JP2018090425A - 水素生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素生成装置が設置される面に傾斜があっても改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の熱交換性能を部分的に向上させて選択酸化触媒温度を低下させる。【解決手段】内筒３０と、中筒３１と、上筒部３１ａ及び中間筒部３１ｂと内筒３０との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路３３を有し、炭化水素系の原料と水との混合ガスを生成する蒸発器５とを備え、蒸発器５における、上筒部３１ａと内筒３０との間に位置する螺旋状流路３３の幅が、中間筒部３１ｂと内筒３０との間に位置する螺旋状流路３３の幅よりも広くすることにより、上筒部３１ａに近接するＣＯ除去器に充填している選択酸化触媒をより冷却することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素化合物を原料として水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池に燃料ガスを供給する水素生成装置に関するものである。

近年、小型装置でも高効率な発電を可能とする燃料電池発電システムは、分散型エネルギー供給源の発電システムとして開発が進められている。

しかし、発電時の燃料となる水素ガス又は水素含有ガスは、一般的なインフラとして整備されていない。そこで、例えば都市ガス、プロパンガス等の既存の化石原料インフラから供給される原料を利用し、それらの原料と水蒸気（水）との改質反応により水素含有ガスを生成させる水素生成装置が、燃料電池発電システムに併設される。

一般的に水素生成装置は、原料と水とを改質反応させ、水素含有ガスを生成させる改質器を備える。また、水素含有ガス中の一酸化炭素を低減させるＣＯ低減器、および一酸化炭素を酸化させて除去するＣＯ除去器を設ける構成がとられることが多い。

それらの反応器には、各反応に適した触媒、例えば、改質器にはＲｕやＮｉを含んだ改質触媒、ＣＯ低減器にはＣｕ−Ｚｎを含んだ変成触媒、ＣＯ除去器にはＲｕを含んだ選択酸化触媒等が用いられている。

また、各触媒には反応に適した設計温度があり、改質触媒は６５０℃程度、変成触媒は２５０℃程度、選択酸化触媒は１５０℃程度で使用されることが多い。特に、選択酸化触媒では、設計温度より高すぎると劣化が早まり所定の耐久時間の確保ができない、逆に、設計温度より低すぎると一酸化炭素を十分に低減させることができなくなる。

水蒸気（水）と原料の混合ガス中における水分子と炭素原子との比（以下Ｓ／Ｃと記載）は一定の範囲になるように制御する必要がある。なぜならば、Ｓ／Ｃが小さすぎると改質触媒部分で炭素が析出し易くなり改質触媒の寿命が短くなり、Ｓ／Ｃが大きすぎると水を蒸発させるためのエネルギーが多く必要となり効率が下がってしまうからである。

また、家庭で消費される電力量に応じて発電量を定格運転から部分負荷運転に変えて運転できることが望ましい。従って、発電量に応じて原料とともに供給される水の量も変える必要がある。

特許文献１は、内側に排ガス流路、外側に改質ガス流路または触媒部を備え、内外の両面で熱交換を行う、二重筒状の水蒸発部を有する水素生成装置の一例である。二重筒状の蒸発器には、棒状の螺旋体が内筒と外筒の両方に密着しており、内筒と外筒と上下の螺旋体で仕切られた空間に螺旋状流路が形成されている。螺旋状流路の下部に位置する棒状の螺旋体に沿って水が自重により重力方向の上から下に流れるように構成されている。

蒸発器では、内筒の内側を流れる排ガスの熱により水が蒸発し、外筒の外側のＣＯ低減器の変成触媒とＣＯ除去器の選択酸化触媒の両方の温度が上がり過ぎないようにコントロールする。水が確実に螺旋状流路の下部に位置する棒状の螺旋体に沿って上から下にスムーズに流れるように意図されている。螺旋体に沿って水が流れることによって、蒸発器の内筒を介して排ガスと水、蒸発器の外筒を介して触媒と水が、それぞれ熱交換する。

必要な水素量を得るために、原料と適正なＳ／Ｃによって必要な水量は決まる。蒸発器内で必要な水量を蒸発させるためには、蒸発器の内筒および外筒において十分な熱交換面積が必要であり、熱交換面積は内筒及び外筒と接していて水が流れる螺旋体の長さに依存するので、必要な螺旋体長さを確保する必要がある。

一方、構造設計上、蒸発器の高さと径を変えないで、螺旋体の長さを長くするには、螺旋体を密に巻く必要があり、螺旋体の巻きピッチを小さくすることが必要となる。変成触媒は２５０℃程度であるのに対して、選択酸化触媒は１５０℃程度まで低下させて使用するので、蒸発器とＣＯ除去器との熱交換量を蒸発器とＣＯ低減器との熱交換量よりも大きくする必要がある。

このために蒸発器では、ＣＯ除去器近傍のほうがＣＯ低減器近傍よりも螺旋棒を密に巻いて水との熱交換面積を大きくしている。

特許文献２に開示された水素生成装置は、二重筒状の蒸発器には、内筒を加工することにより内筒と一体である螺旋状の突起部を連続的に設けて、内筒と外筒との間に螺旋状の流路を形成させ、螺旋状流路の下部の螺旋状の突起部に沿って水が自重により重力方向の上から下にスムーズに流れるように意図されている。

特開２００８−６３１９３号公報 特許第５０４４０４８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、水が螺旋状流路中の螺旋体に沿って流れることにより、水が蒸発器の内筒と外筒とを冷却するので、蒸発器の内側を流れるガスと蒸発器の内筒、及び蒸発器の外側に配置する変成触媒及び選択酸化触媒と蒸発器の外筒、とがそれぞれ熱交換する。

蒸発器内で必要な水量を蒸発させるためには、蒸発器の内筒および外筒において十分な熱交換面積が必要であり、熱交換面積は内筒及び外筒と接していて水が流れる螺旋体の長さに依存するので、十分な螺旋体長さを確保する必要がある。

変成触媒の設計温度２５０℃に比べて、選択酸化触媒の設計温度は１５０℃であるので蒸発器では、変成触媒よりも選択酸化触媒とより多く熱交換して温度を低下させる必要がある。

蒸発器の上流部において、蒸発器の下流部に比べて熱交換性能を上げるために、選択酸化触媒部に近接する蒸発器の螺旋棒の巻きピッチを変成触媒に比べて小さくすることにより螺旋棒の長さを長くして、水との熱交換面積を増やしている。

螺旋棒の螺旋ピッチを小さくして密に巻くと、水が流れる螺旋状流路の下り勾配角度が小さくなる。水素生成装置の設置場所に螺旋状流路の下り勾配角度以上の傾斜があると、水がスムーズに流れなくなる。つまり、蒸発器へ単位時間当たりに所定の水量を供給しても、水の流れが螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まり、その下流部に水が流れなくなり蒸発量が減り、改質反応が不安定になるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水素生成装置の設置場所に傾斜があって
も影響を受けずに、蒸発器の上流部の熱交換面積を大きくして、蒸発器の上流部の熱交換量を蒸発器の下流部に比べて、大きくすることを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、軸方向が略鉛直方向になる多重筒状に配置された内筒、中筒及び外筒と、内筒の内側に配置され内筒を加熱する加熱器と、中筒の上筒部及び中間筒部と内筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有し、炭化水素系の原料と水が供給されて、内筒からの熱により原料と水との混合ガスを生成する蒸発器と、中筒の下筒部と内筒の間に、改質触媒を充填して形成され、混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、中間筒部と外筒の間に変成触媒を充填して形成され、改質ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減するＣＯ低減器と、上筒部と外筒の間に選択酸化触媒を充填して形成され、ＣＯ低減器から流出した改質ガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により低減するＣＯ除去器と、を有する水素生成装置であって、蒸発器における、上筒部と内筒との間に位置する螺旋状流路の幅が、中間筒部と内筒との間に位置する螺旋状流路の幅よりも広くしたものである。

これによって、蒸発器における選択酸化触媒に近接している部分では、螺旋状流路の幅を広くすることにより螺旋体の単位長さ当たりに水との熱交換面積を大きくできるので、螺旋体の巻きピッチを小さくして螺旋体を密に巻くことにより螺旋体の長さを長くすることが不要となり、水素生成装置の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の上流部の熱交換量を蒸発器の下流部に比べて、大きくすることができる。

本発明の水素生成装置は、水素生成装置の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の上流部の熱交換量を、蒸発器の下流部よりも、大きくすることができる。つまり水素生成量が不安定にならず水素利用機器に生成水素を安定して供給することができる。

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を示す縦断面図 本発明の実施の形態２における水素生成装置の概略構成図

第１の発明は、軸方向が略鉛直方向になる多重筒状に配置された内筒、中筒及び外筒と、内筒の内側に配置され内筒を加熱する加熱器と、中筒の上筒部及び中間筒部と内筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有し、炭化水素系の原料と水が供給されて、内筒からの熱により原料と水との混合ガスを生成する蒸発器と、中筒の下筒部と内筒の間に、改質触媒を充填して形成され、混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、中間筒部と外筒の間に変成触媒を充填して形成され、改質ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減するＣＯ低減器と、上筒部と外筒の間に選択酸化触媒を充填して形成され、ＣＯ低減器から流出した改質ガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により低減するＣＯ除去器と、を有する水素生成装置であって、蒸発器における、上筒部と内筒との間に位置する螺旋状流路の幅が、中間筒部と内筒との間に位置する螺旋状流路の幅よりも広くしたものである。

これによって、蒸発器の上流部では、螺旋状流路の幅を広くすることにより螺旋体の単位長さ当たりに水との熱交換面積を大きくできるので、螺旋体の巻きピッチを小さくして
螺旋体を密に巻くことにより螺旋体の長さを長くすることが不要となる。従って、水素生成装置の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の上流部の熱交換量を、蒸発器の下流部よりも、大きくすることができる。

第２の発明は、特に第１の発明の螺旋状流路は、内筒と、中筒と、内筒の外周面と中筒の内周面に接触する螺旋体とで形成されたものである。

これによって、内筒と、中筒と、螺旋体との３部品をセットして、内筒の拡管工法や外筒の縮管工法により、容易に蒸発器を製作することが出来、蒸発器の上流部では、螺旋状流路の幅を広くすることにより螺旋体の単位長さ当たりに水との熱交換面積を大きくできるので、螺旋体の巻きピッチを小さくして螺旋体を密に巻くことにより螺旋体の長さを長くすることが不要となる。

従って、水素生成装置の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の上流部の熱交換量を、蒸発器の下流部よりも、大きくすることができる。

第３の発明は、特に第１の発明の螺旋状流路は、内筒に設けられた螺旋状の凸部が、中筒に接触する構造としたものである。

これによって、内筒を例えばハイドロフォーミングなどのバルジ加工によって、凸部の寸法が異なっても、容易に設定することが出来、かつ最小限の部品点数で蒸発器を製作することが出来、蒸発器の上流部では、螺旋状流路の幅を広くすることにより螺旋体の単位長さ当たりに水との熱交換面積を大きくできるので、螺旋体の巻きピッチを小さくして螺旋体を密に巻くことにより螺旋体の長さを長くすることが不要となる。

従って、水素生成装置の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の上流部の熱交換量を、蒸発器の下流部よりも、大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水素生成装置の概略構成図を示す縦断面図である。

図１に示すように、水素生成装置１は、５°の傾斜の付いた地面に設置されている。内筒３０、中筒３１、及び外筒３２は、軸方向が略鉛直方向になる多重筒状に配置され、内筒３０の内側には内筒３０を加熱する加熱器１９が配置されている。

中筒３１は、上筒部３１ａ、中間筒部３１ｂ、及び下筒部３１ｃとで構成されて、一本の筒が形成されている。蒸発器５は、上筒部３１ａ及び中間筒部３１ｂと内筒３０との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路３３を配置し、炭化水素系の原料と水が供給されて、内筒３０からの熱により原料と水との混合ガスを生成する。

螺旋状流路３３は、設置場所の傾斜角度（５°）以上の下り勾配（１０°）である。螺旋状流路３３は、内筒３０と、中筒３１と、内筒３０の外周面と中筒３１の内周面に接触する棒状の螺旋体３５とで形成されている。

蒸発器５は、内筒３０を拡管することにより、螺旋体３５を内筒３０と中筒３１の両方に密着させることができるので、製造することが可能となる。

改質器１０は、下筒部３１ｃと内筒３０の間に形成され、改質触媒１１が充填され、蒸発器５から流出した混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する。

ＣＯ低減器１３は、中間筒部３１ｂと外筒３２の間に形成され、変成触媒１４が充填され、改質器１０から流出した改質ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減する。

ＣＯ除去器１５は、上筒部３１ａと外筒３２の間に形成され、選択酸化触媒１６が充填され、ＣＯ低減器１３から流出した改質ガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により低減する。

螺旋状流路３３は、第一螺旋状流路３３ａと第二螺旋状流路３３ｂで構成されている。上筒部３１ａと内筒３０の間に位置する第一螺旋状流路３３ａには第一螺旋体３５ａが、中間筒部３１ｂと内筒３０の間に位置する第二螺旋状流路３３ｂには第二螺旋体３５ｂがそれぞれ密着しており、第一螺旋状流路３３ａの幅は第二螺旋状流路３３ｂの幅よりも広く構成されている。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１について、以下その動作、作用を説明する。

水素生成装置１は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に１６Ｌ／分の水素を得るために、原料を４．３Ｌ／分、Ｓ／Ｃを３として水を１２ｃｃ／分供給した。

水と原料が供給され、水は第一螺旋状流路３３ａの第一螺旋体３５ａに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路３３ａを下方に流れる。第一螺旋体３５ａは内筒３０及び上筒部３１ａと密着しているので、水は第一螺旋体３５ａに沿って確実に流れ、内筒３０および上筒部３１ａの外側に位置するＣＯ除去器１５の選択酸化触媒１６と熱交換する。

その後、水は第二螺旋状流路３３ｂの第二螺旋体３５ｂに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路３３ｂを下方に流れる。第二螺旋体３５ｂは内筒３０及び中間筒部３１ｂと密着しているので、水は第二螺旋体３５ｂに沿って確実に流れ、内筒３０および中間筒部３１ｂの外側に位置するＣＯ低減器１３の変成触媒１４と熱交換する。

水は下方に流れながら蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒１１に供給され改質ガスとなる。改質ガスは下筒部３１ｃと外筒３２の間を通り、改質ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒１４と選択酸化触媒１６とでそれぞれ反応した後に、出口配管１７から水素生成装置１の外部に出る。

加熱器１９は燃焼器であり、加熱器１９から出た排ガスは、燃焼筒２１と内筒３０の間に構成される排ガス流路２２中を下から上に向かって流れることにより、運転時に改質触媒１１を設計温度である約６５０〜５５０℃になるように加熱し、その後に蒸発器５を加熱して、排出口２３より排気される。

蒸発器５における中筒３１と近接しているＣＯ低減器１３の変成触媒１４及びＣＯ除去器１５の選択酸化触媒１６は、水が螺旋状流路３３に沿って流れることによる冷却効果に
よって温度バランスを取っている。変成触媒１４が最適に反応するための温度は２５０〜３００℃であるのに対して、選択酸化触媒１６が最適に反応するための温度は１２０〜１６０℃である。

選択酸化触媒１６は、この温度範囲の中で、できるだけ温度を低めに設定することにより熱劣化を抑制できるので、少ない触媒量で耐久性をより確保することが出来る。

第一螺旋状流路３３ａと第二螺旋状流路３３ｂの幅が同じであるときには、選択酸化触媒は１４０〜１６０℃程度で安定することになるが、第一螺旋状流路３３ａの幅を第二螺旋状流路３３ｂの幅より大きくすること、つまり棒状である第一螺旋体３５ａの太さを第二螺旋体３５ｂより太くすることにより、第一螺旋体３５ａが存在する部分で水との熱交換面積を大きくすることが出来るので、近接するＣＯ除去器１５に充填されている選択酸化触媒１６をより冷却することができ、１２０〜１４０℃程度の温度に安定させることが出来る。

以上のように、本実施の形態においては、蒸発器５におけるＣＯ除去器１５に近接している部分では、螺旋状流路３３の幅を広くすることにより、螺旋体３５の単位長さ当たりの水との熱交換面積を大きくできる。

これにより、螺旋体３５の巻きピッチを小さくして螺旋体３５を密に巻くことにより螺旋体３５の長さを長くする構成にしなくても、熱交換量を大きくすることが出来る。したがって、水素生成装置１は傾斜がある場所に設置されているが、螺旋状流路３３は設置場所の傾斜角度（５°）以上の下り勾配（１０°）を確保できるので、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路３３中の螺旋体３５の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることはない。

なお、蒸発器５は、中筒３１を縮管することにより、螺旋体３５を内筒３０と中筒３１の両方に密着させることもできる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における水素生成装置の概略構成図を示す縦断面図である。図２において、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１と同じ構成要素には同じ符号を付与し詳細な説明を省略する。

図２に示す実施の形態２における水素生成装置２において、図１に示す実施の形態１の水素生成装置１と異なる点は、蒸発器６が、内筒３０と、中筒３１と、内筒３０に設けられた螺旋状凸部３４とで構成されて、螺旋状凸部３４が中筒３１に接触するような構造として螺旋状流路３３を形成させていることである。

上筒部３１ａと内筒３０との間に位置する第一螺旋状流路３３ａには第一螺旋状凸部３４ａが、中間筒部３１ｂと内筒３０との間に位置する第二螺旋状流路３３ｂには第二螺旋状凸部３４ｂがそれぞれ密着しており、第一螺旋状流路３３ａの幅は第二螺旋状流路３３ｂの幅よりも広く構成されている。また、傾斜は無く平坦な面に置いた図である。

以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置２について、以下その動作、作用を説明する。

水素生成装置２は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に１６Ｌ／分の水素を得るために、原料を４．３Ｌ／分、Ｓ／Ｃを３として水を１２ｃｃ／分供給した。

水と原料が供給され、水は第一螺旋状流路３３ａの第一螺旋状凸部３４ａに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路３３ａを下方に流れる。第一螺旋状凸部３４ａは上筒部３１ａと密着しているので、水は第一螺旋状凸部３４ａに沿って確実に流れ、内筒３０および上筒部３１ａの外側に位置するＣＯ除去器１５の選択酸化触媒１６と熱交換する。

その後、水は第二螺旋状流路３３ｂの第二螺旋状凸部３４ｂに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路３３ｂを下方に流れる。第二螺旋状凸部３４ｂは中間筒部３１ｂと密着しているので、水は第二螺旋状凸部３４ｂに沿って確実に流れ、内筒３０および中間筒部３１ｂの外側に位置するＣＯ低減器１３の変成触媒１４と熱交換する。

水は下方に流れながら蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒１１に供給され改質ガスとなる。改質ガスは下筒部３１ｃと外筒３２の間を通り、改質ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒１４と選択酸化触媒１６とでそれぞれ反応した後に、出口配管１７から水素生成装置１の外部に出る。

加熱器１９は燃焼器であり、加熱器１９から出た排ガスは、燃焼筒２１と内筒３０の間に構成される排ガス流路２２中を下から上に向かって流れることにより、運転時に改質触媒１１を設計温度である約６５０〜５５０℃になるように加熱し、その後に蒸発器６を加熱して、排出口２３より排気される。

蒸発器６における中筒３１と近接しているＣＯ低減器１３の変成触媒１４及びＣＯ除去器１５の選択酸化触媒１６は、水が螺旋状流路３３に沿って流れることによる冷却効果によって温度バランスを取っている。

変成触媒１４が最適に反応するための温度は２５０〜３００℃であるのに対して、選択酸化触媒１６が最適に反応するための温度は１２０〜１６０℃である。選択酸化触媒１６はこの温度範囲の中でできるだけ温度を低めに設定することにより熱劣化を抑制できる。

第一螺旋状流路３３ａと第二螺旋状流路３３ｂの幅が同じであるときには、選択酸化触媒は１４０〜１６０℃程度で安定になるが、第一螺旋状流路３３ａの幅を第二螺旋状流路３３ｂの幅より大きくすること、つまり第一螺旋状凸部３４ａの凸長さを第二螺旋状凸部３４ｂより長くすることにより、第一螺旋状凸部３４ａが存在する部分で水との熱交換面積を大きくすることが出来るので、近接するＣＯ除去器１５に充填されている選択酸化触媒１６をより冷却することができ、１２０〜１４０℃程度の温度に安定させることが出来る。

以上のように、本実施の形態においては、蒸発器６におけるＣＯ除去器１５に近接している部分では、螺旋状凸部３４の凸長さが長くなることにより螺旋状凸部３４の単位長さ当たりの水との熱交換面積を大きくできる。

これにより、螺旋状凸部３４の螺旋ピッチを小さくして螺旋状凸部３４を密に設けることによって螺旋状凸部３４の長さを長くするといった構成にしなくても、熱交換量を大きくすることができる。

したがって、水素生成装置２の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路３３中の螺旋状凸部３４の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることない。

なお、本実施の形態では円筒形状で構成される水素生成装置について説明しているが、
円筒形状以外の反応器にも当てはまることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる水素生成装置は、蒸発器の螺旋状流の幅の一部を大きくすることにより螺旋体の単位長さ当たりの水との熱交換面積を大きくできるので、螺旋体の巻きピッチを小さくして螺旋体を密に巻くことにより螺旋体の長さを長くすることが不要となる。

従って、水素生成装置の設置場所に傾斜があっても、常に水がスムーズに流れ、水が螺旋状流路中の螺旋体の途中で一時的に止まらず、改質反応を不安定にさせることなく、蒸発器の上流部の熱交換量を、蒸発器の下流部よりも、大きくすることができるので、水素生成装置にだけではなく一般に蒸発器を有する機器全般に応用できる。

１ 水素生成装置
２ 水素生成装置
５ 蒸発器
６ 蒸発器
１０ 改質器
１１ 改質触媒
１３ ＣＯ低減器
１４ 変成触媒
１５ ＣＯ除去器
１６ 選択酸化触媒
１７ 出口配管
１９ 加熱器
２１ 燃焼筒
２２ 排ガス流路
２３ 排出口
３０ 内筒
３１ 中筒
３１ａ 上筒部
３１ｂ 中間筒部
３１ｃ 下筒部
３２ 外筒
３３ 螺旋状流路
３３ａ 第一螺旋状流路
３３ｂ 第二螺旋状流路
３４ 螺旋状凸部
３４ａ 第一螺旋状凸部
３４ｂ 第二螺旋状凸部
３５ 螺旋体
３５ａ 第一螺旋体
３５ｂ 第二螺旋体

Claims (3)

1. 軸方向が略鉛直方向になる多重筒状に配置された内筒、中筒及び外筒と、
   前記内筒の内側に配置され前記内筒を加熱する加熱器と、
   前記中筒の上筒部及び中間筒部と前記内筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有し、炭化水素系の原料と水が供給されて、前記内筒からの熱により前記原料と前記水との混合ガスを生成する蒸発器と、
   前記中筒の下筒部と前記内筒の間に、改質触媒を充填して形成され、前記混合ガスが供給されて、水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、
   前記中間筒部と前記外筒の間に変成触媒を充填して形成され、前記改質ガス中の一酸化炭素濃度を変成反応により低減するＣＯ低減器と、
   前記上筒部と前記外筒の間に選択酸化触媒を充填して形成され、前記ＣＯ低減器から流出した前記改質ガス中の一酸化炭素濃度を選択酸化反応により低減するＣＯ除去器と、
   を有する水素生成装置であって、
   前記蒸発器における、前記上筒部と前記内筒との間に位置する前記螺旋状流路の幅が、前記中間筒部と前記内筒との間に位置する前記螺旋状流路の幅よりも広い、水素生成装置。
2. 前記螺旋状流路は、前記内筒と、前記中筒と、前記内筒の外周面と前記中筒の内周面に接触する螺旋体とで形成された、
   請求項１に記載の水素生成装置。
3. 前記螺旋状流路は、前記内筒に設けられた螺旋状の凸部が、前記中筒に接触する構造である、
   請求項１に記載の水素生成装置。

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