JP2009107876A - 水素生成装置、および燃料電池発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 変成部に用いられる変成触媒は、効果的に一酸化炭素を低減するため、使用量が多く、触媒層に温度分布にばらつきが出やすくなる。一酸化炭素の低減性を確保しつつ、使用量を低減するためには、触媒層全体を最適な温度に制御することのできる構成が望ましい。
【解決手段】 原料供給部１０から供給される原料と、水供給部９から供給される水分との改質反応により水素含有ガスを生成する改質触媒層２ａを備える改質部２と、改質反応に必要な熱を供給する加熱部１と、一酸化炭素と水蒸気とを変成反応させる変成触媒層３ａを備える変成部３と、水素含有ガスを流入させる変成部３の入口側温度を空冷により調節する変成空冷部３ｄと、水素含有ガスを流出させる変成部３の出口側温度を水供給部９から供給される水分により調節する変成水冷部とを有する水素生成装置を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、化石原料等から一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成する水素生成装置、およびその水素生成装置を用いた燃料電池発電システムに関する。

従来から、高効率発電が可能な燃料電池システムは、発電運転の際に発生する熱エネルギーを利用することができるので、高いエネルギー利用効率を実現することが可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。

燃料電池発電システムとは、発電部の本体である燃料電池スタック（以下、単に「燃料電池」という）に、水素含有ガスと酸素含有ガスとを供給して、水素と酸素との電気化学反応を進行させることにより発生した化学的なエネルギーを、電気的なエネルギーとして取り出して発電するシステムである。

一般的に、水素含有ガスはインフラストラクチャーから供給されていないため、従来の燃料電池発電システムには、原料としての、既存のインフラストラクチャーから供給される都市ガス又はＬＰＧ等を、６００〜７００℃の温度で改質反応させる改質部を備えた水素生成装置が配設されている。

改質反応により得られる水素含有ガスには、通常、原料に由来する一酸化炭素が含まれ、その濃度が高いと、燃料電池の発電特性を低下させる。そこで、水素生成装置には、改質部の他に、２００℃〜３５０℃の温度で一酸化炭素と水蒸気との変成反応を進行させて一酸化炭素を低減させる変成部、および、１００℃〜２００℃の温度で一酸化炭素を選択的に酸化反応させて更に一酸化炭素を低減させる選択酸化部等の反応部が設けられている。なお、上記の改質部、変成部、および選択酸化部には、改質反応、変成反応、および選択酸化反応をそれぞれ進行させるため、例えば、改質部にはＲｕ触媒やＮｉ触媒、変成部にはＣｕ−Ｚｎ系触媒や貴金属系触媒、選択酸化部にはＲｕ触媒等が用いられている。

上記反応部を有する水素生成装置は、各反応部での反応を適切に進行させるために、各反応部の温度を最適温度に維持する必要がある。そこで、例えば、一酸化炭素転化部（変成部）の触媒層を最適温度に維持するために、触媒層中に冷却管を設置する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、一酸化炭素除去装置（選択酸化部）の触媒層を最適温度に維持するために、触媒層の温度に基づいて一酸化炭素除去装置の外壁に空気を送ることによって、触媒層を冷却する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２９３５１０号公報 特開２００５−２３１９６５号公報

変成部に用いられるＣｕ−Ｚｎ系や貴金属系等の変成触媒は、反応性が低いために使用量が多く、触媒層での温度分布にばらつきが出やすくなる。また、上記触媒の反応性は、使用初期の反応性と比較すると、使用時間（水素生成装置の運転頻度）の増加に伴って低下し、最適な動作温度も変化する。例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒では、触媒の反応性が低下した後にも一酸化炭素を安定して低減させるために、初期よりも高い温度で使用すること
が必要となる。すなわち、変成部を安定的に動作させ、一酸化炭素の低減性を安定させるには、変成部の構成を、使用条件に応じて触媒全体を最適な温度に制御することのできる構成にすることが望まれている。

上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料を供給する原料供給部と、水分を供給する水供給部と、原料と水分との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質触媒を備える改質部と、改質部に改質反応に必要な熱を供給する加熱部と、改質部から流出した水素含有ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気とを変成反応させる変成触媒を備える変成部と、水素含有ガス流入直後の変成部の入口側温度を、空冷により調節する変成空冷部と、水素含有ガス流出直前の変成部の出口側温度を、水供給部から供給される水分により調節する変成水冷部とを有する構成とする。

本発明の水素生成装置により、水素含有ガス流入直後の変成部の入口側温度と、水素含有ガス流出直前の変成部の出口側温度を個別に制御することができる。

本発明の水素生成装置および燃料電池発電システムによれば、変成部の触媒層の温度を最適な温度に制御することができるので、原料の供給量の変化時や、触媒の特性低下後の運転時にも、安定して一酸化炭素を低減させることができ、高効率で燃料電池発電システムを稼動させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
〈水素生成装置１００の構成〉
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００の構成と、これを駆動するための付加的構成とを模式的に示すブロック図および断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００の概略構成図である。

図１に示すように、本実施の形態１における水素生成装置１００は、加熱部１、改質部２、変成部３、選択酸化部４、予熱蒸発部６、水トラップ部７、水供給部９、原料供給部１０、燃焼用空気供給部１１、選択酸化用空気供給部１２、および制御部１４を備えている。また、水素生成装置１００には、燃料電池２０１および都市ガスのインフラストラクチャーと接続するための配管、および、流路切り替え弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃを備えている。

加熱部１は、容器Ｚの内部に、火炎が形成される燃焼バーナ部１ａ、着火源となるイグナイター（図示せず）、燃焼を検知するためのフレームロッド（図示せず）を備え、燃焼用空気供給部１１から供給される空気と、原料供給部１０から供給される原料ガス、選択酸化部４にて生成された水素含有ガス、燃料電池２０１の発電時に未使用となるアノードオフガス等を燃焼することにより、改質反応に必要な熱を供給する。本実施の形態１では、加熱部１を円筒状構造とし、加熱部１を中心にして、容器Ｚの内部に改質部２等の反応部を配置し、加熱部１の側壁と容器Ｚの内部に設けられた内壁部Ｂとで燃焼ガス流路５を形成している。

改質部２は、容器Ｚの内部に、Ｒｕ系改質触媒からなる改質触媒層２ａと、改質部２の直下に設けられ、改質触媒層２ａから流出した水素含有ガスの温度を検出する改質温度検出部２ｂとを備え、原料と水分との改質反応により水素含有ガスを生成する。なお、改質
温度検出部２ｂは、改質触媒層２ａに流入する直前の水素含有ガスの温度を検出することにより、改質触媒層２ａの温度を間接的に検出することができる。

変成部３は、容器Ｚの内部に、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒である変成触媒層３ａと、変成触媒層３ａに流入する直前の水素含有ガスの温度を検出する変成第１温度検出部３ｂと、変成触媒層３ａから流出する直前の水素含有ガスの温度、すなわち、変成触媒層３ａの出口側温度を検出する変成第２温度検出部３ｃとを備え、変成反応により水素含有ガス中の一酸化炭素を低減させる。なお、変成第１温度検出部３ｂは、変成触媒層３ａに流入する直前の水素含有ガスの温度を検出することにより、変成触媒層３ａの温度を間接的に検出することができる。

改質部２と変成部３との間には、変成空冷部３ｄが、容器Ｚの外壁部Ａに設けられている。図２に示すように、変成空冷部３ｄは、外壁部Ａの全外周を覆うように設けられた空気ダクト３ｅと、空気ダクト３ｅに空気を供給する空冷ファン３ｆと、空気の出入口となる空気取り入れ部３ｇおよび空気排出部３ｈとで構成されている。空気排出部３ｈから排出された空気は、改質部２から流出した水素含有ガスと熱交換してから、燃焼用空気として加熱部１に供給される。

選択酸化部４は、容器Ｚの内部に、Ｒｕ系触媒である選択酸化触媒層４ａと、選択酸化触媒層４ａの温度を検出する選択酸化温度検出部４ｂとを備え、水素含有ガス中の一酸化炭素を選択的に更に低減させる。なお、変成部３と選択酸化部４との間の空間あるいは選択酸化部４に隣接する外壁部Ａの外側に、選択酸化部４を冷却する空冷ファンを設けることで、選択酸化部４の動作温度を精度良く制御する構成としてもよい。

予熱蒸発部６は、容器Ｚの内部に設けられた内壁部Ｂと隔壁部Ｃにより形成される円筒状の領域に、蒸発棒６ａを備え、水供給部９から供給される水分を蒸発させると同時に、鉛直下方へと水分および原料供給部１０より供給される原料ガスを導く。蒸発棒６ａは、内壁部Ｂと第２の隔壁部Ｃ２により形成される円筒状の領域に、第２の隔壁部Ｃ２の上端から下端に向けて内壁部Ｂと第２の隔壁部Ｃ２とに接するように、加熱部１の周りに螺旋状に配設されている。また、予熱蒸発部６は、第２の隔壁部Ｃ２を介して変成部３と隣接して設けられることにより、予熱蒸発部６を通過する水分と、変成部３を通過する水素含有ガスとが熱交換することのできる変成水冷部として機能する。

水トラップ部７は、容器Ｚの内部に設けられた内壁部Ｂの、改質触媒層２ａより上方の第４の隔壁部Ｃ４と対向する面に、環状に設けられたＬ字型突起であり、予熱蒸発部６において蒸発し切れずに蒸発棒６ａに沿って流れ落ちてきた液水をトラップする。また、水トラップ部７は、内壁部Ｂに設けられることにより、トラップした液水と加熱部１により発生した燃焼ガスとの熱交換を可能にする。また、第４の隔壁部Ｃ４の一部は、改質部２から流出した水素含有ガスと、予熱蒸発部６内の水分および原料ガスとの熱交換を可能にする。このように、本実施の形態１では、水トラップ部７と第４の隔壁部Ｃ４の一部が、熱交換部８として機能する。

水供給部９は、インジェクションポンプ等で構成された水ポンプである。水供給部９は、異物等を除去した後の改質反応に必要な水分を、供給量を適切に制御しながら、容器Ｚの上壁部Ｄに設けられた水供給口１０１を通じて、予熱蒸発部６に供給する。

原料供給部１０は、ダイアフラムポンプ等で構成されるブースターポンプであり、本実施の形態１では、都市ガスのインフラストラクチャーに接続されている。原料供給部１０は、硫黄等の成分を脱硫剤で除去した後の改質反応に必要な原料である都市ガスを、供給量を適切に制御しながら、外壁部Ａに設けられた原料供給口１０２を通じて、予備蒸発部
６に供給する。

燃焼用空気供給部１１は、シロッコファン等で構成され、供給量を適切に制御しながら、加熱部１に空気を供給する。

選択酸化用空気供給部１２は、ダイアフラム式ポンプ等で構成されている。選択酸化用空気供給部１２は、外壁部Ａに設けられた空気供給口１０３に接続されて、変成部３と選択酸化部４との間の空間に滞留する水素含有ガスに空気を供給する。

制御部１４は、ＣＰＵ等からなる演算部（図示せず）と、内部メモリ等からなる記憶部（図示せず）等を有する演算装置、例えば、マイコン等により構成されている。制御部１４は、後述する燃料電池発電システム２００の発電運転等の際、改質温度検出部２ｂ、変成第１温度検出部３ｂ、変成第２温度検出部３ｃ、選択酸化温度検出部４ｂからの出力信号や、記憶部に記憶されているシーケンス等に基づき、水供給部９、原料供給部１０、燃焼用空気供給部１１、選択酸化用空気供給部１２、流路切り替え弁１３ａ、１３ｂおよび１３ｃの水素生成装置１００を構成する各構成要素の動作を適宜制御する。

なお、改質温度検出部２ｂ、変成第１温度検出部３ｂ、変成第２温度検出部３ｃ、選択酸化温度検出部４ｂでは、水素含有ガスの温度あるいは各触媒体の温度が測定できれば、本実施の形態に示す温度を測定する構成に限らなくてもよい。

〈水素生成装置１００の動作〉
図１に示すように、本実施の形態１における水素生成装置１００の動作時には、制御部１４により、水供給部９と原料供給部１０とを作動させて、水分と原料ガスとを予熱蒸発部６に供給する。本実施の形態１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。水分の供給量は、原料ガスの平均組成である炭素原子に対して、約３倍量の水分子を含むこと、すなわち、スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ比）で３を目安として、水分の供給量を設定する。

本実施の形態１における水素生成装置１００では、水供給部９から水供給口１０１を通って予熱蒸発部６に供給された水分は、第１の隔壁部Ｃ１に沿って流れた後、内壁部Ｂと第２の隔壁部Ｃ２との間を、蒸発棒６ａに沿って螺旋状に旋回しながら鉛直下方へと流れ落ちる。また同時に、原料供給部１０から原料供給口１０２を通って予熱蒸発部６に供給された原料ガスは、第１の隔壁部Ｃ１上の空間に供給された後、内壁部Ｂと第２の隔壁部Ｃ２との間を、蒸発棒６ａに沿って螺旋状に旋回しながら鉛直下方へと移動する。

また、制御部１４により、加熱部１を作動させ、内壁部Ｂを介して改質部２における改質触媒層２ａを加熱する。加熱部１で発生させた燃焼ガスは、燃焼ガス流路５を通過する際、内壁部Ｂを介して予熱蒸発部６内の水分および原料ガスを加熱する。本実施の形態１では、改質温度検出部２ｂにより検出される改質触媒層２ａから流出した水素含有ガスの温度が約６５０℃となるように、加熱部１が排出する燃焼ガスの温度を制御する。

このように、予熱蒸発部６では、原料供給部１０から供給された原料ガスは、加熱部１が排出する高温状態の燃焼ガスにより所定の温度にまで加熱されると共に、水供給部９から供給された水分を蒸発させることにより得た水蒸気と十分に混合される。原料ガスと水蒸気との混合気は、上方の予熱蒸発部６から下方の改質部２に向かって流れ、改質触媒層２ａに供給される。

改質部２で生成された水素含有ガスは、改質部２の下方より流出すると、容器Ｚの下壁部Ｅに沿って流れた後、外壁部Ａと熱交換部８により形成された空間を上昇する。この際
、水素含有ガスは、熱交換部８において予熱蒸発部６内の水分および原料ガスと熱交換を行うことにより冷却された後、さらに上昇して変成触媒層３ａに供給される。

変成部３では、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、変成反応により所定の濃度にまで低減させる。本実施の形態１では、変成部３における変成第１温度検出部３ｂにより検出される変成触媒層３ａに流入する直前の水素含有ガスの温度が約２５０℃となるよう、変成空冷部３ｄの動作を制御する。また、予熱蒸発部６を変成水冷部として機能させ、変成第２温度検出部３ｃで検出される変成触媒層３ａから流出する直前の水素含有ガスの温度が約２００℃となるよう、水供給部９の動作を制御する。すなわち、変成第２温度検出部３ｃで検出される温度が約２００℃となるように、スチームカーボン比（Ｓ／Ｃ比）で３を目安として、水分の供給量を制御する。これにより、変成部３から流出する直前の水素含有ガス、すなわち、変成部３内の出口側の水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度は、約０．５％（ドライガスベース）となる。

変成部３から流出した水素含有ガスには、選択酸化用空気供給部１２から空気供給口１０３を通じて、空気が供給される。本実施の形態１では、変成部３から流出した水素含有ガスに供給する空気の供給量を、上記水素含有ガスに含まれる酸素量が一酸化炭素に対して約２倍のモル数となるように、かつ、選択酸化温度検出部４ｂにより検出される選択酸化触媒層４ａの温度が約１５５℃となるように、選択酸化用空気供給部１２からの空気の供給量を制御する。

選択酸化部４では、水素含有ガスに含まれる一酸化炭素の濃度が約２０ｐｐｍ以下となるように、水素含有ガスを生成する。一酸化酸素濃度が所定値以下となった水素含有ガスは、外壁部Ａに設けられた燃料ガス取り出し口１０５より排出され、流路切り替え弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃを通じて燃料電池２０１、あるいは加熱部１に吸入される。

このように、本実施の形態１における水素生成装置１００は、変成空冷部３ｄおよび変成水冷部として機能する予熱蒸発部６を有することにより、変成部３に流入する直前および変成部３より流出する直前の水素含有ガスの温度、すなわち、変成部３の入口側温度および出口側温度を、個別に制御することができる。これにより、変成触媒層３ａ全体を、一酸化炭素を低減させるための最適な温度に制御することができるため、変成部３での温度分布を改善することができる。その結果、水素含有ガスにおける一酸化炭素の低減性を確保することができ、触媒の特性低下後にも安定して一酸化炭素を低減させることができる。

〈水素生成装置１００の効果〉
本実施の形態１における水素生成装置１００により得られる効果を、水素生成装置１００への原料供給量を増減させた場合を一例にして説明する。

一般に、水素生成装置への原料供給量が少ない場合、変成部からの放熱量に対する水素含有ガスの保有熱量が相対的に少なくなるので、変成部の内部では、入口側から出口側に向って温度分布のばらつきが大きくなり、出口側温度が低下する。その状態で、水素生成装置への原料供給量を増加させると、水素含有ガスの保有熱量は増加するが、原料供給時の増加速度が速いと、変成部での温度上昇が追いつかなくなる。変成部は、温度が低いと反応速度が遅くなるので、一酸化炭素の低減性を確保するには、変成触媒の量を多くする必要がある。しかし、変成触媒層での温度分布にばらつきが出やすくなり、変成触媒の有効利用の観点からは好ましくない。また、一酸化炭素の低減性を確保するには、変成触媒の温度を高く維持すればよいが、原料供給量を急激に増加させて変成部の入口側温度のみを高くすると、その影響を受けて、変成部の出口側温度が過昇温し、変成部の出口側における一酸化炭素が増加する場合がある。

しかしながら、本実施の形態１における水素生成装置１００では、変成空冷部３ｄおよび変成水冷部として機能する予熱蒸発部６により、変成部３の入口側温度および出口側温度を、個別に制御することができるので、例えば、原料供給量を急激に増加させても、変成部３の入口側温度を上昇させるように変成空冷部３ｄの動作を制御しつつ、変成部３の出口側温度の過昇温を防止するように、変成水冷部として機能する余熱蒸発部６の動作を制御することができる。その結果、変成部３を最適温度に維持することができるので、一酸化炭素の低減性を確保することができる。

また一般に、一定負荷状態で運転する場合、変成部の内部温度は、変成部入口側の水素含有ガスの温度と、変成反応による発熱と、変成水冷部による冷却度合いと、周囲への放熱によって決まる。そのため、使用環境が高温の場合、周囲への放熱が減少して、変成部の出口側温度が上昇してしまい、変成部による一酸化炭素の低減性能が低下してしまう。

しかしながら、本実施の形態１における水素生成装置１００では、水供給部９から供給される水量を増加して変成水冷部の冷却度合いを高めることにより、変成部３の出口側温度を適温に抑え、一酸化炭素の低減性を確保することができる。

また、通常の水素生成装置では、変成触媒層の温度分布のばらつきによる一酸化炭素の増加、変成触媒の劣化による一酸化炭素の増加をカバーするため、変成部での変成触媒の使用量を多くしているが、本実施の形態１における水素生成装置１００では、変成部３を最適温度に維持することができるので、変成触媒の使用量も低減することができる。

本実施の形態１における水素生成装置１００では、変成空冷部３ｄの空気排出部３ｈから排出される空気が、改質部２から流出した水素含有ガスと熱交換した後に、燃焼用空気として加熱部１に供給されることにより、水素生成装置１００の熱効率を向上させることができる。

また、第２の隔壁部Ｃ２を介して変成部３と隣接して設けた予熱蒸発部６を、変成水冷部として機能させることにより、水素生成装置１００の構成を簡素化することができる。なお、変成水冷部は、上記構成に限られることはなく、予熱蒸発部６に供給される全ての水あるいは一部の水が変成水冷部を通過する構成であれば、変成部３を通過する水素含有ガスと熱交換することができるので、水素含有ガスの生成に影響を及ぼすことはなく、何ら問題はない。

また、容器Ｚの内部に、加熱部１を中心に、順次、予熱蒸発部６と、変成部３とを円環状に配置することで、加熱部１と変成部３の熱を予熱蒸発に有効に利用することができる。なお、加熱部１と変成部３の熱を有効に利用することができる構成であれば、上記構成に限られることはない。

〈燃料電池発電システム２００の構成〉
図３は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電システム２００の構成を示すブロック図である。図３に示すように、本実施の形態１における燃料電池発電システム２００は、燃料電池２０１、燃料電池２０１のアノードに発電用の燃料となる水素含有ガスを供給する水素生成装置１００、燃料電池２０１のカソードに空気を供給する燃料電池空気供給部２０５、水素生成装置１００で生成された水素含有ガスを燃料電池２０１のアノードに供給する水素含有ガス経路２０２、燃料電池２０１の発電時に未使用となるアノードオフガスを水素生成装置１００に送るオフガス経路２０３、流路切り替え弁１３ａ、１３ｃを介して水素含有ガス経路２０２とオフガス経路２０３を接続するバイパス経路２０４により構成されている。

なお、本実施の形態１における燃料電池発電システム２００には、例えば、発電時に発生する熱を貯留する貯湯槽等の一般的な燃料電池発電システムが備える構成を有するが、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態１における燃料電池発電システム２００では、水素生成装置１００から供給される、一酸化炭素が安定して低減された水素含有ガスを用いて発電動作を行うが、一般的な燃料電池発電システムと同様の動作なので、その詳細な説明は省略する。

本発明における水素生成装置および燃料電池発電システムは、化石原料等から一酸化炭素濃度の低い水素含有ガスを生成することが可能な水素生成装置および燃料電池発電システムとして、産業上、有益に利用することが可能である。

本発明の実施の形態１における水素生成装置の構成とこれを駆動するための付加的構成とを模式的に示すブロック図および断面図 本発明の実施の形態１における水素生成装置の概略構成図 本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムを模式的に示すブロック図

符号の説明

１ 加熱部
１ａ 燃焼バーナ部
２ 改質部
２ａ 改質触媒層
２ｂ 改質温度検出部
３ 変成部
３ａ 変成触媒層
３ｂ 変成第１温度検出部
３ｃ 変成第２温度検出部
３ｄ 変成空冷部
３ｅ 空気ダクト
３ｆ 空冷ファン
３ｇ 空気取り入れ部
３ｈ 空気排出部
４ 選択酸化部
４ａ 選択酸化触媒層
４ｂ 選択酸化温度検出部
５ 燃焼ガス流路
６ 予熱蒸発部
６ａ 蒸発棒
７ 水トラップ部
８ 熱交換部
９ 水供給部
１０ 原料供給部
１１ 燃焼用空気供給部
１２ 選択酸化用空気供給部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 流路切り替え弁
１４ 制御部
Ａ 外壁部
Ｂ 内壁部
Ｃ 隔壁部
Ｄ 上壁部
Ｅ 下壁部
Ｃ１ 第１の隔壁部
Ｃ２ 第２の隔壁部
Ｃ３ 第３の隔壁部
Ｃ４ 第４の隔壁部
Ｚ 容器
１００ 水素生成装置
１０１ 水供給口
１０２ 原料供給口
１０３ 空気供給口
１０５ 燃料ガス取り出し口
２００ 燃料電池発電システム
２０１ 燃料電池
２０２ 水素含有ガス経路
２０３ オフガス経路
２０４ バイパス経路
２０５ 燃料電池空気供給部

Claims (7)

1. 原料を供給する原料供給部と、
   水分を供給する水供給部と、
   前記原料供給部から供給される原料と、前記水供給部から供給される水分との改質反応により水素含有ガスを生成させる改質触媒を備える改質部と、
   前記改質部に、前記改質反応に必要な熱を供給する加熱部と、
   前記改質部から流出した水素含有ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気とを変成反応させる変成触媒を備える変成部と、
   前記水素含有ガス流入直後の変成部の入口側温度を、空冷により調節する変成空冷部と、
   前記水素含有ガス流出直前の変成部の出口側温度を、前記水供給部から供給される水分により調節する変成水冷部とを有する水素生成装置。
2. 前記変成部に、
   前記水素含有ガス流入直後の変成部の入口側温度を検出する、変成第１温度検出部と、
   前記水素含有ガス流出直前の変成部の出口側温度を検出する、変成第２温度検出部とを設け、
   前記変成空冷部は、前記変成第１温度検出部により検出される温度に基づき、空冷の動作を行い、
   前記水供給部は、前記変成第２温度検出部により検出される温度に基づき、前記変成水冷部に水分を供給する動作を行う、
   請求項１に記載の水素生成装置。
3. 前記水供給部は、前記変成水冷部を通じて、前記改質部に水分を供給する、
   請求項１または２に記載の水素生成装置。
4. 前記加熱部は、燃焼バーナであり、
   前記変成空冷部は、空冷後の空気を、燃焼用空気として前記燃焼バーナに供給する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の水素生成装置。
5. 前記水供給部から供給される水分から水蒸気を発生させ、前記改質部に前記水蒸気を供給する予熱蒸発部を有し、
   前記予熱蒸発部は、前記予熱蒸発部の外壁面の一部と前記変成部の内壁面の少なくとも一部とが接触するように構成される、
   請求項１〜４のいずれかに記載の水素生成装置。
6. 前記加熱部を中心に、順次、前記予熱蒸発部と、前記変成部とを円環状に配置する、
   請求項５に記載の水素生成装置。
7. 請求項１〜６のいず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前記水素含有ガスを燃料とする燃料電池とを備える燃料電池発電システム。

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