CN1839095A - 氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够谋求简化气体流路并且提高耐久性，同时能够使水蒸气的蒸发状态均匀化的氢生成装置以及具备所述装置的燃料电池系统。氢生成装置(10)是具备：第1筒状壁构件(11)、在第1筒状壁构件(11)的外侧与第1筒状壁构件(11)同轴状配置的第2筒状壁构件(12)、在第1筒状壁构件(11)与第2筒状壁构件(12)之间的筒状空间，并排于第1和第2筒状壁构件(11、12)的轴方向上地设置的筒状的水蒸发部(13)及筒状的重整催化剂体(14)、向水蒸发部(13)供水用的水入口(41i)及提供原料气体用的原料气体入口(40i)的装置。

Description

氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统

技术领域

本发明涉及氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统，特别是涉及使筒状的水蒸发部的中心轴与筒状的重整催化剂体的中心轴一致，将重整催化剂体与水蒸发部并排配置的氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统是对燃料电池的阳极提供富氢气体(重整气体)，对燃料电池的阴极提供氧化剂气体，使该气体在燃料电池内部进行电化反应，同时发生电和热的系统。

在这里，使用由原料气体(例如天然气或城市煤气)和水蒸汽通过水蒸汽重整反应生成重整气体的氢生成装置，从该氢生成装置流出的重整气体提供给燃料电池的阳极。

但是，在水蒸汽重整反应中，使水蒸发的蒸发热和进行重整反应的反应热必须从加热用的燃烧器的高温燃烧气体中得到，从有效利用热能的观点出发，使水和重整催化剂体与燃烧气体进行高效率的热交换是重要的课题。

作为与这一课题有关的一个报告例，有夹着燃烧气体流路在圆周方向上覆盖内装重整催化剂体的筒状的重整器的周围地配置水蒸发部的氢生成装置(参照例如专利文献1：日本特开2003-252604号公报)，在该氢生成装置中，通过将燃烧气体流路和重整部覆盖在水蒸发部上，减少流过燃烧气体流路的高温燃烧气体的放热量和保持于高温的重整催化剂体的放热量，使氢生成装置的热效率得到改善。

发明内容

本发明要解决的问题

但是，在上述已有的氢生成装置中，使包含原料气体和水蒸汽的混合气体从水蒸发部向重整部流动时，使该混合气体的流动方向从水蒸发部的轴方向改变为圆周方向引起混合气体流路的结构复杂化。

例如连接水蒸发部的混合气体出口与重整部的混合气体入口的混合气体供给管道在径方向延伸，在该混合气体供给管道与在轴方向延伸的重整部的连接处有必要实施焊接等配管施工。

而且这样的混合气体流路的配管施工有可能增加氢生成装置的成本，导致耐用性的下降，具体地说，由于如上所述焊接处的存在，对于每日启动停止反复进行的氢生成装置的DSS(Daily Start-up & Shut-down)运行产生的冷热循环，能否保持足够的耐用性是令人担心的。

又，另一方面，水蒸发部的水蒸气蒸发状态变化取决于水蒸发部的内径，通常认为，如果其内径小，则容易使水蒸气的蒸发状态均匀。尽管如此，在已有的氢生成装置那样将水蒸发部配置于最外围，覆盖重整部和燃烧气体流路的情况下，水蒸发部的内径的缩小是有一定限度的，使水蒸气的蒸发状态均匀化也会变得困难。

本发明鉴于这样的情况而作，其目的在于提供通过简化气体流路的结构，谋求对冷热循环保持更好的耐用性并降低成本，同时能够使水蒸气的蒸发状态均匀的氢生成装置和具备氢生成装置的燃料电池系统。

解决课题的手段

本发明的氢生成装置，是具备：第1筒状壁构件、在所述第1筒状壁构件的外侧，与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第2筒状壁构件、在所述第1筒状壁构件与第2筒状壁构件之间的筒状空间，并排于所述第1和第2筒状壁构件的轴方向上地设置的筒状的水蒸发部以及筒状的重整催化剂体、所述向水蒸发部供水用的水入口以及提供原料气体用的原料气体入口，使水蒸气与所述原料气体的混合气体从所述水蒸发部流向所述重整催化剂体，利用重整反应将其重整为含氢的重整气体的装置。

通过使水蒸发部与重整催化剂体的轴向一致将两者并排配置，能够使从水蒸发部向重整催化剂体通过水蒸发部内部上升的混合气体沿着轴向顺利地流向重整催化剂体，可以减少采用例如焊接等配管施工的复杂的气体流路，能够提高在DSS运行引起的冷热循环的条件下的氢生成装置的耐用性，同时提高简化气体流路，可以降低氢生成装置的成本。

还有，最好是使所述重整气体从所述重整催化剂体的轴方向端部流出。

在这里，如果所述水蒸发部配置于所述重整催化剂体的下方，则对重整催化剂体只提供水蒸汽，由于水蒸发部的水滴流向重整催化剂体而造成的重整催化剂体的劣化能够在根本上得到防止。

如果所述第1和第2筒状壁构件都是圆筒状无缝管，则能够避免焊接等其他配管施工造成的焊缝等，能够提高在DSS运行引起的冷热循环的条件下的耐用性。

在这里，也可以是具备利用可燃性气体的燃烧生成燃烧气体的燃烧器、以及在所述第1筒状壁构件的内侧与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第3筒状壁构件，形成所述燃烧气体能够流动所述第1筒状壁构件和第3筒状壁构件之间的作为燃烧气体流路的筒状空间的结构。

又可以使所述燃烧器的火焰向上方形成地设置所述燃烧器。

采用这样的结构，能够高效率地向重整催化剂体提供燃烧气体的热交换的反应热，同时能够高效率地对水蒸发部提供燃烧气体的热交换的蒸发热。而且高温燃烧气体流过的燃烧气体流路可以配置于1筒状壁构件的内部，能够有效地抑制燃烧气体的放热。

又可以是，所述燃烧器配置于所述第3筒状壁构件的内部空间，而且具备堵塞所述第1筒状壁构件的上端部以在与所述第3筒状壁构件的上端部的第1盖构件之间具有间隙，形成所述燃烧器生成的所述燃烧气体能够从所述第3筒状壁构件的内部通过所述间隙流入所述燃烧气体流路的结构。

又可以是，将流过所述燃烧气体流路的燃烧气体引向外部的燃烧气体流出口形成于所述第1筒状壁构件，所述燃烧气体排气管连接于所述第1筒状壁构件，以将从所述燃烧气体流出口流出的所述燃烧气体引向所述第1筒状壁构件的径方向并且向下方。通过使燃烧气体排气部向下方倾斜，即使是燃烧气体中包含的水蒸汽凝集形成水滴，也能够将燃烧气体排气部的水滴与燃烧气体一起向外部排出，能够减少滞留在燃烧气体排气部的内部的水。借助于此，能够消除滞留在燃烧气体排气部的水引起的，接近燃烧气体排气部的水蒸发部的下端部被冷却的不利情况。

在这里，最好是采用具备通过限制所述燃烧气体流路的宽度尺寸变化，在其整个圆周方向上使所述宽度尺寸均匀化的宽度均匀化手段的结构。如果采用燃烧气体流路的宽度均匀化手段。则流过燃烧气体流路的燃烧气体的圆周方向的流量的波动得到改善，燃烧气体的流动没有偏差，能够在重整催化剂体的圆周方向上使均匀地得到燃烧气体提供的热量。

作为所述宽度均匀化手段的一个例子最好是具有下面所述的结构，即包含具有均匀的高度，从所述第3筒状壁构件向所述第1筒状壁构件突出的多个凸起部，所述凸起部的前端与所述第1筒状壁构件接触。而且在这种情况下，最好是将所述凸起部以规定的间隔在所述第3筒状壁构件的圆周方向上形成于所述第3筒状壁构件。

作为所述宽度均匀化手段的另一个例子最好是具有下面所述的结构，即包含配置于所述第3筒状壁构件的圆周方向上的具有均匀的剖面的可挠性棒状构件，由所述第1筒状壁构件和所述第3筒状壁构件夹着所述棒状构件。而且在这种情况下，最好是所述棒状构件采用具有均匀的直径的圆棒。

又，最好是采用下面所述的结构，即在所述第1筒状壁构件的外周面上设置多孔金属膜，在所述多孔金属膜与所述第2筒状壁构件的内周面之间形成所述水蒸汽部的水洼。

采用这样的结构，由水供给手段提供，在水蒸发部的水洼部滞留的水浸渍金属膜，水被吸了上来，利用含水的多孔金属膜能够增加水的蒸发面积，能够利用流过燃烧气体流路的燃烧气体加热多孔金属膜，有效地使渗入多孔金属膜的水蒸发。

通过将所述多孔金属膜设置于所述第1筒状壁构件的整个所述外周面，能够在圆周方向上使水均匀蒸发。

又，可以采用如下所述的结构，即具备覆盖所述第2筒状壁构件，在与所述第2筒状壁构件之间形成双重管道的筒状盖，形成从所述重整催化剂体流出的重整气体能够通过所述第2筒状壁构件与所述筒状盖之间的作为重整气体流路的筒状空间的结构。

采用这样的结构，所述第2筒状壁构件和筒状盖都是套筒形状，因此能够提高氢生成装置的耐久性能。特别是该第2筒状壁构件与筒状盖可以采用例如配管中途没有通过焊接形成的焊缝的无缝金属管，因此能够消除每日启动停止反复进行的DSS运行形成的冷热循环对焊接部的影响。

在这里，又可以采用具备在所述重整气体流路的中途配置，而且在所述第2筒状壁构件上配置于圆周方向上的可挠性棒状构件，由所述第2筒状壁构件和所述筒状盖夹着所述棒状构件的结构。

采用这样的棒状结构，由于使重整气体在重整催化剂体的圆周方向上流动，能够抑制流过重整气体流路的圆周方向上的重整气体流路的偏差，能够使重整催化剂体在整个圆周方向上放热均匀。

又可以采用使所述燃烧器的火焰向下方形成地配置所述燃烧器的结构。

通过使燃烧器的火焰向下方形成，能够防止燃料气体与空气的混合气体的燃烧产生的燃烧生成物(例如金属氧化物)堵塞燃烧器的空气喷出孔和燃料气体喷出孔的情况发生。而且由于使燃烧器翻转180°地设置于重整催化剂体上方，在进行维修工作时，容易检查燃烧器，使燃烧器的维修方便了。

在这里，又可以是具有如下所述结构的装置，即具备将所述燃烧气体向下方引导的燃烧筒，所述燃烧气体流路具有设置于所述第3筒状壁构件与所述第1筒状壁构件之间的筒状的第1燃烧气体流路和设置于所述燃烧筒与所述第3筒状壁构件之间的筒状的第2燃烧气体流路，形成从所述燃烧筒流出的所述燃烧气体能够通过所述第2燃烧气体流路流入所述第1燃烧气体流路的结构。通过采用第1燃烧气体流路和第2燃烧气体流路，能够改善重整催化剂体的轴向的燃烧气体的传热特性。

而且，最好是具备在与所述第3筒状壁构件的上端部之间具有间隙，而且设置为连接于所述燃烧器，堵塞第1筒状壁构件的上端部的第2盖构件、以及与所述燃烧筒的下端部相对地分隔所述第3筒状壁构件的内部的分隔构件。又可以是第2盖构件为形成于所述燃烧筒的基端部的锷部。

在这里，又可以采用如下所述的结构，即用气体混合促进手段促进所述水蒸发部内部的水蒸汽与通过所述原料气体入口提供的原料气体的混合。

所述气体混合促进手段的一个例子，是包含具有使所述混合气体通过的许多孔的多孔金属部的手段。混合气体通过多孔金属部的微孔时，利用多孔金属部能够促进原料气体与水蒸汽的混合。而且，利用多孔金属部的微孔能够增加对通过其内部的混合气体的，蒸发热的传热表面积，能够提高燃烧气体向混合气体的热传导特性。

又，具备所述第1及第2筒状壁构件之间配置的支持所述重整催化剂体的环状的支持构件、覆盖所述水蒸发部的上端部配置的环状的第1分隔板、以及利用所述支持构件和所述第1分隔板分隔的边界空间，所述混合气体促进手段包含所述第1分隔板上形成的孔，所述水蒸发部的内部的原料气体及水蒸汽能够聚集于所述孔中进行混合，流出到所述边界空间。通过设置这样的混合气体喷出孔，在使水蒸发部的内部混合的原料气体与水蒸汽向第1子空间流动时，能够谋求使原料气体与水蒸汽汇集于该混合气体喷出孔，促进这些气体的混合。

又，又可以是具备将所述边界空间在轴方向上分隔为两个部分的第2隔板、以及由所述第1和第2分隔板分隔的第1子空间、由所述第2分隔板与所述支持构件分隔的第2子空间，所述气体混合促进手段包含连接所述第1子空间的内部和所述第2子空间的内部的旁通路径。所述旁通路径具有沿着例如所述第2筒状壁构件的径向向外延伸的第1管道部分、以及连接于所述第1管道部分，沿着所述第2筒状壁构件的轴向延伸，跨越所述第2分隔板的第2管道部分，最好是垂直于所述第1管道部分延伸。能够使混合气体汇集于旁通路径，谋求促进气体的混合，同时混合气体通过后混合气体的流向大致垂直改变，混合气体的流动形成紊流，进一步促进混合。

还有，又可以使从所述第1子空间向所述旁通路径流出的混合气体，向所述第2子空间的径方向的内侧流向所述第2子空间。通过以规定的流速使混合气体向第2子空间的中心方向喷出，能够在第2子空间的周围全部区域均匀提供混合气体。

又，本发明的燃料电池系统，具备上述氢生成装置、以及用包含由所述氢生成装置提供的氢气的重整气体进行发电的燃料电池。

发明效果

采用本发明，使筒状的水蒸发部的中心轴与筒状的垂直催化剂体的中心轴一致，将垂直催化剂体与水蒸发部并排配置于其轴向，因此能够通过简化气体流路的结构，谋求提高在冷热循环作用下的耐用性并谋求降低成本，同时能够得到可以使水蒸汽的蒸发状态均匀化的氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统。

附图说明

图1是实施形态1的氢生成装置的内部结构的剖面图。

图2是实施形态1的氢生成装置的上部燃烧气体流入口近旁的放大剖面图，是从第3筒状壁构件突出的凸起部的结构说明图。

图3是实施形态1的氢生成装置的第3筒状壁构件的立体图，是从第3筒状壁构件突出的凸起部的结构说明图。

图4是实施形态1的氢生成装置的第1燃烧气体流路的周边部的放大剖面图，是配置于第1燃烧气体流路上的圆棒的结构说明图。

图5是实施形态1的氢生成装置的燃烧气体排气部33的周边部的放大剖面图，是燃烧气体排气部的变形例的说明图。

图6是实施形态1的氢生成装置的水蒸发部的放大剖面图，是多孔金属膜的结构说明图。

图7是实施形态1的氢生成装置的环状支持构件的立体图。

图8是实施形态2的氢生成装置的内部结构的剖面图。

图9是实施形态3的氢生成装置的内部结构的剖面图。

图10是实施形态3的氢生成装置的旁通路径的立体图。

图11是实施形态4的燃料电池系统的大概结构的方框图。

符号说明

10  氢生成装置

11  第1筒状壁构件

12  第2筒状壁构件

13  水蒸发部

14  重整催化剂体

15  燃烧器

16  第3筒状壁构件

17  燃料气体配管

17i 燃料气体入口端口

18  燃料气体配管盖

19  燃料气体喷出孔

20  空气喷出孔

21  空气配管

21i 空气入口端口

22  圆筒状盖

23  空气缓冲器

24  盖构件

25   间隙

26A  第1火焰检测手段

26B  第2火焰检测手段

27   隔热材料

30   第1燃烧气体流路

31  上部燃烧气体流出口

32  燃烧气体流出口

33  燃烧气体排气部

34  排气口配管

35  凸起部

36  第1圆棒

37  多孔金属膜

38  水洼部

40  原料气体配管

40i 原料气体入口

41  水配管

41i 水入口

42  边界区域

43  支持构件

44  重整气体流入口

45  重整气体流路

45A 重整气体螺旋状流路

46  第2圆棒

47  重整气体流出口

48  重整气体排气配管

49A 第1温度检测手段

49B 第2温度检测手段

50  燃烧筒

50A 燃烧筒的下端部

50B 燃烧筒的上端部

50S  锷部

51  分隔构件

52  下部燃烧气体流入口

53  第2燃烧气体流路

54  第1子空间

55  第2子空间

56  旁通路径

57  第1管道部

58  第2管道部

59  第3管道部

60  环状间隙

61  流路分隔

62  多孔金属部

63  边界空间

64  第1分隔板

65  第2分隔板

66  第2混合气体喷出孔

70  第1混合气体喷出孔

80  燃料电池

80a 阳极

80c 阴极

81  空气供给装置

82  阴极空气配管

83  转化器

84  净化器

85  废气配管

100 燃料电池系统

最佳实施方式

以下参照附图对本发明的实施形态进行说明。

实施形态1

图1是本发明实施形态1的氢生成装置的内部结构的剖面图。

在这里，图1中记录“上”的一侧为上方，记录“下”的一侧为下方，还有，以圆筒状的氢生成装置10的上下方向为轴向，沿着以氢生成装置10的中心轴101为中心描述的圆周的方向作为圆周方向，沿着该圆周的半径的方向作为径向对实施形态1进行说明(实施形态2和实施形态3的说明也相同)。

氢生成装置10主要具有：共有中心轴101，形成双重管的圆筒状的(不锈钢制)无缝管的第1筒状壁构件11和第2筒状壁构件12、以及在第1筒状壁构件11和第2筒状壁构件12之间的圆筒状区域(圆筒状空间)形成，在第1、第2筒状壁构件11、12的轴方向延伸的圆筒状的水蒸发部13、在该轴方向上与水蒸发部13并排配置设置于第1筒状壁构件11和第2筒状壁构件12之间的圆筒状空间的圆筒状的白金系重整催化剂体14、从第1筒状壁构件11的下端到其内部的上端附近为止插入配置，在与第1筒状壁构件11之间形成同轴的双重管的圆筒状的第3筒状壁构件16、形成于第3筒状壁构件16的内部的中央靠下部分的燃烧器15、以及覆盖第2筒状壁构件12的上半部分，与第2筒状壁构件12之间形成双重管的(不锈钢制)无缝圆筒状盖22、覆盖圆筒状盖22的上端的整个面配置的圆筒状的盖构件24。

又，如下面的详细说明所述，第3筒状壁构件16和第1筒状壁构件11之间的间隙(圆筒状空间)作为流体燃烧气体的第1燃烧气体流路30使用，第2筒状壁构件12与圆筒状盖22之间的间隙(圆筒状空间)作为使重整气体流通的重整气体流路45使用。

在这里，在本实施形态中，使水蒸发部13和重整催化剂体14的中心轴101的方向与水蒸发部13的内部的混合气体(水蒸汽与原料气体的混合气体)的上升方向(轴方向)一致，并且在水蒸发部13的内部存在的混合气体的流动方向的下游侧配置重整催化剂体14。也就是说，在重整催化剂体14的下方配置水蒸发部13。

而且在水蒸发部13的上端13u和重整催化剂体14的下端14d之间的边界区域，从第2筒状壁构件12的内表面向内突出地设置支持重整催化剂体14的环状的支持构件43(参照图7)。

使水蒸发部13与重整催化剂体14的中心轴101的方向一致地将两者并排配置，以此使得从水蒸发部13向重整催化剂体14通过水蒸发部13的内部上升的混合气体，能够在一个方向(轴方向)上顺利地流向重整催化剂体14，能够减少例如采用焊接等配管施工的复杂的气体流路，能够提高在DSS运行时的对于产生的冷热循环的氢生成装置10耐用性，同时通过简化气体流路，能够降低氢生成装置10的制造成本。

又，通过使水蒸发部13与重整催化剂体14的轴方向一致地将两者并排配置，能够不必扩大水蒸发部13的内径地采用合适的内径，以便谋求水蒸发部13的蒸发状态的均匀化。

还有，由于在重整催化剂体14的下方配置水蒸发部13，能够对重整催化剂体14只提供水蒸汽，能够防止由于水蒸发部13的水滴流向重整催化剂体14而导致重整催化剂体14劣化的情况发生。

下面安装顺序详细说明氢生成装置10的各要素的结构。

在该构件24的中央附近配置第1火焰检测手段26A(例如热电偶)，使其与燃烧器15相对，利用该第1火焰检测手段26A检测可燃气体燃烧与否。采用这样的构成，能够简便地将第1火焰检测手段26A安装于盖构件24，而且也能够利用第1火焰检测手段26A高精度地检测火焰的状态。

又，将第1温度检测手段49A(例如热电偶)插入重整催化剂体14的上端14u的近旁的重整气体通过区域，将第2温度检测手段49B(例如热电偶)贴在圆筒状盖22的外表面。

具体地说，为了直接检测从重整催化剂体14刚流出的重整气体温度，在重整气体流入口44的近旁的区域设置第1温度检测手段49A。

采用该第1温度检测手段49A能够忠实地检测重整催化剂体14的温度变化，提高跟踪性能，同时通过打开盖构件24，容易对第1温度检测手段49A进行维修保养。

而且，为了检测重整气体流路口44近旁的圆筒状盖22的温度，在圆筒状盖22的表面安装第2温度检测手段49B。当然也可以将其省略。

如果采用该第2温度检测手段49B，则能够更简便地安装第2温度检测手段49B，能够改善第2温度检测手段49B的维修操作条件。

还有，根据这些检测手段26A、49A、49B输出的检测信号，控制装置(未图示)能够恰当地对氢生成装置10进行温度控制。

盖构件24上与燃烧器15相对地安装氧化铝、二氧化硅、氧化钛等隔热材料27，盖构件24以此能够防止第3筒状壁构件16内部的放热。

又，在水蒸发部13配置将从原料供给手段(未图示)提供的原料气体引向水蒸发部13的原料气体入口40i的原料气体配管40、以及将水供给手段(未图示)提供的水引向水蒸发部13的水入口41i的水配管41。另一方面，在燃烧器15，配置将作为例如燃料电池的废气回流的燃料气体引向燃烧器15的火焰区域的燃料气体配管17以及将空气供给手段(未图示)提供的空气引向燃烧器15的火焰区域的空气配管21。

又，为了将通过第1燃烧气体流路30的燃烧气体通过形成于第1筒状壁构件11的下端近旁的燃烧气体流出口32引向大气，在第1筒状壁构件11的下端近旁的周围配设燃料气体排气部33，在从该燃烧气体排气部33一定距离的规定位置上配设排气口配管34，使其突出于其径向外侧。

更详细地说，在第1筒状壁构件11，形成在圆周方向均匀配置的作为开口的燃烧气体流出口32，覆盖该燃烧气体流出口32，在第1筒状壁构件11的整个一周上，连接于第1筒状壁构件11配设燃料气体排气部33。而且，连接于燃料气体排气部33，并向其径向突出地配设圆筒状的排气口配管34。

又，为了使流过重整气体流路45的重整气体通过形成于圆筒状盖22的下端近旁的重整气体流出口47引向下游侧，在圆筒状盖22的规定位置上配设重整气体排出配管48，使其突出于其径向外侧。

更详细地说，在圆筒状盖22上形成重整气体流出口47作为开口，覆盖该重整气体流出口47，与圆筒状盖22连接并且向其径向突出地配设圆筒状的重整气体排气配管48。

还有，第1、第2筒状壁构件11、12以及支持构件43还有燃烧气体排气部33的上壁包围的区域作为将水蒸发部13的内部混合气体封入的空间起作用。又，第1和第2筒状壁构件11、12、支持构件43以及还有圆板状的盖构件24包围的区域作为容纳重整催化剂体14的空间起作用。

下面对与燃烧气体路径相关的氢生成装置10的结构进行更详细说明。

如图1所示，第3筒状壁构件16的内径比第1筒状壁构件11的内径小，以此在第3筒状壁构件16与第1筒状壁构件11之间形成由圆筒状间隙构成的第1燃烧气体流路30。第3筒状壁构件16在组装时隔着圆筒状的间隙从第1筒状壁构件11的下端向第1筒状壁构件11的内部插入。然后，将第3筒状壁构件16插入第1筒状壁构件11，使两者的中心轴101的方向一致地加以固定，在该状态下，在与第3筒状壁构件16的上端之间保持间隙，利用盖件24堵塞第1筒状壁构件11的上端。还有，该间隙相当于下面说明的上部燃烧气体流入口31。

又，插入第3筒状壁构件16时，使第3筒状壁构件16的下端的环状的锷部16a隔着密封垫(未图示)抵住燃烧气体排气部33的下壁，以此决定第3筒状壁构件16的轴方向的位置。

而且，第1筒状壁构件11的上端抵住盖构件24，同时，其下端部隔着密封垫(未图示)抵住燃烧气体气部33的下壁，以此固定第1筒状壁构件11。

又，第1筒状壁构件11以及第3筒状壁构件16都是从重整催化剂体14的上端14u的近旁至随蒸发部13的下端13d的近旁延伸的无缝金属管，因此，该第1燃烧气体流路30也从重整催化剂体14的上端14u的近旁至水蒸发部13的下端13d的近旁形成。

下面对与混合气体流路和重整气体路径有关的氢生成装置10的结构进行更详细的说明。

如图1所示，水蒸发部13的内部的混合气体通过配置于水蒸发部13的上端13u与重整催化剂体1的下端14d之间的边界区，在支持重整催化剂体14的支持构件(分隔板)43上成的多个第1混合气体喷出孔70，流向重整催化剂体14。还有，在这里，该第支持构件43的第1混合气体喷出孔70是在如图7所示的支持构件43的圆周方保持规定间隔形成的多个圆孔(直径约1mm)。因此，能够均匀地向重整催化体14的圆周方向提供混合气体。

又，该支持构件3的外围如图1所示，连接于第2筒状壁构件12，支持构件43以单侧支持的状支持于第2筒状壁构件12。另一方面，在支持构件43的内圆周与第1筒状壁件11之间有环状间隙60，通过该环状间隙60也有混合气体从水蒸发部13向整催化剂体14流动。但是，除了利用第2筒状壁构件12单侧支持支持构件43以外，也可以利用第1筒状壁构件11单侧支持该支持构件43，也可以利用第1和第2筒状壁件11、12从两侧支持该构件。又，该第1混合气体喷出孔70的形状不限于圆孔，也可以是例如长圆形、椭圆形、矩形等其他任何形状。

又，作为该支持构件43的变形例，也可以取代在支持构件43的圆周方向形成多个第1混合气体喷出孔70，只在支持构件43的圆周方向的一个地方设置混合气体喷出孔(未图示)。通过这样设置单一的混合气体喷出孔，在水蒸发部13的内部的原料气体与水蒸汽向重整催化剂体14流出时，原料气体与水蒸汽聚集在该混合气体喷出孔进行混合，能够促进混合气体的混合(但是有必要另行采取使混合气体在圆周方向均匀化后提供给重整催化剂体的措施)。

从重整催化剂体14的轴向端放出的重整气体通过相当于第2筒状壁构件12的上端与盖构件24之间的环状间隙的重整气体流路口44，向第2筒状壁构件12与圆筒状盖22之间形成的重整气体流路45流出。更详细地说，第2筒状壁构件12的内径比圆筒状盖22的内径小，借助于此，在第2筒状壁构件12与圆筒状盖22之间形成圆筒状间隙构成的重整气体流路45。第2筒状壁构件12在组装时隔着圆筒状的间隙插入圆筒状盖22的内部。而且，在第2筒状壁构件12插入圆筒状盖22时使两者的中心轴101的方向一致，在这样的插入状态下，利用盖构件24堵塞圆筒状盖22的上端，以在与第2筒状壁构件12的上端之间保持间隙。于是，形成作为重整气体流入口44的环状间隙和作为重整气体流路45的圆筒状的间隙。

又，第2筒状壁构件12与圆筒状盖22之间设置的间隙中，配置第2圆棒46。更详细地说，在第2筒状壁构件12的周围呈螺旋状地卷绕可挠性的第2圆棒46，使该第2圆棒46抵住第2筒状壁构件12和圆筒状盖22(夹入期间)，在重整气体流路45形成重整气体螺旋状流路45A(重整气体圆周方向移动手段)。

还有，圆筒状盖22是从重整催化剂体14的上端14u的近旁至下端14d的近旁延伸的无缝不锈钢管。

下面对如上所述构成的生成装置10的燃烧气体和混合气体以及重整气体的流动动作依序进行说明。

从连着燃料气体(例如料电池的废气)的通路(未图示)的燃料气体入口端口17i提供的燃料气体被通入燃料气体配管17。其后，燃料气体通过燃料气体配管17向燃烧器15的方向上。接着，燃料气体由封住燃料气体配管17的下游侧端部的燃料气体配管盖18挡住其去留，从处，燃料气体从燃料气体配管盖18的近旁的燃料气体配管17的侧面上设置的多个燃料气体喷出孔19向燃烧器15的火焰区域喷出。另一方面，从连着空气供给手段(未图示)的空气入口端口21i提供的燃烧用的空气，通过空配管21向燃烧器1 5的方向上升，提供给设置于在燃料气体配管17的下游侧端旁而该燃料气体配管17的周围，并在大致中央形成凹状的环状的中空体构的空气缓冲器23的内部。然后，从形成于凹状的凹陷部分的内侧面的多个空气喷出孔20，空气缓冲器23的空气向燃烧器15的火焰区域喷出。这样，被引入燃烧器15的火焰区域的燃料气体与空气的混合气体中的可燃气体浓度被维持于可燃浓度，可燃气体被燃烧，在燃烧器15的内部生成高温的燃烧气体。

该燃烧气体如图1中的虚线所示，流过第3筒状壁构件16和第1燃烧气体流路30向外部放出。

燃烧器15中生成的燃烧气体通过第3筒状壁构件16的内部上升，对于第3筒状壁构件16的上，隔着相当于环状的上部燃烧气体入口31的大小的间隙配置的盖构件24挡住上升。被挡住的燃料气体从该处在盖构件24的径向沿着该盖构件24扩散，通上部燃烧气体流入口31被引向圆筒状的第1燃烧气体流路30。其后，在燃烧体通过第1燃烧气体流路30被引向下方的途中，通过与燃烧气体的热交换，重整反应用的反应热提供给重整催化剂体14之后，通过与燃烧气体的热交换水蒸发用的蒸发热提供给水蒸发部13的内部的水。在这里，第3筒状壁构件16上半部也作为燃烧筒起作用，也利用其热辐射对重整催化剂体14供热。与蒸发部13的内部的水进行热交换的燃烧气体从燃烧气体流出口32流出到燃烧体排气部33。流出的燃烧气体通过燃烧气体排气部33从排气口配管34放出到部(大气中)。

又，原料气体与水蒸汽的混合气体如下所述从水蒸发部13流向重整催化剂体14。

提供给连在原料供给手段的原料气体入口40i的原料气体通过原料气体配管40被引向水蒸发部13，提供连着水供给手段的水入口41i的水通过水配管41被引向水蒸发部13。然后在发部13的水洼部38滞留规定量的供给水，利用与通过第1筒状壁构件11的燃烧气体的热交换，该供给水从燃烧气体接受汽化热，蒸发变成水蒸汽。样蒸发的水蒸汽与原料气体在水蒸发部13的内部混合，向水蒸发部13的轴方上升，通过形成于上述支持构件(分隔板)43的多个第1混合气体喷出孔70流向重整催化剂体44。然后，混合气体一边通过重整催化剂体14一边利用重整反应重整为富氢重整气体。

该重整气体，如图1的细一点锁线所示，从重整催化剂体14通过重整气体流路45向下游侧流出。

更详细地说，在重整催化剂体14中，如上所述将混合气体重整生成的重整气体通过重整催化剂体14的内部上升后，被盖构件24挡住其上升。被遮挡住的重整气体在盖构件24的径向沿着该盖构件24扩散，通过重整气体流入口44被引向重整气体流路45。其后，重整气体在通过重整气体螺旋状流路45A被引向下方的中途，沿着第2圆棒46(棒状构件)在重整催化剂体14的沿轴方向上移动。

这样流过重整气体流路45的重整气体通过重整气体流出口47向重整气体排气配管48流出。流出的重整气体通过重整气体排气配管48向下游侧流出。

采用这样的氢生成装置10，第1、第2以及第3筒状壁构件11、12、16和圆筒状盖22都是简单的圆筒形状，因此能够提高氢生成装置10的耐用性。特别是第1、第2、第3筒状壁构件11、12、16以及圆筒状盖22，由于可以使用配管中途没有焊接处等接缝的不锈钢无缝管，因此可以消除每日启动停止进行DSS运行时的冷热循环对焊接部的影响。

又，可以使从重整催化剂体14的上端14u到下端14d的圆周方向全部表面通过第1筒状壁构件11与流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体接触，能够从燃烧气体对重整催化剂体14高效率地提供重整反应所需要的反应热，同时通过第1筒状壁构件11使水蒸发部13的上端13u到下端13d的圆周方向的全部表面与流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体接触，能够从燃烧气体对水蒸发部13的内部的水高效率地提供蒸发热。

又，由于将第1燃烧气体流路30能够配置于第1筒状壁构件11内侧，所以也能够抑制流过第1气体流路30的燃烧气体的放热。

而且由于使重整气体在重整催化剂体14的圆周方向上移动，能够抑制圆周方向上的重整气体流的偏向，并能够将重整催化剂体14的放热在整个圆周方向上均匀地防止。

以下参照附图在这里依序说明进一步改善对于燃烧气体的重整催化剂体14和/或水蒸发部13的传热特性的多个变形例。

第1变形例

第1变形例是在第3筒状壁构件16的表面利用压花(emboss)加工等方法形成第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W的作为宽度均匀化手段的凸状的凸起部35的变形例。也就是说，如图2的上部燃烧气体流入口31的近旁的放大剖面图所示，使第3筒状壁构件16的利用加工形成的具有均匀的高度的多个凸起部35向第1筒状壁构件11突出，使其前端与第1筒状壁构件11接触。借助于此，利用凸起部35的高度限制第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W的变化，利用凸起部35可以使第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W在整个圆周方向上均匀化。

详细地说，如图3的第3筒状壁构件16的立体图所示，使具有相同的高度的多个凸起部35以规定的间隔形成于第3筒状壁构件16的圆周方向。还有，在这里，通过对第3筒状壁构件16进行加工形成凸起部35，但是，也可以通过对第1筒状壁构件11进行加工形成同样的凸起部。

采用这样的第1燃烧气体流路30的宽度均匀化手段(凸起部35)，流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体的圆周方向上的流量的偏差得到改善，燃烧气体的流量偏差消除，可以在重整催化剂体14的圆周方向上均匀地由燃烧气体提供重整反应所需要的反应热。

第2变形例

第2变形例是作为第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W的宽度均匀化手段，在第3筒状壁构件16上螺旋状卷绕配置具有均匀直径(均匀剖面)的可挠性的第1圆棒36(棒状构件)的变形例。也就是说，如图4的第1燃烧气体流路30的周边部的放大剖面图所示，使第1圆棒36抵住第3筒状壁构件16和第1筒状壁构件11两者(利用第3筒状壁构件16和第1筒状壁构件11夹着第1圆棒36)，使第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W等于第1圆棒36的直径，利用第1圆棒36控制第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W的变化，能够使第1燃烧气体流路30的宽度尺寸W在整个圆周方向上均匀化。

而且，通过将第1圆棒36在第3筒状壁构件16的轴方向上保持规定距离螺旋状卷绕在第3筒状壁构件16上，能够在第1燃烧气体流路30上形成燃烧气体的螺旋状流路30A，能够使螺旋状流路30A的内部的燃烧气体沿着该第1圆棒36在圆周方向上流动。

采用这样的第1燃烧气体流路30的宽度均匀化手段(第1圆棒36)，流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体在圆周方向上的流量波动得到改善，燃烧气体流动的偏差被消除，从而能够在重整催化剂体14的圆周方向上由燃烧气体均匀地提供热量。

又，由于能够使第1燃烧气体流路30的燃烧气体沿着第1圆棒36在圆周方向上流动，能够进一步改善对重整催化剂体14的燃烧气体圆周方向上的传热均匀化。

第3变形例

第3变形例是使将燃烧气体流出口32流出的燃烧气体引向外部的燃烧气体排气部33向下方倾斜的变形例。也就是说，如图5的燃烧气体排气部33的周边部的放大剖面图所示，燃烧气体排气管33的下壁内表面与第1筒状壁构件11的径向形成规定角度α地向下方倾斜。

通过这样使燃烧气体排气部33的下壁内表面向下方倾斜，即使包含于燃烧气体中的水蒸汽凝集形成水滴，该水滴也能够与燃烧气体一起被排向外部，能够减少燃烧气体排气部33的内部滞留的水分。借助于此，可以消除由于燃烧气体排气部33中滞留的水造成靠近燃烧气体排气部33的水蒸发部13的下端13d被冷却的不利情况。

第4变形例

第4变形例是在位于水洼部38的第1筒状壁构件11的外周面上设置多孔金属构成的薄膜(约0.5mm左右)的多孔金属膜37的变形例。具体地说，如水蒸发部13的下端13d的近旁的放大剖面图(图6)所示，在第1筒状壁构件11的外周面上设置多孔金属膜37，使其从下端13d的水洼部38向上方延伸一定的距离，并且将其设置于第1筒状壁构件11的外周面(所画的水蒸发部13的面)整个一周上。其结果是，在该多孔金属膜37与第2筒状壁构件12的内周面之间形成水洼部38。

利用这样的结构，由水供给手段提供，滞留于水蒸发部13的水洼部38的水浸渍多孔金属膜37，该水被吸附上去，并利用吸附水的多孔金属膜37能够增加水蒸发面积。其结果是，利用流过燃烧气体流路30的燃烧气体能够对多孔金属膜37的全部表面进行加热，有效地使渗入多孔金属膜37的水分高效率地蒸发为水蒸汽。

实施形态2

图8是本发明实施形态2的氢生成装置的内部结构的剖面图。

第1、第2筒状壁构件11、12、水蒸发部13、重整催化剂体14以及圆筒状盖22在实施形态2中的结构与在实施形态1中分别相同，因此省略其说明。

在实施形态1中，燃烧器15从第1筒状壁构件11的下方向上方插入其内部，以便燃烧器15的火焰向着上方(图1中的上侧)，但是，在本实施形态2中，燃烧器15使其方向反正180°配置于第1筒状壁构件11的上端，以便燃烧器15的火焰向下。

下面以这样的燃烧器15的配置的不同点为中心对本实施形态2的结构进行说明。

根据图8，与图1(实施形态1)相比，去除了盖构件24，同时从第3筒状壁构件16的上端将燃烧筒50插入第3筒状壁构件16的内部。燃烧筒50的下端50A位于第1筒状壁构件11(第3筒状壁构件16)的轴向的中央附近(重整催化剂体14的下端14d的近旁)。在这里，使形成于燃烧筒50的基端部(上端50B)的环状的锷部50S(凸缘)抵住第1筒状壁构件11和圆筒状盖22的上端，以对燃烧筒50的轴方向的位置进行定位。并且，除了燃烧筒50的内部区域外，利用锷部50S覆盖圆筒状盖22包围的氢生成装置10的上端，锷部50S起着实施形态1的盖构件24的作用(作为堵塞第1、第2和第3筒状壁构件11、12、16的上端而设置的盖构件起作用)。而且，该锷部50S上连接着燃烧器15。

还有，圆板状的分隔构件51在燃烧筒50的下端50A的近旁与燃烧筒50的下端50A相对地配置，并且遮住燃烧筒50的下方，区隔第3筒状壁构件16的内部。还有，燃烧筒50与第3筒状壁构件16之间的圆筒状间隙被使用为第2燃烧气体流路53，第3筒状壁构件16与第1筒状壁构件11之间的圆筒状间隙被使用为第1燃烧气体流路30。

更详细地说，燃烧筒50的内径比第3筒状壁构件16的内径小，以此在燃烧筒50与第3筒状壁构件16之间形成圆筒状间隙构成的第2燃烧气体流路53。燃烧筒50在组装时隔着圆筒状的间隙从第3筒状壁构件16的上端插入其内部。在使燃烧筒50与第3筒状壁构件16两者中心轴101方向一致的条件下将燃烧筒50插入第3筒状壁构件16，在该状态下配置圆板状的分隔构件51，使其与燃烧筒50的下端50A之间形成间隙。于是，该环状的间隙相当于下部燃烧气体流入口52。还有，第1燃烧气体流路30的结构由于与实施形态1的该流路的结构相同，因此省略其详细说明。

在这样构成的氢生成装置10中，利用插入燃烧筒50与第1筒状壁构件11之间的区域的第3筒状壁构件16，燃烧气体流路从第2燃烧气体流路53向第1燃烧气体流路30直到上部燃烧气体流入口31，弯折成“コ”字形。

还有，在这里，将第2火焰检测手段26B(例如热电偶)与燃烧器15相对配置于分隔构件51的大致中心部，利用该第2火焰检测手段26B，检测可燃气体有无燃烧。形成这样的结构时，能够在分隔构件51上简便地安装第2火焰检测手段26B，而且，能够利用第2火焰检测手段26B高精度检测燃烧器15的火焰状态。

下面对在燃烧器15中生成的燃烧气体的流通动作和燃烧气体向对重整催化剂体14和水蒸发部13传热的机制进行说明。还有，对燃烧器15提供燃料气体和空气的供给动作与实施形态1相同，因此省略其说明。

被引向燃烧器15的火焰区域的燃料气体与包含空气的混合气体中的可燃气体浓度维持于可燃浓度，而可燃气体燃烧生成高温燃烧气体。燃烧生成的燃烧气体如图8的细虚线所示，通过燃烧筒50内部下降，该燃烧气体通过下部燃烧气体流入口52流向燃烧筒50与第3筒状壁构件16之间形成的第2燃烧气体流路53，并通过上部燃烧气体流入口31流过第3筒状壁构件16和第1状壁构件11之间形成的第1燃烧气体流路30向外部排放。

更详细地说，在燃烧器15中生成的燃烧气体通过燃烧筒50的内部下降，利用与燃烧筒50的下端50A保持间隔配置的分隔构件51阻挡其下降，该被遮挡的燃烧气体从该处在分隔构件51的径向上沿着该分隔构件51扩散，通过环状的下部燃烧气体流入口52被引向圆筒状的第2燃烧气体流路53的内部。其后，在通过第2燃烧气体流路53被引向上方的中途，通过第1筒状壁构件11、第1燃烧气体流路30、以及第3筒状壁构件16，将从燃烧气体提供的吸热重整反应用的反应热提供给重整催化剂体14(例如利用被燃烧气体加热的第3筒状壁构件16的辐射热传递对重整催化剂体14进行加热)。于是，通过第2燃烧气体流路53内部上升的燃烧气体由与第3筒状壁构件16的上端保持间隙配置的锷部50S阻止其上升。该被阻挡的燃烧气体从该处朝着锷部50S的径向沿该锷部扩散，通过环状的上部燃烧气体流入口31被引向圆筒状的第1燃烧气体流路30的内部。

也就是说，设置第1及第2燃烧气体流路30、53，在第2燃烧气体流路53中，使燃烧气体从重整催化剂体的下端14d的近旁向上端14u的近旁上升，同时，在第1燃烧气体流路30中使燃烧气体从重整催化剂体的上端14u的近旁向下端14d的近旁下降。

其后，流入第1燃烧气体流路30的燃烧气体经过实施形态1中说明的路径向氢生成装置10的外部排放。

还有，混合气体和重整催化剂气体的流通动作与实施形态1说明的相同，因此省略其说明。

如上所述，通过使燃烧器15的火焰向下方形成，即使燃料气体和空气的混合气体的燃烧形成燃烧生成物(例如金属氧化物)，也能使其堆积在分隔构件51上，能够防止该燃烧生成物堵塞燃烧器15的空气喷出孔20和燃料气体喷出孔19。

又，由于使燃烧器15以180°倒转设置于重整催化剂体的上方，因此在进行维修保养时容易检查该燃烧器15，能够提高燃烧器15的维修保养效率。

还有，在采用使燃烧器15的火焰向下形成的结构(以下称为下向火焰结构)时，与其使火焰向上方形成的结构(以下称为上向火焰结构)相比，即使是在燃烧器15的火焰燃烧量小的情况下，也能够扩大燃烧器15的燃烧特性良好的范围。这与燃烧器15的燃烧空间的火焰和高温燃烧气体由于与空气的密度差而产生的浮力导致其上升倾向有关。

也就是说，燃烧器15为上向火焰结构的情况下，由于浮力而上升的火焰和燃烧气体从燃烧器15的空气喷出孔20和燃料气体配管盖18离开，反而燃烧器15为向下火焰结构的情况下，由于浮力而上升的火焰和燃烧气体向燃烧器15的空气喷出孔20和燃料气体18靠近。由于该现象，燃烧器15的下向火焰结构比上向火焰结构更能够提高燃烧器15的温度。于是，如燃烧器15的温度高，则必然燃烧器15的燃烧反应部的温度也能够维持比较高的温度，可以得到良好的燃烧特性。

于是，特别是在燃烧器15的燃烧量小，燃烧器15的温度容易偏低的情况下，燃烧器15的上向火焰结构和下向火焰结构之间存在燃烧特性的差异。

因此，如果考虑由于某种原因，例如强风产生的外部干扰等造成空气供给量不稳定，使燃烧器15的燃烧量偏小的情况，则采用燃烧器15的下向火焰结构要比采用上向火焰结构更能够抑制燃烧废气中的一氧化碳和THC的排出量，能够提高燃烧器15的燃烧稳定性。

又，通过采用使燃烧气体流路分为第1和第2燃烧气体流路30、53，使燃烧气体沿着重整催化剂体14的轴向上升之后使其下降的燃烧气体流路，能够改善燃烧气体向重整催化剂体14的轴向的传热特性。

具体地说，燃烧气体的温度在刚从燃烧筒50流出时(下部燃烧气体流入口52近旁)最高，其后，随着一边从燃烧气体向重整催化剂体14提供重整反应所需要的反应热，一边通过第1和第2燃烧气体流路30、53，燃烧气体的温度越来越下降。作为燃烧气体温度变化的一个例子，下部燃烧气体流入口52的燃烧气体温度为1000℃，上部燃烧气体流入口31的燃烧气体温度为800℃。在这样的条件下，假如没有第1燃烧气体流路30，只利用第2燃烧气体流路53向重整催化剂体14提供重整反应所需要的反应热，在这样情况下，上部和下部燃烧气体流入口31、52的燃烧气体温度差(200℃)直接反映于重整催化剂体14的上端14u和下端14d的温度差，而在重整催化剂体14的轴向上形成由燃烧气体的温度差引起的温度梯度。

与此相对，如实施形态2那样设置第1和第2燃烧气体流路30、53，在第2燃烧气体流路53使燃烧气体从重整催化剂体的下端14d向上端14u上升，同时，在第1燃烧气体流路30使燃烧气体从重整催化剂体的上端14u向下端14d下降，因此，在刚才叙述的第2燃烧气体流路53中发生的重整催化剂体14轴向上的温度梯度，可以利用在第1燃烧气体流路30发生的重整催化剂体14轴向的温度梯度抵消。也就是说，在重整催化剂体14的下端14d的近旁，一方面流过第2燃烧气体流路53的燃烧气体的温度处于高温侧，另一方面，流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体的温度处于低温侧，相反的一面，在重整催化剂体14的上端14u的近旁，一方面流过第2燃烧气体流路53的燃烧气体的温度处于低温侧，而另一方面，流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体的温度处于高温侧。因此，利用两流路53、30中流过的燃烧气体的温度差，可以使流过第1燃烧气体流路30的燃烧气体均匀化，使向比实施形态1温度低的重整催化剂体14的下端14d的传热量更多，向温度比较高的上端14u的传热量减少，能够减小整个重整催化剂体14在轴向的温度梯度，使温度更均匀。因此，容易使重整催化剂体14处于想要设定的温度带(例如550℃～650℃)，能够高效率地使用整个重整催化剂体14，并且能够减少重整催化剂体14的使用量并防止重整催化剂体14局部高温化以提高其耐用性。

实施形态3

图9是本发明实施形态3的氢生成装置的内部结构的剖面图。

在实施形态3中，对实施形态1附加能够改善水蒸发部13内部的原料气体与水蒸汽的混合气体的特性的结构。作为具体的例子，附加促进混合气体的混合的气体混合促进手段，以下以该气体混合促进手段的结构为中心进行说明。

如图9所示，在水蒸发部13的上端13u与重整催化剂体14的下端14d之间的边界区域，在第1筒状壁构件11和第2筒状壁构件12之间的圆筒状的边界空间63中，从水蒸发部13一侧起依序配置只具有一个第2混合气体喷出孔66而分隔水蒸发部13与边界空间63的第1分隔板64、将边界空间63分隔为第1和第2子空间54、55的第2分隔板65、并具有多个第1混合气体喷出孔70而支持重整催化剂体14的支持构件43。

还配置在水蒸发部13内部的在第1分隔板64的近旁形成螺旋状流路的流路分隔构件(流路形成部)61。又，在第1分隔板64的近旁，在水蒸发部13的内部的整个宽度方向上配置作为多孔金属构件的厚膜(具有与水蒸发部13的宽度大致相同的厚度)多孔金属部62。还有，第1分隔板64和第2分隔板65也可以与第1、第2筒状壁构件11、12一体成型，但由对第1、第2筒状壁构件11、12之间的圆筒状的边界空间63使这些板64、65压入，也能够实现简单的分隔结构。

第1分隔板64如图9所示，是环状平板，在该平板的一处形成第2混合气体喷出孔66(直径约1mm)。而且，该第1分隔板64的内周与第1筒状壁构件11接触，其外周与第2筒状壁构件12接触。在这里，第1、第2筒状壁构件11、12、第1分隔板64以及燃烧气体排气管33的上壁包围的圆筒状区域起着水蒸发部13的作用。还有，该第2混合气体喷出孔66的形状没有特别限制，也可以是例如圆形、长圆形、椭圆形或矩形等形状。

第2分隔板65如图9所示，是环状平板，在圆筒状的边界空间63的轴向的大约中央附近配置，以便该边界空间63分隔为二。也就是说，该第2分隔板65的内周与第1筒状壁构件11接触，其外周与第2筒状构件12接触。于是形成第1、第2筒状壁构件11、12、第1分隔板64、以及第2分隔板65所包围的第1子空间54，同时，形成第1、第2筒状壁构件11、12、第2分隔板65、以及支持构件43所包围的第2子空间55。

还有，支持构件43的结构与实施形态1(参照图7)中说明的相同，因此其结构的详细说明省略。

又，从第1子空间54向第2子空间55的混合气体的轴向流动，由于被第2分隔板65所遮挡，通过如下所述的旁通路径56，将第1子空间54的混合气体引向第2子空间55。

图10是从第2筒状壁构件12侧方观察的旁通路径56的立体图。

该旁通路径56，如图9和图10所示，由与第1子空间54的内部连通，从第2筒状壁构件12的外表面向其直径方向外侧延伸的第1管部57、从该第1管部57的前端沿着第2筒状壁构件12的轴向跨越第2分隔板65延伸的第2管部58、从第2管部58的上端沿着第2筒状壁构件12的径向内侧延伸，与第2子空间55的内部连通，延伸到第2筒状壁构件12的外周面的第3管部59构成。

下面对将水蒸发部13的内部的原料气体和包含水蒸汽的混合气体引向重整催化剂体14的动作进行说明。关于燃烧气体的流通动作(参照图9所示的虚线)以及重整气体的流通动作(参照图9所示的一点锁线)，由于与实施形态1说明的相同，所以这些说明省略。

对连接在原料供给手段(未图示)上的原料气体入口40i提供的原料气体，通过原料气体配管40被引入水蒸发部13，提供给连接在水供给手段(未图示)上的水入口41i的水，通过水配管41被引入水蒸发部13。于是，在水蒸发部13的水洼部13滞留了一定量的供水，通过第1筒状壁构件11与燃料气体进行热交换，该提供的水从燃烧气体得到蒸发热而被蒸发为水蒸汽。这样蒸发的水蒸汽和原料气体在水蒸发部13的内部混合，混合气体向重整催化剂体14在水蒸发部13的轴向上上升。

这时，由于将流路分隔构件61配置于水蒸发部13的内部，混合气体在水蒸发部13的第1分隔板64的近旁沿着流路分隔构件61在水蒸发部13的内部一边沿着圆周方向移动，一边向着重整催化剂体14上升。利用这样的流路分隔构件61在水蒸发部13的内部形成螺旋状流路，沿着螺旋状流路，可以使水蒸发部13的内部的混合气体在圆周方向上回旋流动，混合气体长期可以从燃烧气体接收到热量。又，利用该流路分隔构件61抑制混合气体的对流，可以防止上升到第1分隔板64的近旁的混合气体与其下方的冷的混合气体发生混合。

又在水蒸发部13的中途(第1分隔板64的近旁)配置多孔金属部62(气体混合促进手段)，混合气体一边通过多孔金属部62的微孔一边向重整催化剂体14上升。这样，混合气体通过多孔金属部62的微孔时，多孔金属部62促进原料气体与水蒸汽的混合。而且，利用多孔金属部62的微孔可以增加对通过其内部的混合气体的传热表面积，能够提高从混合气体收到的对于燃烧气体的热传导特性，能够提高混合气体的温度。

其后，混合气体暂时被环状的第1分隔板64集中于第2混合气体喷出孔66(气体混合促进手段)，然后通过该第2混合气体喷出孔66流向第1子空间54。这样，在使水蒸发部13的内部的原料气体与水蒸汽向第1子空间54流出时，使原料气体和水蒸汽汇集于单一的第2混合气体喷出孔66的一处，能够促进这些气体的混合。

然后，该第1子空间54中滞留的混合气体向径向外侧流过第1管部57的内部之后，混合气体在第2管部58其流向改变约90°，沿着轴向流过第2管部58的内部，跨越第2分隔板65通过。其后，混合气体在第3管部59再度改变其流向约90°，向径向内侧(向第2子空间55的中心)流过第3管部59的内部，流出到第2子空间55。这样，通过向第2子空间55的中心方向以规定的流速喷出混合气体，能够在第2子空间55的整个一周的所有地方均等提供混合气体。

其后，第2子空间55中滞留的混合气体通过形成于支持构件43的圆周方向的多个第1混合气体喷出孔70以及支持构件43和第1筒状壁构件11之间的环状间隙60，在圆周方向上均匀流向重整催化剂体14，在重整催化剂体14内部由混合气体重整为重整气体，该重整气体经过实施形态1所述的路径被引向下游侧。

如上所述，如图10中的箭头所示，第1子空间54流出的混合气体跨越第2分隔板65通过旁通路径56(气体混合促进手段)的内部呈“コ”字状流动，被引向第2子空间55。

这时，可以使第1子空间中的混合气体汇集于旁通路径56(第1、第2、第3管部57、58、59)，谋求促进气体混合，同时，在混合气体通过旁通路径56时，混合气体的流向大约改变到垂直方向上去，混合气体流变成紊流状态，进一步促进气体混合。

实施形态4

作为实施形态1(图1)、实施形态2(图8)以及实施形态3(图9)中叙述的氢生成装置10的1个适用例，下面叙述具备用包含这些氢生成装置10提供的氢的重整气体进行发电的燃料电池系统的构成及其动作。

图11是表示本发明实施形态4的燃料电池系统的概略结构的方框图。

燃料电池系统100具备氢生成装置10、以及用包含该氢生成装置10提供的氢气的重整气体进行发电的燃料电池。

还有，氢生成装置10的水蒸发部13和重整催化剂体14以及燃烧器15的构成，与实施形态1～3所述的构成相同，因此在这里省略其说明。

又，在这里，从氢生成装置10的重整催化剂体14刚流出的重整气体中，作为其副产品包含一氧化碳气体(以下简称CO气体)，如果将包含CO气体的重整气体原封不动提供给燃料电池80的阳极80a，则燃料电池80的催化剂会收到CO的毒害而造成燃料电池80的发电性能下降。因此，在将重整气体提供给燃料电池80之前，使从重整催化剂体14流出的重整气体中的CO气体浓度降低用的转化器83和净化器84在氢生成装置10以内装的形态设置。更详细地说，转换器83中，从重整催化剂体14送出的重整气体中的CO气体通过与水蒸汽的转化反应变换为二氧化碳气体，以此将重整气体中的CO气体浓度降低到0.5％左右。而在净化器84中，从该转换器83送出的重整气体中的CO气体通过与氧气的选择氧化反应变换为二氧化碳气体，以此进一步将重整气体中的CO气体浓度降低到约10ppm以下。

这以后从净化器84流出的含氢的重整气体如图11所示，通过重整气体排气配管48(参照图1、8、9)被送到燃料电池80的阳极80a，另一方面，通过阴极空气配管82从空气供给装置81(鼓风机)向燃料电池80的阴极80c输送空气。

然后，在燃料电池80的内部，消耗提供给阳极80a的重整气体(氢气)和提供给阴极80c的空气(氧气)，实施输出规定电力的发电动作。

还有，在燃料电池80的阳极80a没有被消耗掉的重整气体(氢气、废气)在通过适当的水分去除手段去除水分之后，通过与燃料气体配管17(参照图1、8、9)连通的废气配管85被引向燃烧器15，也可以作为燃烧器15的燃料气体使用。

采用本实施形态，谋求氢生成装置10的气体流路结构的简化，以得到提高在冷热循环条件下的耐用性和实现低成本化的燃料电池系统100。

又，燃料电池系统100在低负荷运行时，通常氢生成装置10的燃烧器15的燃烧量小，而对于大风等外部干扰燃烧器1 5的燃烧容易受影响。为此，通过将采用燃烧器15的下向火焰结构(参照图8)的氢生成装置10使用于燃料电池系统100，实施形态2中所述的利用燃烧器15的下向火焰结构得到的燃烧器15的提高燃烧稳定性的效果，能更加显著地发挥。

工业应用性

本发明的氢生成装置通过气体流路结构的简化，谋求在冷热循环条件下提高耐用性和实现低成本化，可以使用于进行DSS运行的家用燃料电池系统等用途。

Claims (29)

1.一种氢生成装置，其特征在于，

具备

第1筒状壁构件、

在所述第1筒状壁构件的外侧，与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第2筒状壁构件、

在所述第1筒状壁构件与第2筒状壁构件之间的筒状空间，并排于所述第1和第2筒状壁构件的轴方向上地设置的筒状的水蒸发部以及筒状的重整催化剂体、

向所述水蒸发部供水用的水入口以及提供原料气体用的原料气体入口，

使水蒸气与所述原料气体的混合气体从所述水蒸发部流向所述重整催化剂体，利用重整反应将其重整为含氢的重整气体。

2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，使所述重整气体从所述重整催化剂体的轴方向端部流出。

3.根据权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，在所述重整催化剂体的下方配置所述水蒸发部。

4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述第1和第2筒状壁构件都是圆筒状无缝管。

5.根据权利要求4所述的氢生成装置，其特征在于，具备利用可燃性气体的燃烧生成燃烧气体的燃烧器、以及在所述第1筒状壁构件的内侧与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第3筒状壁构件，形成所述燃烧气体能够流动所述第1筒状壁构件和第3筒状壁构件之间的作为燃烧气体流路的筒状空间的结构。

6.根据权利要求5所述的氢生成装置，其特征在于，使所述燃烧器的火焰向上方形成地设置所述燃烧器。

7.根据权利要求6所述的氢生成装置，其特征在于，所述燃烧器配置于所述第3筒状壁构件的内部空间，而且具备堵塞所述第1筒状壁构件的上端部的第1盖构件以在与所述第3筒状壁构件的上端部之间具有间隙，形成所述燃烧器生成的所述燃烧气体能够从所述第3筒状壁构件的内部通过所述间隙流入所述燃烧气体流路的结构。

8.根据权利要求7所述的氢生成装置，其特征在于，将流过所述燃烧气体流路的燃烧气体引向外部的燃烧气体流出口形成于所述第1筒状壁构件，所述燃烧气体排气管连接于所述第1筒状壁构件，以将从所述燃烧气体流出口流出的所述燃烧气体引向所述第1筒状壁构件的径方向并且向下方。

9.根据权利要求7所述的氢生成装置，其特征在于，具备通过限制所述燃烧气体流路的宽度尺寸变化，在其整个圆周方向上使所述宽度尺寸均匀化的宽度均匀化手段。

10.根据权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，所述宽度均匀化手段包含具有均匀的高度，从所述第3筒状壁构件向所述第1筒状壁构件突出的多个凸起部，所述凸起部的前端与所述第1筒状壁构件接触。

11.根据权利要求10所述的氢生成装置，其特征在于，将所述凸起部以规定的间隔在所述第3筒状壁构件的圆周方向上形成于所述第3筒状壁构件。

12.根据权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，所述均匀化手段包含配置于所述第3筒状壁构件的圆周方向上的具有均匀的剖面的可挠性棒状构件，由所述第1筒状壁构件和所述第3筒状壁构件夹着所述棒状构件。

13.根据权利要求12所述的氢生成装置，其特征在于，所述棒状构件是具有均匀的直径的圆棒。

14.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，在所述第1筒状壁构件的外周面上设置多孔金属膜，在所述多孔金属膜与所述第2筒状壁构件的内周面之间形成所述水蒸汽部的水洼部。

15.根据权利要求14所述的氢生成装置，其特征在于，所述金属膜设置于所述第1筒状壁构件的整个所述外周面。

16.根据权利要求4所述的氢生成装置，其特征在于，具备覆盖所述第2筒状壁构件，在与所述第2筒状壁构件之间形成双重管道的筒状盖，形成从所述重整催化剂体流出的重整气体能够通过所述第2筒状壁构件与所述筒状盖之间的作为重整气体流路的筒状空间的结构。

17.根据权利要求16所述的氢生成装置，其特征在于，具备在所述重整气体流路的中途配置，而且在所述第2筒状壁构件上配置于圆周方向上的可挠性棒状构件，由所述第2筒状壁构件和所述筒状盖夹着所述棒状构件。

18.根据权利要求5所述的氢生成装置，其特征在于，使所述燃烧器的火焰向下方形成地配置所述燃烧器。

19.根据权利要求18所述的氢生成装置，其特征在于，具备与所述燃烧器连接，将所述燃烧气体向下方引导的燃烧筒，所述燃烧气体流路具有设置于所述第3筒状壁构件与所述第1筒状壁构件之间的筒状的第1燃烧气体流路和设置于所述燃烧筒与所述第3筒状壁构件之间的筒状的第2燃烧气体流路，形成从所述燃烧筒流出的所述燃烧气体能够通过所述第2燃烧气体流路流入所述第1燃烧气体流路的结构。

20.根据权利要求19所述的氢生成装置，其特征在于，具备在与所述第3筒状壁构件的上端部之间具有间隙，而且设置为连接于所述燃烧器，堵塞第1筒状壁构件的上端部的第2盖构件、以及与所述燃烧筒的下端部相对地分隔所述第3筒状壁构件的内部的分隔构件。

21.根据权利要求20所述的氢生成装置，其特征在于，所述第2盖构件是形成于所述燃烧筒的基端部的锷部。

22.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，用气体混合促进手段促进所述水蒸发部内部的水蒸汽与通过所述原料气体入口提供的原料气体的混合。

23.根据权利要求22所述的氢生成装置，其特征在于，所述气体混合促进手段包含具有使所述混合气体通过的许多孔的多孔金属部。

24.根据权利要求22所述的氢生成装置，其特征在于，具备在所述第1及第2筒状壁构件之间配置的支持所述重整催化剂体的环状的支持构件、覆盖所述水蒸发部的上端部配置的环状的第1分隔板、以及利用所述支持构件和所述第1分隔板分隔的边界空间，所述混合气体促进手段包含所述第1分隔板上形成的孔，所述水蒸发部的内部的原料气体及水蒸汽聚集于所述孔中进行混合，流出到所述边界空间。

25.根据权利要求24所述的氢生成装置，其特征在于，具备将所述边界空间在轴方向上分隔为两个部分的第2隔板、以及由所述第1和第2分隔板分隔的第1子空间、由所述第2分隔板与所述支持构件分隔的第2子空间，

所述气体混合促进手段包含连接所述第1子空间的内部和所述第2子空间的内部的旁通路径。

26.根据权利要求25所述的氢生成装置，其特征在于，所述旁通路径具有沿着所述第2筒状壁构件的径向向外延伸的第1管道部分、以及连接于所述第1管道部分，沿着所述第2筒状壁构件的轴方向延伸，跨越所述第2分隔板的第2管道部分。

27.根据权利要求26所述的氢生成装置，其特征在于，所述第2管道部分垂直于所述第1管道部分延伸。

28.根据权利要求25所述的氢生成装置，其特征在于，使从所述第1子空间向所述旁通路径流出的混合气体，向所述第2子空间的径方向的内侧流向所述第2子空间。

29.一种燃料电池系统，其特征在于，具备权利要求1～28中的任一项所述的氢生成装置、以及用包含由所述氢生成装置提供的氢气的重整气体进行发电的燃料电池。

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