造とすることで解決を図っていた。

【0021】

そのため、滞留する液水の水位の変動を考慮し、余裕をもたせるために、蒸発部を構成する筒部品の高さを長くとる設計をするのが一般的であった。

【0022】

そうした状況下において、発明者らは、水素生成装置の高さ方向の全長を短縮化することで材料費が低減され、水素生成装置を低コストで製造することが可能であることをヒントにして、従来は滞留する液水の水位に対して、高さを十分に長く取る設計をしていた蒸発部を短縮化し、水素生成装置の全長を短縮化するという着想を得た。

【0023】

そして、発明者らは、その着想を実現するには、原料ガスの量や水の量が変動し、多量の原料ガスや水が供給された場合、滞留する液水への加熱量が不十分となるため、滞留する液水の水位が上昇し、液水の一部が連通口から流出し改質器へ浸入する課題があることを発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

【0024】

そこで、本開示は、外筒とともに蒸発部を構成する内筒の下部は、全周にわたって凸部と凹部とが表裏一体に形成され、未蒸発の液水が蒸発部の下部で滞留するように、内筒の外周面の凸部が外筒の内周面と全周にわたって密着した構成にすることにより、蒸発部の下部で滞留する液水が凸部からも加熱される構造とし、液水の滞留量に対して液水への伝熱面積を広くして蒸発を促進させることで、改質器へ液水が浸入して改質触媒が劣化するのを抑制しつつ、全長を短縮し、材料費の低減が可能な水素生成装置を提供する。

【0025】

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

【0026】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0027】

（実施の形態１）
以下、図１を用いて、実施の形態１を説明する。

【0028】

［１－１．構成］
図１に示すように、水素生成装置１００は、加熱部１２０と、蒸発部１２１と、改質器１２２と、ＣＯ低減器１２３と、燃焼筒１３０と、内筒１３１と、外筒１３２と、加熱部収納筒１３３と、第１隔壁１３４と、第２隔壁１３５と、水素含有ガス排出管１３６と、燃焼排ガス流路１４０と、リターン流路１４１と、連通口１５０と、を有する。

【0029】

加熱部１２０は、鉛直方向に中心軸を有する燃焼筒１３０の内周側に配置され、燃焼用空気が混合された可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出するバーナと、バーナに可燃性ガスを供給するガス供給管と、バーナに燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管と、を備えている。加熱部１２０のバーナは、下向きの炎を形成するように構成されている。

【0030】

可燃性ガスには、原料ガス（都市ガスやＬＰガス）を用いることができ、水素生成装置１００が燃料電池発電装置に水素含有ガスを燃料ガスとして供給する場合は、燃料電池発電装置で利用されずに燃料電池発電装置から排出される燃料ガス（アノードオフガス）を用いることができる。

【0031】

燃焼筒１３０は、鉛直方向に中心軸を有し、加熱部１２０の外周を囲む円筒形で、加熱
部１２０と同軸になるように配置されている。燃焼筒１３０は、燃焼筒１３０の内周側では、燃焼排ガスを鉛直方向の下方へ流し、燃焼筒１３０の外周側（内筒１３１および加熱部収納筒１３３とで構成される筒と、燃焼筒１３０との間に形成された燃焼排ガス流路１４０）では、燃焼排ガスを鉛直方向の上方へ流すための部材である。

【0032】

燃焼筒１３０の下端部は、改質器１２２の下端部と略同じ高さ、もしくは改質器１２２の下端部よりも鉛直方向の下方に位置する。また、燃焼筒１３０の下端部は、燃焼筒１３０と同軸になるように配置され燃焼筒１３０を囲む有底円筒形の加熱部収納筒１３３の底部よりも鉛直方向の上方に位置している。

【0033】

水素生成装置１００は、加熱部１２０のバーナの燃焼で発生した燃焼排ガスが、燃焼筒１３０の内周面に沿って燃焼筒１３０の内周側を下方に流れた後に、加熱部収納筒１３３の底部と燃焼筒１３０の下端部との隙間を通って燃焼筒１３０の外周側に出て上方に折り返して、加熱部収納筒１３３を介して改質器１２２の改質触媒と熱交換しながら加熱部収納筒１３３の内周面に沿って加熱部収納筒１３３と燃焼筒１３０との間の燃焼排ガス流路１４０を上方に流れた後に、内筒１３１を介して蒸発部１２１の水および原料ガスと熱交換しながら内筒１３１の内周面に沿って内筒１３１と燃焼筒１３０との間の燃焼排ガス流路１４０を上方に流れて、内筒１３１における上部に外筒１３２を貫通するように設けられた燃焼排ガス出口管から、水素生成装置１００の外部に排出されるように構成されている。

【0034】

内筒１３１は、鉛直方向に中心軸を有する略円筒形の金属部材であり、内径が燃焼筒１３０の外径よりも大きく、燃焼筒１３０の外周面を囲み、燃焼筒１３０と同軸になるように配置される。

【0035】

内筒１３１は、外筒１３２との間に、炭化水素を含む原料ガスと水とを螺旋状に流すための螺旋状の流路を形成する。

【0036】

内筒１３１における螺旋状の流路が形成されている部分では、内筒１３１の外周面が外筒１３２の内周面と密着する箇所と、内筒１３１の外周面が外筒１３２の内周面と密着しない箇所とが、内筒１３１の軸方向に交互に繰り返されるように、内筒１３１の筒壁の軸心方向の断面が波形に成形されている。

【0037】

内筒１３１における螺旋状の流路が形成されている部分では、筒壁が、内筒１３１の軸心方向において断面波型に成形されて、軸心方向に向かって螺旋状の凹凸が筒壁に形成されている。

【0038】

内筒１３１は、燃焼筒１３０との間に燃焼排ガス流路１４０を形成する。内筒１３１の下端部には、燃焼排ガス流路１４０を、内筒１３１よりも下側に延長するように、加熱部収納筒１３３が接合されている。

【0039】

加熱部収納筒１３３は、鉛直方向に中心軸を有する有底円筒形の金属部材であり、上端部が内筒１３１の下端部に接合され、燃焼筒１３０を収納するように構成されている。加熱部収納筒１３３は、内径が燃焼筒１３０の外径よりも大きく、内筒１３１の鉛直方向の下方で燃焼筒１３０の外周面を囲み燃焼筒１３０と同軸になるように配置されている。

【0040】

加熱部収納筒１３３の底部と燃焼筒１３０の下端部との間に、燃焼筒１３０の内周側を流れた燃焼排ガスが燃焼筒１３０の外周側へと通流する隙間がある。

【0041】

外筒１３２は、鉛直方向に中心軸を有する円筒形の金属部材であり、内筒１３１の外周
面を囲み内筒１３１と同軸になるように配置されている。外筒１３２における螺旋状の流路が形成されている部分では、外筒１３２の内周面が内筒１３１の外周面と密着する箇所と、外筒１３２の内周面が内筒１３１の外周面と密着しない箇所とが、外筒１３２の軸方向に交互に繰り返される。

【0042】

第２隔壁１３５は、内径が外筒１３２の外径よりも大きく、外筒１３２と同軸となるように配置され外筒１３２を囲む円筒形の側面部と、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒１３２の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部と、を有する金属部材である。

【0043】

第２隔壁１３５は、その側面部の下端部が、燃焼筒１３０の下端部と略同じ高さ、もしくは改質器１２２の下端部よりも鉛直方向の下方に位置し、そのドーナツ盤形状の上面部が連通口１５０よりも鉛直方向の上方に位置し、且つＣＯ低減器１２３の下端よりも鉛直方向の下方に位置する。

【0044】

加熱部収納筒１３３と第２隔壁１３５との間は、原料ガスと水蒸気との混合ガスから改質反応で一次水素含有ガス（一酸化炭素を含む水素含有ガス）を生成する改質触媒が充填されている。

【0045】

内筒１３１と外筒１３２との間で、螺旋状の流路が形成された箇所は、炭化水素を含む原料ガスと水とが内筒１３１を介して高温の燃焼排ガスから伝わる熱で加熱されながら通過する蒸発部１２１となっており、蒸発部１２１の下方で改質触媒が充填された箇所は改質器１２２となっている。

【0046】

蒸発部１２１の螺旋状の流路は、内筒１３１の内周面と外周面とを、軸心方向（鉛直方向）に向かって螺旋状の凸部と凹部とが表裏一体に形成されるように加工して（内筒１３１の外周面に雄ネジのような凹凸を形成するとともに、内筒１３１の内周面に雌ネジのような凹凸を形成して）外周面の凹凸における外周方向に突出した凸部が外筒１３２の内周面に密着するようにして形成している。

【0047】

蒸発部１２１の下部では、内筒１３１の下端近傍部分の拡管によって、内筒１３１の内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の溝（凹部）が形成されるとともに、内筒１３１の外周面における内周面の環状の溝（凹部）に対応する部分には全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されて、その内筒１３１の外周面における環状の凸部が外筒１３２の内周面と全周にわたって密着して、蒸発部１２１の下部を閉塞している。

【0048】

内筒１３１の下端近傍部分の内周面の環状の溝（凹部）は、溝の鉛直方向の中央部が溝の最深部になっており、溝の最深部に向かうほど溝の鉛直方向の幅が狭くなっている。

【0049】

内筒１３１の下端近傍部分の内周面の環状の溝（凹部）は、溝の最深部から上方に向かうに従って内筒１３１の内径が小さくなり、溝の最深部から下方に向かうに従って内筒１３１の内径が小さくなる形状である。

【0050】

内筒１３１の下端近傍部分の外周面の環状の凸部は、外筒１３２の内周面と全周にわたって密着する部分から上方に向かうに従って内筒１３１の外径が小さくなり、外筒１３２の内周面と全周にわたって密着する部分から下方に向かうに従って内筒１３１の外径が小さくなる形状である。

【0051】

蒸発部１２１の下部は、内筒１３１の内周面と外周面とに、全周にわたって凸部と凹部とが表裏一体に形成されるように加工して、凹凸における外周方向に突出した凸部が外筒
１３２の内周面と全周にわたって密着するようにして閉塞されるため、未蒸発の液水は蒸発部１２１の下部に滞留する。

【0052】

内筒１３１の下端近傍部分は、内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の凹部が形成され外周面に全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されるように、内筒１３１の筒壁が全周にわたって外周方向に曲がっている。

【0053】

蒸発部１２１から原料ガスと水蒸気とを改質器１２２へ流出させるため、蒸発部１２１の下部に滞留する液水の水位よりも高い位置において外筒１３２の円周方向に複数の連通口１５０が設けられている。

【0054】

連通口が設けられる位置は、滞留する液水の水位を考慮し、内筒１３１の外周面の凸部が外筒１３２の内周面と全周にわたって密着し蒸発部１２１の下部を閉塞する位置から鉛直方向の上方に５ｍｍの位置となるようにする。内筒１３１の外周面の凸部が外筒１３２の内周面と全周にわたって密着し蒸発部１２１の下部を閉塞する箇所は、気密に接合されている。

【0055】

蒸発部１２１の螺旋状の流路は、内筒１３１を加工して設ける代わりに、螺旋状の丸棒を配置して形成しても構わない。螺旋状の丸棒は、例えば、弦巻ばね（コイルばね）のように螺旋形状に曲げた丸棒を用いてもよい。弦巻ばね（コイルばね）のように螺旋形状に曲げた丸棒を、内筒１３１の外周面と外筒１３２の内周面とに密着するように設置することによって、蒸発部１２１の螺旋状の流路を形成することができる。

【0056】

改質器１２２は、加熱部収納筒１３３と第２隔壁１３５との間に改質触媒を充填して形成され、加熱部収納筒１３３を介して伝わる熱で、原料ガスと水蒸気との混合ガスから改質反応で一酸化炭素を含む一次水素含有ガスを生成するように構成されている。改質器１２２に充填される改質触媒は、直径が２～３ｍｍの粒状の白金系の触媒である。

【0057】

本実施の形態では、改質触媒に白金系の触媒を用いたが、改質触媒は白金系の触媒に限らず、改質器１２２に充填される改質触媒に、ロジウム系、ルテニウム系、ニッケル系の触媒を用いてもよい。

【0058】

改質触媒が充填された部分の直下には、充填された改質触媒が落下しないように、改質触媒を下から支持する改質触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、加熱部収納筒１３３と第２隔壁１３５との間に配置されている。

【0059】

改質触媒が充填された部分の直上には、水素生成装置１００の製造時に、製造途中の水素生成装置１００の上下を逆にしても（水素生成装置１００の使用時の重力方向の上下を反転させても）改質触媒が蒸発部１２１の方へ移動しないように、改質触媒を上から覆う改質触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、加熱部収納筒１３３と第２隔壁１３５との間に配置されている。

【0060】

外筒１３２における螺旋状の流路が配置された箇所よりも上部には、蒸発部１２１に原料ガスと水とを供給する供給管が接続されている。

【0061】

第１隔壁１３４は、内径が第２隔壁１３５の外径よりも大きく、外筒１３２と第２隔壁１３５と同軸になるように配置され、外筒１３２と第２隔壁１３５との外周面を囲む有底円筒形の側面部と、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒１３２の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部とを有する金属部材である。

【0062】

第１隔壁１３４は、第２隔壁１３５との間にリターン流路１４１を形成し、第２隔壁１３５よりも上方に位置する外筒１３２との間に一酸化炭素低減触媒が充填されたＣＯ低減器１２３を構成する。第１隔壁１３４の底部と第２隔壁１３５の下端部との間に一次水素含有ガスが通流する隙間がある。

【0063】

第１隔壁１３４の底部は加熱部収納筒１３３の底部よりも大きく、第１隔壁１３４は外筒１３２と第２隔壁１３５と加熱部収納筒１３３とを収納するように構成されている。

【0064】

第１隔壁１３４と外筒１３２との間で蒸発部１２１の外周側に隣接する部分は、改質器１２２から流出した一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を化学反応で低減して二次水素含有ガスを生成する一酸化炭素低減触媒が充填されたＣＯ低減器１２３となっている。

【0065】

ＣＯ低減器１２３に充填される一酸化炭素低減触媒は、直径が２～３ｍｍの粒状のＣｕ－Ｚｎ系の触媒である。本実施の形態では、一酸化炭素低減触媒にＣｕ－Ｚｎ系の触媒を用いたが、一酸化炭素低減触媒はＣｕ－Ｚｎ系の触媒に限らず、ＣＯ低減器１２３に充填される一酸化炭素低減触媒に、Ｒｕ系の触媒を用いてもよい。

【0066】

一酸化炭素低減触媒が充填された部分の直下には、充填された一酸化炭素低減触媒が落下しないように、一酸化炭素低減触媒を下から支持する一酸化炭素低減触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、外筒１３２と第１隔壁１３４との間に配置されている。

【0067】

一酸化炭素低減触媒が充填された部分の直上には、水素生成装置１００の製造時に、製造途中の水素生成装置１００の上下を逆にしても（水素生成装置１００の使用時の重力方向の上下を反転させても）一酸化炭素低減触媒が流出しないように、一酸化炭素低減触媒を上から覆う一酸化炭素低減触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、外筒１３２と第１隔壁１３４との間に配置されている。

【0068】

リターン流路１４１は、第１隔壁１３４と第２隔壁１３５との間、且つＣＯ低減器１２３よりも鉛直方向の下方に形成され、改質器１２２から流出した一次水素含有ガスを上方に流すように構成されている。

【0069】

水素含有ガス排出管１３６は、第１隔壁１３４の側面部におけるＣＯ低減器１２３よりも鉛直方向の上方に設けられ、ＣＯ低減器１２３から流出した二次水素含有ガスを外部へ排出するように構成されている。

【0070】

［１－２．動作］
以上のように構成された水素生成装置１００において、以下、その動作、作用を説明する。

【0071】

加熱部１２０は、可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出する。加熱部１２０が可燃性ガスを燃焼することで、その熱が改質器１２２に伝搬する。これにより、改質器１２２を所望の温度に引き上げることができる。

【0072】

蒸発部１２１には都市ガスなどの原料ガスと液体の水とが供給され、螺旋状の流路を通過する過程で内筒１３１を介して伝わる熱で水が蒸発し、原料ガスと水蒸気との混合ガスとなる。

【0073】

このとき、蒸発部１２１に供給される原料ガスの量と水の量とが、螺旋状の流路で蒸発する水の量に対して、多いために、未蒸発の液水が残る場合でも、液水は蒸発部１２１の下部に滞留し、原料ガスと水蒸気とのみが連通口１５０を経由し蒸発部１２１から流出するため、液水の改質器１２２への浸入は抑制される。

【0074】

また、蒸発部１２１の下部に滞留する液水は、液水の側面の内筒１３１に加え、鉛直方向の下に位置する凸部を介して燃焼排ガス流路と隣接するため、高温の燃焼排ガスから液水への伝熱面積を大きくすることができ、滞留する液水を十分に蒸発させ、滞留する液水の水位を低くすることができる。

【0075】

これにより、蒸発部１２１の全長が短くとも、滞留する液水の水位は連通口１５０の高さまで上昇せず、液水の連通口１５０からの流出は抑制される。

【0076】

本実施の形態では、原料ガスとして、脱硫後のメタンを主成分とする都市ガスを使用する。また、蒸発部１２１へ供給する水の量については、原料ガス平均組成の炭素原子の３倍量となる酸素分子を含むように、水の量を設定する。

【0077】

本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガスを原料ガスとして用いる構成とするため、供給する１モルのメタンに対して３モルの水蒸気が存在するために必要な水の量を蒸発部１２１に供給する。すなわち、スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ比）が３となる水の量を蒸発部１２１に供給する。

【0078】

水素生成装置１００は、多重円筒構造であるため、改質器１２２も略ドーナツ状の形状（中心に孔が空いた円柱形状）をしており、その上面の全周から原料ガスと水蒸気との混合ガスが改質器１２２に流入する。

【0079】

改質器１２２に流入した原料ガスと水蒸気との混合ガスは、加熱部１２０の熱によって６００℃に温められ、且つ改質触媒によって一酸化炭素を含む一次水素含有ガスに改質される。このとき、（化１）に示すようにメタンと水から水素と二酸化炭素を生成する反応と、（化２）に示すようにメタンと水から水素と一酸化炭素を生成する反応が起こっている。

【0080】

【化1】

【0081】

【化2】

ただし、６００℃は典型的な温度であって、反応による改質器１２２内の温度は、改質器１２２の構造や材質、大きさにも依存して変わる。例えば、４００℃～６５０℃の範囲で変動し得る。

【0082】

一次水素含有ガスは、改質器１２２からリターン流路１４１に流入する。リターン流路１４１はドーナツ状の形状をしており、リターン流路１４１の全周を伝って、一次水素含有ガスが軸心方向の上方に流れ、ＣＯ低減器１２３に供給される。ＣＯ低減器１２３もドーナツ状の形状をしており、その下面の全周から一次水素含有ガスがＣＯ低減器１２３に
流入する。

【0083】

ＣＯ低減器１２３は、一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を低減して二次水素含有ガスとして排出する。詳細には、一酸化炭素低減触媒で起こる（化３）に示す変成反応によって、一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気を反応させて二酸化炭素と水素を生成し、一酸化炭素の濃度が０．１～０．２％程度となるまで一酸化炭素を低減している。

【0084】

このとき変成反応によって発生する熱の一部は、外筒１３２を介して蒸発部１２１へ移動することで、ＣＯ低減器１２３は化学反応に適した温度である２５０℃が維持される。

【0085】

ただし、２５０℃は典型的な温度であって、反応によるＣＯ低減器１２３内の温度は、ＣＯ低減器１２３の構造や材質、大きさにも依存して変わる。例えば２００℃～３００℃の範囲で変動し得る。

【0086】

【化3】

ＣＯ低減器１２３から排出された二次水素含有ガスは、水素含有ガス排出管１３６から水素生成装置１００の外部に排出された後に、燃料電池発電装置などの水素利用機器に供給される。

【0087】

加熱部１２０のバーナの燃焼で発生した燃焼排ガスは、燃焼筒１３０の内周面に沿って燃焼筒１３０の内周側を下方に流れた後に、加熱部収納筒１３３の底部と燃焼筒１３０の下端部との隙間を通って燃焼筒１３０の外周側に出た後に上方に折り返して、燃焼筒１３０と加熱部収納筒１３３との間の燃焼排ガス流路１４０を通流するときに、改質器１２２と熱交換し、その後、燃焼筒１３０と内筒１３１との間の燃焼排ガス流路１４０を通流するときに、蒸発部１２１と熱交換して、内筒１３１における上部に設けられた燃焼排ガス出口管から水素生成装置１００の外部に排出される。

【0088】

［１－３．効果］
以上のように、本実施の形態における水素生成装置１００は、加熱部１２０と、蒸発部１２１と、改質器１２２と、燃焼筒１３０と、内筒１３１と、外筒１３２と、加熱部収納筒１３３と、第１隔壁１３４と、燃焼排ガス流路１４０と、連通口１５０と、を有している。

【0089】

加熱部１２０は、可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出するように構成されている。燃焼筒１３０は、鉛直方向に中心軸を有し、加熱部１２０の外周を囲むように構成されている。内筒１３１は、鉛直方向に中心軸を有する筒形で、燃焼筒１３０の外周を囲むように構成されている。外筒１３２は、鉛直方向に中心軸を有する筒形で、内筒１３１の外周を囲むように構成されている。

【0090】

加熱部収納筒１３３は、鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で、上端部が内筒１３１の下端部に接合され、燃焼筒１３０を収納するように構成されている。第１隔壁１３４は、鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で、内筒１３１と外筒１３２と加熱部収納筒１３３とを収納するように構成されている。

【0091】

燃焼排ガス流路１４０は、内筒１３１および加熱部収納筒１３３とで構成される筒と、燃焼筒１３０との間に形成され、上方に燃焼排ガスを流すように構成されている。

【0092】

蒸発部１２１は、内筒１３１と外筒１３２との間に形成され、内筒１３１を介して伝わる熱で、原料ガスと水とを加熱して、水を蒸発させ、且つ未蒸発の液水が下部で滞留するように構成されている。

【0093】

改質器１２２は、蒸発部１２１の下方に改質触媒を充填して形成され、加熱部収納筒１３３を介して伝わる熱で、原料ガスと水蒸気との混合ガスから、改質反応で一酸化炭素を含む一次水素含有ガスを、生成するように構成されている。

【0094】

連通口１５０は、蒸発部１２１の下部で蒸発せずに滞留する液水の水位よりも高い位置において、外筒１３２の円周方向に複数形成され、蒸発部１２１から原料ガスと水蒸気とを、改質器１２２へ流出させるように構成されている。

【0095】

内筒１３１の下端近傍部分は、内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の凹部が形成され外周面に全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されるように、内筒１３１の筒壁が全周にわたって外周方向に曲がっており、未蒸発の液水が蒸発部１２１の下部で滞留するように、内筒１３１の外周面の凸部が外筒１３２の内周面と全周にわたって密着している。

【0096】

上記構成において、蒸発部１２１の下部に滞留する液水が、内筒１３１における鉛直方向に平行な液水の内周側に隣接する側壁部に加え、鉛直方向に対して傾斜して液水の下側に隣接する凸部を介して燃焼排ガス流路１４０と隣接する構造とすることで、断面がＬ字状で且つ環状の部材を内筒の外周面に設けた従来の構成と比較して、液水の滞留量に対して高温の燃焼排ガスから液水への伝熱面積が広くなっているので、従来よりも液水の蒸発が促進されて、蒸発部１２１の全長（鉛直方向の長さ）を従来よりも短くしても液水を十分に蒸発させることができる。

【0097】

これにより、改質器１２２へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制しつつ、水素生成装置１００の鉛直方向の全長を短縮することができる。そして、水素生成装置１００の全長を短くすると、水素生成装置１００の外周面を覆う断熱材や水素生成装置１００を収納する筐体が小さくなるので、水素生成装置１００の材料費を低減できる。

【0098】

本実施の形態のように、水素生成装置１００における蒸発部１２１は、内筒１３１の内周面と外周面とに、連通口１５０よりも鉛直方向の上側において、軸心方向に向かって螺旋状の凸部と凹部とを表裏一体に形成し、内筒１３１の外周面の凸部を外筒１３２の内周面に密着させることによって、内筒１３１と外筒１３２との間に、水を蒸発させるための螺旋状の流路を形成してもよい。

【0099】

これにより、蒸発部１２１に、連通口１５０よりも鉛直方向の上側において、水を蒸発させるための螺旋状の流路を、部品点数を増やすことなく、バルジ加工（ハイドロフォーミング）などにより容易に形成できる。

【0100】

さらに、蒸発部１２１の螺旋状の流路の形成と、未蒸発の液水が蒸発部１２１の下部で滞留するように、連通口１５０よりも鉛直方向の下側において、外筒１３２の内周面に密着する内筒１３１の外周面の環状の凸部の形成とを、一度のバルジ加工で同時に形成できる。そのため、蒸発部１２１を簡便に製造することができ、製造コストを低減できる。

【0101】

また、本実施の形態において、水素生成装置１００は、ＣＯ低減器１２３と、第２隔壁１３５と、水素含有ガス排出管１３６と、リターン流路１４１と、を備えるようにしてもよい。

【0102】

ＣＯ低減器１２３は、第１隔壁１３４と外筒１３２との間で、蒸発部１２１の外周側に隣接する部分に一酸化炭素低減触媒を充填して形成され、改質器１２２から流出した一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を化学反応で低減して二次水素含有ガスとして排出するように構成されている。

【0103】

第２隔壁１３５は、外筒１３２の外径より大きい内径を有する側面部と、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒１３２の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部と、を有し、改質器１２２は、加熱部収納筒１３３と第２隔壁１３５との間に、改質触媒を充填して形成される。

【0104】

リターン流路１４１は、第１隔壁１３４と第２隔壁１３５との間に形成され、改質器１２２から流出した一次水素含有ガスを上方に（ＣＯ低減器１２３に）流すように構成されている。

【0105】

水素含有ガス排出管１３６は、第１隔壁１３４に設けられ、二次水素含有ガスを外部へ排出するように構成されている。

【0106】

これにより、改質器１２２は加熱部１２０から周方向均一に伝熱され、効率よく改質反応を行わせることができる。さらに、改質器１２２において生成された一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、ＣＯ低減器１２３において化学反応（変成反応）で低減できる。

【0107】

そのため、水素生成装置１００が燃料電池発電装置へ燃料ガスを供給する場合は、ＣＯ低減器１２３によって一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスを燃料電池発電装置へ燃料ガスとして供給できるため、一酸化炭素による燃料電池発電装置の性能低下を抑制できる。

【0108】

また、水素生成装置１００の鉛直方向の全長を長くすることなく、改質器１２２の改質触媒を改質触媒に適した温度にするとともに、ＣＯ低減器１２３の一酸化炭素低減触媒を化学反応（変成反応）に適した温度にすることが可能になる。

【0109】

また、本実施の形態において、水素生成装置１００は、未蒸発の液水が蒸発部１２１の下部で滞留するように、内筒１３１の外周面の凸部が外筒１３２の内周面と全周にわたって密着している箇所を、気密に接合してもよい。

【0110】

これにより、蒸発部１２１の下部に滞留する液水が、内筒１３１の外周面の凸部と外筒１３２の内周面とが全周にわたって密着する箇所を通り抜けて、改質器１２２へ浸入することを抑制できる。そのため、改質器１２２へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制できる。

【0111】

また、本実施の形態において、水素生成装置１００は、内筒１３１と加熱部収納筒１３３とを一体で構成してもよい。

【0112】

これにより、未蒸発の液水が蒸発部１２１の下部で滞留するように、内筒１３１の外周面の凸部が外筒１３２の内周面と全周にわたって密着している箇所を、気密に接合する作業を、外筒１３２の外周方向から行える構造とすることができる。そのため、水素生成装置１００の製造を簡便にできる。

【0113】

（実施の形態２）
以下、図２を用いて、実施の形態２を説明する。

【0114】

［２－１．構成］
図２に示すように、水素生成装置２００は、加熱部２２０と、蒸発部２２１と、改質器２２２と、ＣＯ低減器２２３と、燃焼筒２３０と、内筒２３１と、外筒２３２と、加熱部収納筒２３３と、第１隔壁２３４と、第２隔壁２３５と、水素含有ガス排出管２３６と、燃焼排ガス流路２４０と、リターン流路２４１と、連通口２５０と、を有する。

【0115】

加熱部２２０は、鉛直方向に中心軸を有する燃焼筒２３０の内周側に配置され、燃焼用空気が混合された可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出するバーナと、バーナに可燃性ガスを供給するガス供給管と、バーナに燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管と、を備えている。加熱部２２０のバーナは、下向きの炎を形成するように構成されている。

【0116】

可燃性ガスには、原料ガス（都市ガスやＬＰガス）を用いることができ、水素生成装置２００が燃料電池発電装置に水素含有ガスを燃料ガスとして供給する場合は、燃料電池発電装置で利用されずに燃料電池発電装置から排出される燃料ガス（アノードオフガス）を用いることができる。

【0117】

燃焼筒２３０は、鉛直方向に中心軸を有し、加熱部２２０の外周を囲む円筒形で、加熱部２２０と同軸になるように配置されている。燃焼筒２３０は、燃焼筒２３０の内周側では、燃焼排ガスを鉛直方向の下方へ流し、燃焼筒２３０の外周側（内筒２３１および加熱部収納筒２３３とで構成される筒と、燃焼筒２３０との間に形成された燃焼排ガス流路２４０）では、燃焼排ガスを鉛直方向の上方へ流すための部材である。

【0118】

燃焼筒２３０の下端部は、改質器２２２の下端部と略同じ高さ、もしくは改質器２２２の下端部よりも鉛直方向の下方に位置する。また、燃焼筒２３０の下端部は、燃焼筒２３０と同軸になるように配置され燃焼筒２３０を囲む有底円筒形の加熱部収納筒２３３の底部よりも鉛直方向の上方に位置している。

【0119】

水素生成装置２００は、加熱部２２０のバーナの燃焼で発生した燃焼排ガスが、燃焼筒２３０の内周面に沿って燃焼筒２３０の内周側を下方に流れた後に、加熱部収納筒２３３の底部と燃焼筒２３０の下端部との隙間を通って燃焼筒２３０の外周側に出て上方に折り返して、加熱部収納筒２３３を介して改質器２２２の改質触媒と熱交換しながら加熱部収納筒２３３の内周面に沿って加熱部収納筒２３３と燃焼筒２３０との間の燃焼排ガス流路２４０を上方に流れた後に、内筒２３１を介して蒸発部２２１の水および原料ガスと熱交換しながら内筒２３１の内周面に沿って内筒２３１と燃焼筒２３０との間の燃焼排ガス流路２４０を上方に流れて、内筒２３１における上部に外筒２３２を貫通するように設けられた燃焼排ガス出口管から、水素生成装置２００の外部に排出されるように構成されている。

【0120】

内筒２３１は、鉛直方向に中心軸を有する略円筒形の金属部材であり、内径が燃焼筒２３０の外径よりも大きく、燃焼筒２３０の外周面を囲み、燃焼筒２３０と同軸になるように配置される。

【0121】

内筒２３１は、外筒２３２との間に、炭化水素を含む原料ガスと水とを螺旋状に流すために、弦巻ばね（コイルばね）のように螺旋状に曲げられた丸棒が配置されている。

【0122】

内筒２３１と燃焼筒２３０との間で螺旋状の丸棒が配置された箇所は、炭化水素を含む原料ガスと水とが内筒２３１から伝わる熱で加熱されながら通過する蒸発部２２１となっている。

【0123】

内筒２３１は、燃焼筒２３０との間に燃焼排ガス流路２４０を形成する。内筒２３１の下端近傍部において下方に向かうに従って内筒２３１の径が小さくなるように外周面が傾斜した部分は、燃焼排ガス流路２４０を、内筒２３１よりも下側に延長するように、加熱部収納筒２３３の上端近傍部において上方に向かうに従って加熱部収納筒２３３の径が大きくなるように内周面が傾斜した部分と密着している。

【0124】

加熱部収納筒２３３は、内径が燃焼筒２３０の外径よりも大きく、上端部が外筒２３２の下端部に接合され、外筒２３２の鉛直方向の下方で燃焼筒２３０の外周面を囲み、燃焼筒２３０と同軸となるように配置され、燃焼筒２３０を収納するように構成されている。

【0125】

加熱部収納筒２３３は、鉛直方向に中心軸を有し、外筒２３２と一体で構成される有底円筒形の金属部材であり、燃焼筒２３０を囲む円筒形の側面部と、内周端が側面部の上端部と接続され外周端が外筒２３２の下端部と接合される傾斜したドーナツ盤形状の上面部と、外周端が側面部の下端部と接続される底部とを有する。

【0126】

加熱部収納筒２３３の底部と燃焼筒２３０の下端部との間には、燃焼筒２３０の内周側を下方に流れた燃焼排ガスが、燃焼筒２３０の外周側へと通流する隙間がある。

【0127】

外筒２３２は、鉛直方向に中心軸を有する円筒形の金属部材であり、内筒２３１の外周面を囲み内筒２３１と同軸になるように配置されている。外筒２３２と内筒２３１との間には、螺旋状の流路が形成される。

【0128】

第２隔壁２３５は、内径が外筒２３２の外径よりも大きく、外筒２３２と同軸となるように配置され外筒２３２を囲む円筒形の側面部と、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒２３２の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部と、を有する金属部材である。

【0129】

第２隔壁２３５は、その側面部の下端部が、燃焼筒２３０の下端部と略同じ高さ、もしくは改質器２２２の下端部よりも鉛直方向の下方に位置し、そのドーナツ盤形状の上面部が連通口２５０よりも鉛直方向の上方に位置し、且つＣＯ低減器２２３の下端よりも鉛直方向の下方に位置する。

【0130】

加熱部収納筒２３３と第２隔壁２３５との間は、原料ガスと水蒸気との混合ガスから改質反応で一次水素含有ガス（一酸化炭素を含む水素含有ガス）を生成する改質触媒が充填されている。

【0131】

内筒２３１と外筒２３２との間で、螺旋状の流路が形成された箇所は、炭化水素を含む原料ガスと水とが内筒２３１を介して高温の燃焼排ガスから伝わる熱で加熱されながら通過する蒸発部２２１となっている。

【0132】

蒸発部２２１の下方で、加熱部収納筒２３３と第２隔壁２３５との間は、原料ガスと水蒸気との混合ガスから改質反応で一次水素含有ガス（一酸化炭素を含む水素含有ガス）を生成する改質触媒が充填されて、改質器２２２となっている。

【0133】

蒸発部２２１の螺旋状の流路は、内筒２３１と外筒２３２との間に螺旋状の丸棒を配置して形成される。螺旋状の丸棒は、例えば、弦巻ばね（コイルばね）のように螺旋形状に曲げた丸棒を用いてもよい。弦巻ばね（コイルばね）のように螺旋形状に曲げた丸棒を、内筒２３１の外周面と外筒２３２の内周面とに密着するように設置することによって、蒸発部２２１の螺旋状の流路を形成することができる。

【0134】

蒸発部２２１の下部では、内筒２３１の下端近傍部分の拡管によって、内筒２３１の内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の溝（凹部）が形成されるとともに、内筒２３１の外周面における内周面の環状の溝（凹部）に対応する部分には全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されて、その内筒２３１の外周面における環状の凸部が外筒２３２の内周面と全周にわたって密着して、蒸発部２２１の下部を閉塞している。

【0135】

内筒２３１の下端近傍部分の内周面の環状の溝（凹部）は、溝の鉛直方向の中央部が溝の最深部になっており、溝の最深部に向かうほど溝の鉛直方向の幅が狭くなっている。

【0136】

内筒２３１の下端近傍部分の内周面の環状の溝（凹部）は、溝の最深部から上方に向かうに従って内筒２３１の内径が小さくなり、溝の最深部から下方に向かうに従って内筒２３１の内径が小さくなる形状である。

【0137】

内筒２３１の下端近傍部分の外周面の環状の凸部は、外筒２３２の内周面と全周にわたって密着する部分から上方に向かうに従って内筒２３１の外径が小さくなり、外筒２３２の内周面と全周にわたって密着する部分から下方に向かうに従って内筒２３１の外径が小さくなる形状である。

【0138】

蒸発部２２１の下部は、内筒２３１の内周面と外周面とに、全周にわたって凸部と凹部とが表裏一体に形成されるように加工して、凹凸における外周方向に突出した凸部が外筒２３２の内周面と全周にわたって密着するようにして閉塞されるため、未蒸発の液水は蒸発部２２１の下部に滞留する。

【0139】

内筒２３１の下端近傍部分は、内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の凹部が形成され外周面に全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されるように、内筒２３１の筒壁が全周にわたって外周方向に曲がっている。

【0140】

蒸発部２２１から原料ガスと水蒸気とを改質器２２２へ流出させるため、蒸発部２２１の下部に滞留する液水の水位よりも高い位置において外筒２３２の円周方向に複数の連通口２５０が設けられている。

【0141】

連通口が設けられる位置は、滞留する液水の水位を考慮し、内筒２３１の外周面の凸部が外筒２３２の内周面と全周にわたって密着し蒸発部２２１の下部を閉塞する位置から鉛直方向の上方に５ｍｍの位置となるようにする。内筒２３１の外周面の凸部が外筒２３２の内周面と全周にわたって密着し蒸発部２２１の下部を閉塞する箇所は、気密に接合されている。

【0142】

蒸発部２２１の螺旋状の流路は、内筒２３１と外筒２３２との間に螺旋状の丸棒を配置する代わりに、内筒２３１の内周面と外周面とを、軸心方向（鉛直方向）に向かって螺旋状の凸部と凹部とが表裏一体に形成されるように加工して（内筒２３１の外周面に雄ネジのような凹凸を形成するとともに、内筒２３１の内周面に雌ネジのような凹凸を形成して）外周面の凹凸における外周方向に突出した凸部が外筒２３２の内周面に密着するように構成することによって、蒸発部２２１の螺旋状の流路を形成することができる。

【0143】

改質器２２２は、加熱部収納筒２３３と第２隔壁２３５との間に改質触媒を充填して形成され、加熱部収納筒２３３を介して伝わる熱で、原料ガスと水蒸気との混合ガスから改質反応で一酸化炭素を含む一次水素含有ガスを生成するように構成されている。改質器２２２に充填される改質触媒は、直径が２～３ｍｍの粒状の白金系の触媒である。

【0144】

本実施の形態では、改質触媒に白金系の触媒を用いたが、改質触媒は白金系の触媒に限らず、改質器２２２に充填される改質触媒に、ロジウム系、ルテニウム系、ニッケル系の触媒を用いてもよい。

【0145】

改質触媒が充填された部分の直下には、充填された改質触媒が落下しないように、改質触媒を下から支持する改質触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、加熱部収納筒２３３と第２隔壁２３５との間に配置されている。

【0146】

改質触媒が充填された部分の直上には、水素生成装置２００の製造時に、製造途中の水素生成装置２００の上下を逆にしても（水素生成装置２００の使用時の重力方向の上下を反転させても）改質触媒が蒸発部２２１の方へ移動しないように、改質触媒を上から覆う改質触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、加熱部収納筒２３３と第２隔壁２３５との間に配置されている。

【0147】

外筒２３２における螺旋状の流路が配置された箇所よりも上部には、蒸発部２２１に原料ガスと水とを供給する供給管が接続されている。

【0148】

第１隔壁２３４は、内径が第２隔壁２３５の外径よりも大きく、外筒２３２と第２隔壁２３５と同軸になるように配置され、外筒２３２と第２隔壁２３５との外周面を囲む有底円筒形の側面部と、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒２３２の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部とを有する金属部材である。

【0149】

第１隔壁２３４は、第２隔壁２３５との間にリターン流路２４１を形成し、第２隔壁２３５よりも上方に位置する外筒２３２との間に一酸化炭素低減触媒が充填されたＣＯ低減器２２３を構成する。第１隔壁２３４の底部と第２隔壁２３５の下端部との間に一次水素含有ガスが通流する隙間がある。

【0150】

第１隔壁２３４の底部は加熱部収納筒２３３の底部よりも大きく、第１隔壁２３４は外筒２３２と第２隔壁２３５と加熱部収納筒２３３とを収納するように構成されている。

【0151】

第１隔壁２３４と外筒２３２との間で蒸発部２２１の外周側に隣接する部分は、改質器２２２から流出した一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を化学反応で低減して二次水素含有ガスを生成する一酸化炭素低減触媒が充填されたＣＯ低減器２２３となっている。

【0152】

ＣＯ低減器２２３に充填される一酸化炭素低減触媒は、直径が２～３ｍｍの粒状のＣｕ－Ｚｎ系の触媒である。本実施の形態では、一酸化炭素低減触媒にＣｕ－Ｚｎ系の触媒を用いたが、一酸化炭素低減触媒はＣｕ－Ｚｎ系の触媒に限らず、ＣＯ低減器２２３に充填される一酸化炭素低減触媒に、Ｒｕ系の触媒を用いてもよい。

【0153】

一酸化炭素低減触媒が充填された部分の直下には、充填された一酸化炭素低減触媒が落下しないように、一酸化炭素低減触媒を下から支持する一酸化炭素低減触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、外筒２３２と第１隔壁２３４との間に配置されている。

【0154】

一酸化炭素低減触媒が充填された部分の直上には、水素生成装置２００の製造時に、製造途中の水素生成装置２００の上下を逆にしても（水素生成装置２００の使用時の重力方向の上下を反転させても）一酸化炭素低減触媒が流出しないように、一酸化炭素低減触媒を上から覆う一酸化炭素低減触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成され
た通気構造でドーナツ盤形状の板が、外筒２３２と第１隔壁２３４との間に配置されている。

【0155】

リターン流路２４１は、第１隔壁２３４と第２隔壁２３５との間、且つＣＯ低減器２２３よりも鉛直方向の下方に形成され、改質器２２２から流出した一次水素含有ガスを上方に流すように構成されている。

【0156】

水素含有ガス排出管２３６は、第１隔壁２３４の側面部におけるＣＯ低減器２２３よりも鉛直方向の上方に設けられ、ＣＯ低減器２２３から流出した二次水素含有ガスを外部へ排出するように構成されている。

【0157】

［２－２．動作］
以上のように構成された水素生成装置２００において、以下、その動作、作用を説明する。

【0158】

加熱部２２０は、可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出する。加熱部２２０が可燃性ガスを燃焼することで、その熱が改質器２２２に伝搬する。これにより、改質器２２２を所望の温度に引き上げることができる。

【0159】

蒸発部２２１には都市ガスなどの原料ガスと液体の水とが供給され、螺旋状の流路を通過する過程で内筒２３１を介して伝わる熱で水が蒸発し、原料ガスと水蒸気との混合ガスとなる。

【0160】

このとき、蒸発部２２１に供給される原料ガスの量と水の量とが、螺旋状の流路で蒸発する水の量に対して、多いために、未蒸発の液水が残る場合でも、液水は蒸発部２２１の下部に滞留し、原料ガスと水蒸気とのみが連通口２５０を経由し蒸発部２２１から流出するため、液水の改質器２２２への浸入は抑制される。

【0161】

また、蒸発部２２１の下部に滞留する液水は、液水の側面の内筒２３１に加え、鉛直方向の下に位置する凸部を介して燃焼排ガス流路と隣接するため、高温の燃焼排ガスから液水への伝熱面積を大きくすることができ、滞留する液水を十分に蒸発させ、滞留する液水の水位を低くすることができる。

【0162】

これにより、蒸発部２２１の全長が短くとも、滞留する液水の水位は連通口２５０の高さまで上昇せず、液水の連通口２５０からの流出は抑制される。

【0163】

本実施の形態では、原料ガスとして、脱硫後のメタンを主成分とする都市ガスを使用する。また、蒸発部２２１へ供給する水の量については、原料ガス平均組成の炭素原子の３倍量となる酸素分子を含むように、水の量を設定する。

【0164】

本実施の形態では、メタンを主成分とする都市ガスを原料ガスとして用いる構成とするため、供給する１モルのメタンに対して３モルの水蒸気が存在するために必要な水の量を蒸発部２２１に供給する。すなわち、スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ比）が３となる水の量を蒸発部２２１に供給する。

【0165】

水素生成装置２００は、多重円筒構造であるため、改質器２２２も略ドーナツ状の形状（中心に孔が空いた円柱形状）をしており、その上面の全周から原料ガスと水蒸気との混合ガスが改質器２２２に流入する。

【0166】

改質器２２２に流入した原料ガスと水蒸気との混合ガスは、加熱部２２０の熱によって
６００℃に温められ、且つ改質触媒によって一酸化炭素を含む一次水素含有ガスに改質される。このとき、（化１）に示すようにメタンと水から水素と二酸化炭素を生成する反応と、（化２）に示すようにメタンと水から水素と一酸化炭素を生成する反応が起こっている。

【0167】

ただし、６００℃は典型的な温度であって、反応による改質器２２２内の温度は、改質器２２２の構造や材質、大きさにも依存して変わる。例えば、４００℃～６５０℃の範囲で変動し得る。

【0168】

一次水素含有ガスは、改質器２２２からリターン流路２４１に流入する。リターン流路２４１はドーナツ状の形状をしており、リターン流路２４１の全周を伝って、一次水素含有ガスが軸心方向の上方に流れ、ＣＯ低減器２２３に供給される。ＣＯ低減器２２３もドーナツ状の形状をしており、その下面の全周から一次水素含有ガスがＣＯ低減器２２３に流入する。

【0169】

ＣＯ低減器２２３は、一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素を低減して二次水素含有ガスとして排出する。詳細には、一酸化炭素低減触媒で起こる（化３）に示す変成反応によって、一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気を反応させて二酸化炭素と水素を生成し、一酸化炭素の濃度が０．１～０．２％程度となるまで一酸化炭素を低減している。

【0170】

このとき変成反応によって発生する熱の一部は、外筒２３２を介して蒸発部２２１へ移動することで、ＣＯ低減器２２３は化学反応に適した温度である２５０℃が維持される。

【0171】

ただし、２５０℃は典型的な温度であって、反応によるＣＯ低減器２２３内の温度は、ＣＯ低減器２２３の構造や材質、大きさにも依存して変わる。例えば２００℃～３００℃の範囲で変動し得る。

【0172】

ＣＯ低減器２２３から排出された二次水素含有ガスは、水素含有ガス排出管２３６から水素生成装置２００の外部に排出された後に、燃料電池発電装置などの水素利用機器に供給される。

【0173】

加熱部２２０のバーナの燃焼で発生した燃焼排ガスは、燃焼筒２３０の内周面に沿って燃焼筒２３０の内周側を下方に流れた後に、加熱部収納筒２３３の底部と燃焼筒２３０の下端部との隙間を通って燃焼筒２３０の外周側に出た後に上方に折り返して、燃焼筒２３０と加熱部収納筒２３３との間の燃焼排ガス流路２４０を通流するときに、改質器２２２と熱交換し、その後、燃焼筒２３０と内筒２３１との間の燃焼排ガス流路２４０を通流するときに、蒸発部２２１と熱交換して、内筒２３１における上部に設けられた燃焼排ガス出口管から水素生成装置２００の外部に排出される。

【0174】

［２－３．効果］
以上のように、本実施の形態における水素生成装置２００は、加熱部２２０と、蒸発部２２１と、改質器２２２と、燃焼筒２３０と、内筒２３１と、外筒２３２と、加熱部収納筒２３３と、第１隔壁２３４と、燃焼排ガス流路２４０と、連通口２５０と、を有している。

【0175】

加熱部２２０は、可燃性ガスを燃焼して燃焼排ガスを排出するように構成されている。燃焼筒２３０は、鉛直方向に中心軸を有し、加熱部２２０の外周を囲むように構成されている。内筒２３１は、鉛直方向に中心軸を有する筒形で、燃焼筒２３０の外周を囲むように構成されている。外筒２３２は、鉛直方向に中心軸を有する筒形で、内筒２３１の外周
を囲むように構成されている。

【0176】

加熱部収納筒２３３は、鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で、上端部が外筒２３２の下端部に接合され、燃焼筒２３０を収納するように構成されている。第１隔壁２３４は、鉛直方向に中心軸を有する有底筒形で、内筒２３１と外筒２３２と加熱部収納筒２３３とを収納するように構成されている。

【0177】

燃焼排ガス流路２４０は、内筒２３１および加熱部収納筒２３３とで構成される筒と、燃焼筒２３０との間に形成され、上方に燃焼排ガスを流すように構成されている。

【0178】

蒸発部２２１は、内筒２３１と外筒２３２との間に形成され、内筒２３１を介して伝わる熱で、原料ガスと水とを加熱して、水を蒸発させ、且つ未蒸発の液水が下部で滞留するように構成されている。

【0179】

改質器２２２は、蒸発部２２１の下方に改質触媒を充填して形成され、加熱部収納筒２３３を介して伝わる熱で、原料ガスと水蒸気との混合ガスから、改質反応で一酸化炭素を含む一次水素含有ガスを、生成するように構成されている。

【0180】

連通口２５０は、蒸発部２２１の下部で蒸発せずに滞留する液水の水位よりも高い位置において、外筒２３２の円周方向に複数形成され、蒸発部２２１から原料ガスと水蒸気とを、改質器２２２へ流出させるように構成されている。

【0181】

内筒２３１の下端近傍部分は、内周面に全周にわたって外周方向に凹んだ環状の凹部が形成され外周面に全周にわたって外周方向に突出した環状の凸部が形成されるように、内筒２３１の筒壁が全周にわたって外周方向に曲がっており、未蒸発の液水が蒸発部２２１の下部で滞留するように、内筒２３１の外周面の凸部が外筒２３２の内周面と全周にわたって密着している。

【0182】

上記構成において、蒸発部２２１の下部に滞留する液水が、内筒２３１における鉛直方向に平行な液水の内周側に隣接する側壁部に加え、鉛直方向に対して傾斜して液水の下側に隣接する凸部を介して燃焼排ガス流路２４０と隣接する構造とすることで、断面がＬ字状で且つ環状の部材を内筒の外周面に設けた従来の構成と比較して、液水の滞留量に対して高温の燃焼排ガスから液水への伝熱面積が広くなっているので、従来よりも液水の蒸発が促進されて、蒸発部２２１の全長（鉛直方向の長さ）を従来よりも短くしても液水を十分に蒸発させることができる。

【0183】

これにより、改質器２２２へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制しつつ、水素生成装置２００の鉛直方向の全長を短縮することができる。そして、水素生成装置２００の全長を短くすると、水素生成装置２００の外周面を覆う断熱材や水素生成装置２００を収納する筐体が小さくなるので、水素生成装置２００の材料費を低減できる。

【0184】

また、本実施の形態において、水素生成装置２００は、ＣＯ低減器２２３と、第２隔壁２３５と、水素含有ガス排出管２３６と、リターン流路２４１と、を備えるようにしてもよい。

【0185】

ＣＯ低減器２２３は、第１隔壁２３４と外筒２３２との間で、蒸発部２２１の外周側に隣接する部分に一酸化炭素低減触媒を充填して形成され、改質器２２２から流出した一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を化学反応で低減して二次水素含有ガスとして排出するように構成されている。

【0186】

第２隔壁２３５は、外筒２３２の外径より大きい内径を有する側面部と、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒２３２の外周面に接合されるドーナツ盤形状の上面部と、を有し、改質器２２２は、加熱部収納筒２３３と第２隔壁２３５との間に、改質触媒を充填して形成される。

【0187】

リターン流路２４１は、第１隔壁２３４と第２隔壁２３５との間に形成され、改質器２２２から流出した一次水素含有ガスを上方に（ＣＯ低減器２２３に）流すように構成されている。

【0188】

水素含有ガス排出管２３６は、第１隔壁２３４に設けられ、二次水素含有ガスを外部へ排出するように構成されている。

【0189】

これにより、改質器２２２は加熱部２２０から周方向均一に伝熱され、効率よく改質反応を行わせることができる。さらに、改質器２２２において生成された一次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、ＣＯ低減器２２３において化学反応（変成反応）で低減できる。

【0190】

そのため、水素生成装置２００が燃料電池発電装置へ燃料ガスを供給する場合は、ＣＯ低減器２２３によって一酸化炭素濃度が低減された水素含有ガスを燃料電池発電装置へ燃料ガスとして供給できるため、一酸化炭素による燃料電池発電装置の性能低下を抑制できる。

【0191】

また、水素生成装置２００の鉛直方向の全長を長くすることなく、改質器２２２の改質触媒を改質触媒に適した温度にするとともに、ＣＯ低減器２２３の一酸化炭素低減触媒を化学反応（変成反応）に適した温度にすることが可能になる。

【0192】

また、本実施の形態において、水素生成装置２００は、外筒２３２と加熱部収納筒２３３とを一体で構成してもよい。

【0193】

これにより、蒸発部２２１の下部に滞留する液水が、内筒２３１の外周面の凸部と外筒２３２の内周面とが全周にわたって密着する箇所を通り抜けて、蒸発部２２１から流出したとしても、その密着する箇所を通り抜ける液水の量は、蒸発部２２１の下部に滞留して蒸発する液水の量に比べて僅かであり、その密着する箇所を通り抜けた液水は、燃焼排ガス流路２４０に浸入して蒸発する。

【0194】

そのため、蒸発部２２１の下部に滞留する液水が、内筒２３１の外周面の凸部と外筒２３２の内周面とが全周にわたって密着する箇所を通り抜けて、改質器２２２へ浸入することを抑制できる。そのため、改質器２２２へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制できる。

【0195】

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１および実施の形態２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１および実施の形態２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

【0196】

そこで、以下、図３を用いて、他の実施の形態を例示する。

【0197】

実施の形態１および実施の形態２では、一酸化炭素の濃度を低減する手段の一例として
ＣＯ低減器１２３，２２３を備える構成を説明した。

【0198】

図３のように、水素生成装置３００は、一酸化炭素の濃度をさらに低減する手段の一例として、ＣＯ除去器３６０と、空気混合筒３６２と、空気供給管３６３と、区画部材３６４と、第１流路３６５と、第２流路３６６と、ヘッダー流路３６７と、第２流路入口３６８と、吹き出し穴３６９と、水素含有ガス排出管３３６とを設けてもよい。

【0199】

ＣＯ除去器３６０は、第１隔壁１３４と外筒１３２との間で、ＣＯ低減器１２３の上方で、一酸化炭素除去触媒を充填して形成され、ＣＯ低減器１２３から流出した二次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を化学反応でさらに低減して、三次水素含有ガスとして排出するように構成されている。

【0200】

ＣＯ除去器３６０に充填される一酸化炭素除去触媒は、直径が２～３ｍｍの粒状のＲｕ系の触媒である。

【0201】

一酸化炭素低減触媒が充填された部分の直下には、充填された一酸化炭素除去触媒が落下しないように、一酸化炭素除去触媒を下から支持する一酸化炭素除去触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、外筒１３２と第１隔壁１３４との間に配置されている。

【0202】

一酸化炭素除去触媒が充填された部分の直上には、水素生成装置３００の製造時に、製造途中の水素生成装置３００の上下を逆にしても（水素生成装置３００の使用時の重力方向の上下を反転させても）一酸化炭素除去触媒が流出しないように、一酸化炭素除去触媒を上から覆う一酸化炭素除去触媒の粒子径よりも小さい直径が１ｍｍの通気孔が形成された通気構造でドーナツ盤形状の板が、外筒１３２と第１隔壁１３４との間に配置されている。

【0203】

空気混合筒３６２は、側面部と上面部と下面部とを有する金属部材であり、ＣＯ低減器１２３とＣＯ除去器３６０と第１隔壁１３４と外筒１３２とで囲まれた空間を、内周側空間である第２流路３６６と外周側空間とに区画するように構成されている。

【0204】

空気混合筒３６２の側面部は、円筒形で、内径が外筒１３２の外径よりも大きく、外径が第１隔壁１３４の内径よりも小さく、外筒１３２と同軸となるように配置され外筒１３２を囲むように構成されている。

【0205】

空気混合筒３６２の上面部は、傾斜したドーナツ盤形状で、外周端が側面部の上端部に接続され内周端が外筒１３２の外周面に接合されるように構成されている。 空気混合筒３６２の下面部は、ドーナツ盤形状で、外周端が側面部の下端部に接続され内周端が外筒１３２の外周面に接合されるように構成されている。

【0206】

区画部材３６４は、内周側端部が空気混合筒３６２の側面部に接合され、外周側端部が第１隔壁１３４に接合されるドーナツ盤形状の金属部材であり、外周側空間を外周側上部空間であるヘッダー流路３６７と外周側下部空間である第１流路３６５とに区画するように構成されている。

【0207】

空気供給管３６３は、第１隔壁１３４の側面部におけるＣＯ低減器１２３よりも鉛直方向の上方、且つＣＯ除去器３６０よりも鉛直方向の下方に設けられ、第１流路３６５に空気を供給するように構成されている。

【0208】

第２流路入口３６８は、空気混合筒３６２の側面部における燃焼筒１３０を挟んで空気
供給管３６３の先端と対向する位置で第１流路３６５の空気と混合された二次水素含有ガスを第２流路３６６に流入させるように構成されている。

【0209】

吹き出し穴３６９は、空気混合筒３６２の上面部に円周方向に複数設けられ第２流路３６６の空気と混合された二次水素含有ガスをヘッダー流路３６７に流出させるように構成されている。

【0210】

水素含有ガス排出管３３６は、第１隔壁１３４の側面部におけるＣＯ除去器３６０よりも鉛直方向の上方に設けられ、ＣＯ除去器３６０から流出した三次水素含有ガスを外部へ排出するように構成されている。

【0211】

ＣＯ低減器１２３から排出された二次水素含有ガスは第１流路３６５に流入する。第１流路３６５はドーナツ状の形状をしており、空気供給管３６３を介して注入された空気と二次水素含有ガスとが、第１流路３６５の周方向に流れ混合される。

【0212】

空気と混合された二次水素含有ガスは、第２流路入口３６８を介して第２流路３６６に流入する。

【0213】

第２流路３６６もドーナツ状の形状をしており、空気と混合された二次水素含有ガスは第２流路３６６の周方向に流れる。その後、第２流路３６６から吹き出し穴３６９を介してヘッダー流路３６７に排出される。

【0214】

ヘッダー流路３６７とＣＯ除去器３６０とはともにドーナツ状の形状をしており、空気と混合された二次水素含有ガスは、ヘッダー流路３６７の全周からＣＯ除去器３６０に流入する。

【0215】

ＣＯ除去器３６０は、二次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素をさらに低減して三次水素含有ガスとして排出する。詳細には、一酸化炭素除去触媒で起こる（化４）に示す選択酸化反応によって一酸化炭素と酸素から二酸化炭素が、（化５）に示すように水素と酸素から水が生成され、一酸化炭素の濃度を数ｐｐｍ程度にまで低減している。

【0216】

このとき（化４）と（化５）とに示す反応によって発生する熱の一部は、外筒１３２を介して蒸発部１２１へ移動することで、ＣＯ除去器３６０は化学反応に適した温度である１５０℃が維持される。

【0217】

ただし、１５０℃は典型的な温度であって、反応によるＣＯ除去器３６０内の温度は、ＣＯ除去器３６０の構造や材質、大きさにも依存して変わる。例えば、１００℃～１８０℃の範囲で変動し得る。

【0218】

【化4】

【0219】

【化5】

ＣＯ除去器３６０から排出された三次水素含有ガスは、水素含有ガス排出管３３６から水素生成装置３００の外部に排出された後に、燃料電池発電装置などの水素利用機器に供
給される。

【0220】

これにより、ＣＯ除去器３６０によって、水素生成装置３００から供給される三次水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を実施の形態１の水素生成装置１００よりもさらに低減することができる。そのため、一酸化炭素による燃料電池発電装置の性能低下を抑制し、信頼性の高い水素生成装置３００を提供することができる。

【0221】

実施の形態１および実施の形態２では、改質器１２２，２２２への液水の浸入を抑制する手段の一例として、下部が閉塞された蒸発部１２１，２２２を備える構成を説明した。

【0222】

図３のように、水素生成装置３００は、改質器１２２，２２２への液水の浸入を抑制する手段の一例として、水受け筒３６１を設けてもよい。

【0223】

水受け筒３６１は、内径が外筒１３２の外径よりも大きく、外径が第２隔壁１３５の内径よりも小さく、外筒１３２と同軸となるように配置され外筒１３２を囲む円筒形の側面部と、外周端が側面部の下端部に接続され、内周端が内筒１３１の外周面の凸部と外筒１３２の内周面とが全面にわたって密着し蒸発部１２１の下部を閉塞する箇所に気密に接合される傾斜したドーナツ盤形状の下面部と、を有する金属部材である。

【0224】

水受け筒３６１の側面部の上端部は、第２隔壁１３５の上面部の鉛直方向の下方、且つ連通口１５０の鉛直方向の上方に位置するように構成され、第２隔壁１３５の上面部と水受け筒３６１の上端部との間に原料ガスと水蒸気との混合ガスが通流する隙間がある。

【0225】

蒸発部１２１に供給される原料ガスの量と水の量とが、蒸発部１２１で蒸発する水の量に対して、多いために、蒸発部１２１の下部に滞留する液水の水位が連通口１５０の高さまで上昇し、液水が連通口１５０から流出する場合においても、水受け筒３６１の側面部と水受け筒３６１の下面部と外筒１３２の側面とで囲まれる空間に液水が滞留する。

【0226】

連通口１５０から流出した原料ガスと水蒸気との混合ガスは、水受け筒３６１の側面部の内周面に沿って上方に流れた後に、第２隔壁１３５の上面部と水受け筒３６１の上端部との間の隙間を通って下方に折り返して、第２隔壁１３５と水受け筒３６１との間を流れて、改質器１２２に流入する。

【0227】

これにより、蒸発部１２１に供給される原料ガスの量と水の量とが、蒸発部１２１で蒸発する水の量に対して、多いために、液水が連通口１５０から蒸発部１２１の外に流出する場合においても、連通口１５０から蒸発部１２１の外に流出した液水が、水受け筒３６１の側面部と水受け筒３６１の下面部と外筒１３２の側面とで囲まれる空間に滞留するため、液水の改質器１２２への浸入は抑制される。そのため、改質器１２２へ液水が浸入することで発生する改質触媒の劣化を抑制できる。

【0228】

また、原料ガスと水蒸気との混合ガスが連通口１５０から流出した後に、改質器１２２に流入するまでの経路を水素生成装置１００よりも長くとることができる。そのため、混合ガスが経路を通過する過程で濃度拡散による混合が促進されることで原料ガスと水蒸気とが均一に混合され改質器１２２に流入するので、効率よく改質反応を行わせることができる。

【0229】

また、内筒１３１の外周面の凸部と外筒１３２の内周面とが全面にわたって密着し蒸発部１２１の下部を閉塞し気密に接合する工程と、水受け筒３６１の下面部の下端部を気密に接合する工程とを同一にできるように構成されているため、水受け筒３６１の接合を簡便に行うことが出来、製造コストを低減できる。

【0230】

実施の形態１および実施の形態２では、加熱部１２０，２２０と燃焼筒１３０，２３０の形状が円筒形であったが、改質器１２２，２２２を加熱できれば、加熱部１２０，２２０と燃焼筒１３０，２３０の形状は円筒形に限定されない。ただし、加熱部１２０，２２０と燃焼筒１３０，２３０の形状を円筒形にすれば、その周の外に設けられた円筒形の改質器１２２，２２２に均等に熱を分配することができる。

【0231】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0232】

本開示は、触媒へガスのみ供給し液体の浸入を抑制する必要がある容器に適用可能である。具体的には、一酸化炭素濃度が低い水素含有ガスを生成する水素生成装置や、不純物を除いてから水素ガスを供給する燃料電池発電装置や水素精製システムなどに適用可能である。

【符号の説明】

【0233】

１００，２００，３００ 水素生成装置
１２０，２２０ 加熱部
１２１，２２１ 蒸発部
１２２，２２２ 改質器
１２３，２２３ ＣＯ低減器
１３０，２３０ 燃焼筒
１３１，２３１ 内筒
１３２，２３２ 外筒
１３３，２３３ 加熱部収納筒
１３４，２３４ 第１隔壁
１３５，２３５ 第２隔壁
１３６，２３６，３３６ 水素含有ガス排出管
１４０，２４０ 燃焼排ガス流路
１４１，２４１ リターン流路
１５０，２５０ 連通口
３６０ ＣＯ除去器
３６１ 水受け筒
３６２ 空気混合筒
３６３ 空気供給管
３６５ 第１流路
３６６ 第２流路
３６７ ヘッダー流路
３６８ 第２流路入口
３６９ 吹き出し穴

【図1】

【図2】

【図3】