JP2022106324A - 水素生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、溶接工数を削減しつつ、ＣＯ除去器の径方向の温度分布ばらつきを小さく抑制することができる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、第１流路へ二次水素含有ガスを排出するＣＯ低減器と、第１隔壁に上下両端部が固定され空気と二次水素含有ガスを混合させる空気混合筒と、二次水素含有ガスの一酸化炭素を低減するＣＯ除去器と、ＣＯ除去器底板と、を備える。空気混合筒は、二次水素含有ガスをヘッダー流路に流出させる吹き出し穴と、ＣＯ除去器底板の内周側の下面と当接してＣＯ除去器底板を下から支持する支持部を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、水素生成装置に関する。

特許文献１は、ＣＯ除去器の温度分布ばらつきを小さく抑制する水素生成装置を開示する。この水素生成装置は、空気と水素含有ガスの混合ガスが流れる空気混合筒と、上方に向かうに従って空気混合筒の径が小さくなるように傾斜する傾斜部と、傾斜部に円周方向に複数設けられヘッダー流路に斜め上方に流出させる吹き出し穴と、を備える。

特開２０１８－１１８８６３号公報

本開示は、溶接工数を削減しつつ、ＣＯ除去器の径方向の温度分布ばらつきを小さく抑制することができる水素生成装置を提供する。

本開示における水素生成装置は、加熱部と、加熱部の外周を囲む燃焼筒と、燃焼筒の外周を囲む加熱部隔壁と、加熱部隔壁の外周を囲む第１隔壁と、第１隔壁の外周を囲む第２隔壁と、燃焼筒と加熱部隔壁との間に形成される燃焼ガス流路と、蒸発部と、改質器と、第１隔壁と第２隔壁との間に形成されるリターン流路と、ＣＯ低減器と、ＣＯ除去器と、筒状の空気混合筒と、ドーナツ盤形状の区画部材と、空気供給管と、伝熱緩衝空間と、ＣＯ低減器と伝熱緩衝空間とを仕切る第３隔壁と、通気構造でドーナツ盤形状のＣＯ除去器底板と、を備えている。

加熱部は、可燃ガスを燃焼して、燃焼排ガスを排出し、燃焼ガス流路は、上方に燃焼排ガスを流す。蒸発部は、加熱部隔壁と第１隔壁との間の上部に形成され、加熱部隔壁を介して伝わる熱で原料ガスと水とを加熱して、水を蒸発させる。

改質器は、加熱部隔壁と第１隔壁との間の下部に改質触媒を充填して形成され、加熱部隔壁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。リターン流路は、改質器から流出した一次水素含有ガスを上方に流す。

ＣＯ低減器は、第１隔壁と第２隔壁との間で、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、改質器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変成反応で低減して、二次水素含有ガスとして排出する。

ＣＯ除去器は、第１隔壁と第２隔壁との間で、ＣＯ低減器の上方で、蒸発部の外周側に隣接する部分に一酸化炭素除去触媒を充填して形成され、ＣＯ低減器から排出される二次水素含有ガスの一酸化炭素の濃度を選択酸化反応で更に低減して、三次水素含有ガスとして排出する。

空気混合筒は、ＣＯ低減器とＣＯ除去器と第１隔壁と第２隔壁とで囲まれた空間を、内周側空間である第２流路と外周側空間とに区画し、上下両端部が第１隔壁に固定される。

区画部材は、内周側端部が空気混合筒に固定され、外周側端部が第２隔壁に固定され、外周側空間を外周側上部空間であるヘッダー流路と外周側下部空間である第１流路とに区画する。空気供給管は、第１流路に空気を供給する。

伝熱緩衝空間は、ＣＯ低減器と第１隔壁との間に、ＣＯ低減器と蒸発部との第１隔壁を介した熱交換が抑制されるように設けられ、第１流路と連通する。

ＣＯ除去器底板は、内径が第１隔壁の外径よりも大きく、外径が第２隔壁の内径よりも小さく、ＣＯ除去器とヘッダー流路とを仕切って、一酸化炭素除去触媒がＣＯ除去器から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。

空気混合筒は、燃焼筒を挟んで空気供給管の先端と対向する位置に設けられた第２流路入口と、空気混合筒の上端部に向かうに従って空気混合筒の径が小さくなるように傾斜する傾斜部と、傾斜部に円周方向に複数設けられた吹き出し穴と、支持部と、を有する。

第２流路入口は、第１流路の空気と混合された二次水素含有ガスを第２流路に流入させる。吹き出し穴は、第２流路の空気と混合された二次水素含有ガスをヘッダー流路に流出させる。支持部は、ＣＯ除去器底板の内周側の下面と当接してＣＯ除去器底板を下から支持する。

本開示における水素生成装置は、溶接工数を削減しつつ、空気混合筒上部の吹き出し穴とＣＯ除去器との距離のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、空気混合筒上部の吹き出し穴から水素含有ガスの噴流をＣＯ除去器の外径と内径との中央部に安定して当てることができ、ＣＯ除去器の径方向の温度分布ばらつきを小さく抑制することができる。

実施の形態１における水素生成装置の概略構成図 他の形態における水素生成装置の概略構成図 他の形態における水素生成装置の概略構成図

（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燃料から、水蒸気改質反応によって水素を生成して、さら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。

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形状で、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と、一酸化炭素低減触媒を充填したＣＯ低減器と、一酸化炭素除去触媒を充填したＣＯ除去器とを軸心方向に配列した水素生成装置により得るものであった。

ＣＯ除去器で消費する酸素を含んだ空気と水素含有ガスとを効率よく混合する目的で、ＣＯ低減器とＣＯ除去器との間に空気混合筒を配設した場合は、空気を含む水素含有ガスが空気混合筒の吹き出し穴からＣＯ除去器へ至るまでに、周囲との熱交換により温度が上昇し、ＣＯ除去器において径方向に温度分布が大きく生じることで、一酸化炭素除去触媒が機能する適切な温度範囲から外れた触媒が存在することになり、ＣＯ除去器によるＣＯ
除去能力が不十分になるという課題があった。

そのため、当該業界では、この課題に対して、空気混合筒上端部に向かうに従って空気混合筒の径が小さくなるように傾斜する傾斜部を空気混合筒上部に設け、傾斜部に設けられた吹き出し穴から空気を含む水素含有ガスを斜め上方に向かって流出させることで、空気を含む水素含有ガスをＣＯ除去器の径方向の中心部に導く製品設計をするのが一般的であった。

そうした状況下において、発明者らは、吹き出し穴からの水素含有ガスの噴流がＣＯ除去器の外周と内周との中央部からずれた位置に当たると、ＣＯ除去器に流入する水素含有ガスの流量分布の偏りが径方向で大きくなり、空気を含む水素含有ガスから一酸化炭素触媒によって発生する熱量とＣＯ除去器の内周側および外周側への放熱量とのバランスが崩れて、ＣＯ除去器の径方向に大きな温度分布ばらつきが発生するということをヒントにして、ＣＯ除去器の外周と内周との中央部に水素含有ガスの噴流を当てることで、ＣＯ除去器の径方向の温度分布ばらつきを小さく抑制することを考えた。

そして発明者らは、その着想を実現するには、空気混合筒と、一酸化炭素除去触媒を下から支持するＣＯ除去器底板と、をそれぞれ溶接で蒸発部に固定させる際に、それぞれの溶接位置のばらつきにより、吹き出し穴からＣＯ除去器に至るまでの距離がばらつき、ＣＯ除去器の内径と外径との中央部に空気を含む水素含有ガスの噴流を安定して当てることができないという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。

そこで、本開示は、空気混合筒上端部に、ＣＯ除去器底板の下面と当接してＣＯ除去器底板を下から支持するための支持部を設け、支持部と蒸発部とを溶接固定して、支持部の上にＣＯ除去器底板を載せることで、溶接工数を削減しつつ、空気混合筒上部の吹き出し穴からＣＯ除去器までの距離のばらつきを小さく抑えることができる水素生成装置を提供する。

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。

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。

（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。

［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、ＣＯ除去器１２４と、伝熱緩衝空間１２５と、加熱部１２０の外周を囲む燃焼筒１３０と、燃焼筒１３０の外周を囲む加熱部隔壁１３１と、加熱部隔壁１３１の外周を囲む第１隔壁１３２と、第１隔壁１３２の外周を囲む第２隔壁１３３と、第３隔壁１３４と、空気混合筒１３５と、空気供給管１３７と、ＣＯ除去器底板１４０と、を備える。

蒸発部１２１は、加熱部隔壁１３１と第１隔壁１３２との間の上部に形成される。

改質器１２２は、加熱部隔壁１３１と第１隔壁１３２との間の下部に改質触媒を充填して形成される。

ＣＯ低減器１２３は、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３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る。

ＣＯ除去器１２４は、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３との間で、ＣＯ低減器１２３の上方で、蒸発部１２１の外周側に隣接する部分に一酸化炭素除去触媒を充填して形成される。

燃焼ガス流路１５０は、燃焼筒１３０と加熱部隔壁１３１との間に形成される。リターン流路１５１は、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３との間に形成される。

空気混合筒１３５は、上下両端部が第１隔壁１３２に固定され、ＣＯ低減器１２３とＣＯ除去器１２４と第１隔壁１３２と第２隔壁１３３とで囲まれた空間を、内周側空間である第２流路１５３と外周側空間とに区画する筒状の部材である。区画部材１３６は、内周側端部が空気混合筒１３５に固定され、外周側端部が第２隔壁１３３に固定され、外周側空間を外周側上部空間であるヘッダー流路１５４と、外周側下部空間である第１流路１５２とに区画するドーナツ盤形状の部材である。

さらに、空気混合筒１３５は、燃焼筒１３０を挟んで空気供給管１３７の先端と対向する位置に設けられる第２流路入口１６０と、空気混合筒１３５の上端部に向かうに従って空気混合筒１３５の径が小さくなるように傾斜する傾斜部１３８と、傾斜部１３８に円周方向に複数設けられた吹き出し穴１６１と、支持部１３９と、を有する。

支持部１３９は第１隔壁１３２に溶接固定されている。傾斜部１３８の傾斜角度は、吹き出し穴の開口面の法線の延長線が支持部１３９の上端部の高さで、ＣＯ低減器１２３の内径と外径との中央部に位置する角度となるよう設計されている。

伝熱緩衝空間１２５は、ＣＯ低減器１２３と第１隔壁１３２との間に設けられ、第１流路１５２と連通している。第３隔壁１３４は、ＣＯ低減器１２３と、伝熱緩衝空間１２５とを仕切る。

ＣＯ除去器底板１４０は、内径が第１隔壁１３２の外径よりも大きく、外径が第２隔壁１３３の内径よりも小さいドーナツ盤形状の部材である。ＣＯ除去器底板１４０は、通気構造を有し、ＣＯ除去器１２４とヘッダー流路１５４とを仕切って一酸化炭素除去触媒がＣＯ除去器１２４から落下しないように一酸化炭素除去触媒を下から支持している。

ＣＯ除去器底板１４０は、ＣＯ除去器底板１４０の内周側の下面と当接する支持部１３９によって下から支持され、さらに、上から一酸化炭素除去触媒が充填されることで、一酸化炭素除去触媒の自重で押さえつけられる。そのため、第１隔壁１３２とＣＯ除去器底板１４０とを溶接固定せずとも、ＣＯ除去器底板１４０の位置は変動しない。

［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。

加熱部１２０は、可燃ガスを燃焼して、燃焼排ガスを排出する。加熱部１２０が可燃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を所望の温度に加熱することができる。燃焼排ガスは、燃焼ガス流路１５０を通って上方に流
され外部に排出される。

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、加熱部隔壁１３１を介して伝わる熱で水が気化し、原料ガスと水蒸気との混合ガスとなる。水素生成装置１００は、筒状の筐体を有しているため、蒸発部１２１内の混合ガスは、図１において、軸方向に流れるだけでなく、加熱部１２０を同心軸として回転方向にも流れる。

そのため、改質器１２２も、およそドーナツ状の形状をしており、その全周から混合ガスが改質器１２２に流入する。

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、か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。

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。

一次水素含有ガスは、改質器１２２からリターン流路１５１に流入する。リターン流路１５１はドーナツ状の形状をしており、リターン流路１５１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、一酸化炭素を低減している。このとき、ＣＯ低減器１２３は２５０℃まで温度が上昇する。

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。

二次水素含有ガスは、ＣＯ低減器１２３から排出されて、第１流路１５２に流入する。伝熱緩衝空間１２５は第１流路１５２と連通しており、二次水素含有ガスの一部は伝熱緩衝空間１２５へ流入する。蒸発部１２１とＣＯ低減器１２３とが伝熱緩衝空間１２５で仕切られていることにより、蒸発部１２１とＣＯ低減器１２３との第１隔壁１３２を介した
熱交換が抑制されている。

第１流路１５２はドーナツ状の形状をしているため、空気供給管１３７を介して注入された空気とＣＯ低減器１２３から排出された二次水素含有ガスとが、第１流路１５２の周方向に流れ混合される。

空気と混合された二次水素含有ガスは、第２流路入口１６０を介して第２流路１５３に流入する。第２流路１５３もドーナツ状の形状をしており、第２流路１５３に流入した空気と混合された二次水素含有ガスは、第２流路１５３の周方向に流れる。

その後、第２流路１５３から吹き出し穴１６１を介してヘッダー流路１５４に斜め上方に排出され、吹き出し穴１６１からの空気と混合された二次水素含有ガスの噴流は、ＣＯ除去器の内径と外径との中央部に当たり、ＣＯ除去器１２４に供給される。

ＣＯ除去器１２４は、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る。このときＣＯ除去器１２４は１５０℃程度まで温度が上昇する。

ただし、１５０℃は典型的な温度であって、反応によるＣＯ除去器１２４内の温度は、ＣＯ除去器１２４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。

ＣＯ低減器１２３からＣＯ除去器１２４にかけて隣接している蒸発部１２１はＣＯ低減器１２３およびＣＯ除去器１２４の触媒の反応熱により高温化している。原料ガスと液体の水とを冷媒として、第１隔壁１３２を介して熱交換されることによって冷やされ、その結果、ＣＯ低減器１２３およびＣＯ除去器１２４の壁面を冷却し、内部での温度上昇をある程度抑えることができる。一方、原料ガスと液体の水は熱交換により温度が上昇し、水は水蒸気に気化する。

同様に、ＣＯ低減器１２３からＣＯ除去器１２４にかけて隣接している第２隔壁１３３は、ＣＯ低減器１２３およびＣＯ除去器１２４の触媒の反応熱により高温化している。第２隔壁１３３は外気と熱交換されることによって冷やされ、その結果、ＣＯ低減器１２３およびＣＯ除去器１２４の壁面を冷却し、内部での温度上昇を、ある程度抑えることができる。

ＣＯ除去器１２４は内周側の第１隔壁１３２と外周側の第２隔壁１３３とから冷却されているが、ＣＯ除去器１２４の内径と外径との中央部から双方へ熱が伝わることで、径方向の温度分布は小さく抑制される。

ＣＯ除去器１２４によって一酸化炭素をさらに低減された二次水素含有ガスは、三次水素含有ガスとして排出される。

［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、ＣＯ低減器１２３と、ＣＯ除去器１２４と、伝熱緩衝空間１２５と、燃焼筒１３０と、加熱部隔壁１３１と、第１隔壁１３２と、第２隔壁１３３と、第３隔壁１３４と、空気混合筒１３５と、区画部材１３６と、空気供給管１３７と、傾斜部１３８と、支持部１３９と、ＣＯ除去器底板１４０と、燃焼ガス流路１５０と、リターン流路１５１と、第１流路１５２と、第２流路１５３と、ヘッダー流路１５４と、第２流路入口１６０と、吹き出し穴１６１と、を備える。

加熱部１２０は、可燃ガスを燃焼して、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、加熱部１２０の外周を囲むように構成（配置）されている。加熱部隔壁１３１は、燃焼筒１３０の外周を囲むように構成（配置）されている。

第１隔壁１３２は、加熱部隔壁１３１の外周を囲むように構成（配置）されている。第２隔壁１３３は、第１隔壁１３２の外周を囲むように構成（配置）されている。燃焼ガス流路１５０は、上方に燃焼排ガスを流す流路であって、燃焼筒１３０と加熱部隔壁１３１との間に形成されている。

蒸発部１２１は、加熱部隔壁１３１を介して伝わる熱で原料ガスと水とを加熱して、水を蒸発させる部位であって、加熱部隔壁１３１と第１隔壁１３２との間の上部に形成されている。

改質器１２２は、加熱部隔壁１３１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部位であって、加熱部隔壁１３１と第１隔壁１３２との間の下部に改質触媒を充填して形成されている。

リターン流路１５１は、改質器１２２から流出した一次水素含有ガスを上方に流す流路であって、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３との間に形成されている。

ＣＯ低減器１２３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変成反応で低減して、二次水素含有ガスとして排出する部位であって、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３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ている。

ＣＯ除去器１２４は、ＣＯ低減器１２３から排出される二次水素含有ガスの一酸化炭素の濃度を選択酸化反応で更に低減して、三次水素含有ガスとして排出する部位であって、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３との間で、ＣＯ低減器１２３の上方で、蒸発部１２１の外周側に隣接する部分に一酸化炭素除去触媒を充填して形成されている。

空気混合筒１３５は、ＣＯ低減器１２３とＣＯ除去器１２４と第１隔壁１３２と第２隔壁１３３とで囲まれた空間を、内周側空間である第２流路１５３と外周側空間とに区画するように構成された筒状の部材である。空気混合筒１３５は、上下両端部が第１隔壁１３２に固定されている。

区画部材１３６は、外周側空間を外周側上部空間であるヘッダー流路１５４と外周側下部空間である第１流路１５２とに区画するように構成されたドーナツ盤形状の部材であって、内周側端部が空気混合筒１３５に固定され、外周側端部が第２隔壁１３３に固定され
ている。空気供給管１３７は、第１流路１５２に空気を供給するように構成された部材である。

伝熱緩衝空間１２５は、ＣＯ低減器１２３と蒸発部１２１との第１隔壁１３２を介した熱交換が抑制されるように、ＣＯ低減器１２３と第１隔壁１３２との間に設けられた空間であって、第１流路１５２と連通する空間である。第３隔壁１３４は、ＣＯ低減器１２３と伝熱緩衝空間１２５とを仕切るように構成された部材である。

ＣＯ除去器底板１４０は、ＣＯ除去器１２４とヘッダー流路１５４とを仕切って、一酸化炭素除去触媒がＣＯ除去器１２４から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ように構成された通気構造でドーナツ盤形状の部材である。ＣＯ除去器底板１４０は、内径が第１隔壁１３２の外径よりも大きく、外径が第２隔壁１３３の内径よりも小さい。

空気混合筒１３５は、第２流路入口１６０と、傾斜部１３８と、吹き出し穴１６１と、支持部１３９と、を有している。

第２流路入口１６０は、燃焼筒１３０を挟んで空気供給管１３７の先端と対向する位置で、第１流路１５２の空気と混合された二次水素含有ガスを、第２流路１５３に流入させる部位である。

傾斜部１３８は、空気混合筒１３５の上端部に向かうに従って、径が小さくなるように傾斜する空気混合筒１３５の部位である。

吹き出し穴１６１は、第２流路１５３の空気と混合された二次水素含有ガスをヘッダー流路１５４に流出させるように、傾斜部１３８に円周方向に複数設けられた部位である。

支持部１３９は、空気混合筒１３５において、ＣＯ除去器底板１４０の内周側の下面と当接してＣＯ除去器底板１４０を下から支持するように、構成された部位である。

上記構成において、空気混合筒１３５の支持部１３９が、ＣＯ除去器底板１４０の内周側の下面と当接してＣＯ除去器底板１４０を下から支持することにより、空気混合筒１３５上部の吹き出し穴１６１とＣＯ除去器１２４との距離のばらつきを小さく抑えることができる。

そのため、空気を含む水素含有ガスの噴流を、ＣＯ除去器１２４の内径と外径との中央部に安定して当てることができ、ＣＯ除去器１２４の径方向の温度分布ばらつきを小さく抑制することができる。

本実施の形態のように、水素生成装置１００は、支持部１３９を第１隔壁１３２に溶接固定し、ＣＯ除去器底板１４０を第１隔壁１３２に固定しない構成としてもよい。

本実施の形態の水素生成装置１００は、ＣＯ除去器底板１４０を、第１隔壁１３２と第２隔壁１３３のどちらにも固定しなくても、ＣＯ除去器底板１４０は、ＣＯ除去器底板１４０の自重と一酸化炭素除去触媒の重みで、ＣＯ除去器底板１４０の内周側の下面が、ＣＯ除去器底板１４０の下方に位置する空気混合筒１３５の支持部１３９と当接して、上下方向に変位できないので、支持部１３９（空気混合筒１３５における上部）を第１隔壁１３２に溶接するだけで、第１隔壁１３２に対して、空気混合筒１３５の位置とＣＯ除去器底板１４０の位置とが変動しない構成とすることができる。

そのため、ＣＯ除去器底板１４０と第１隔壁１３２との溶接工数を削減できる。

（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。

そこで、以下、図２～図３を用いて、他の実施の形態を例示する。

実施の形態１では、ＣＯ除去器底板の一例として、平板形状のＣＯ除去器底板１４０を説明した。ＣＯ除去器底板は、内径が第１隔壁１３２の外径よりも大きく、外径が第２隔壁１３３の内径よりも小さく、ＣＯ除去器１２４とヘッダー流路１５４とを仕切って一酸化炭素除去触媒がＣＯ除去器１２４から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通気構造のドーナツ盤形状であればよい。したがって、ＣＯ除去器底板は、平板形状のＣＯ除去器底板１４０に限定されない。ただし、ＣＯ除去器底板として、平板形状のＣＯ除去器底板１４０を用いれば、加工コストを低く抑えることができる。

また、ＣＯ除去器底板として、内周側において第１隔壁１３２に沿うように絞り加工を施された図２に示す水素生成装置２００のＣＯ除去器底板２４０を用いてもよい。ＣＯ除去器底板としてＣＯ除去器底板２４０を用いれば、ＣＯ除去器底板２４０の内周側において第１隔壁１３２に沿う部分の長さを任意に設計し、空気混合筒１３５上部の吹き出し穴１６１からＣＯ除去器１２４までの距離のばらつきを小さく抑えることができる。

実施の形態１では、支持部の一例として、円筒形状の支持部１３９を説明した。支持部は、ＣＯ除去器底板１４０の内周側の下面と当接してＣＯ除去器底板１４０を下から支持し、第１隔壁１３２に溶接固定されているものであればよい。したがって、支持部は、円筒形状の支持部１３９に限定されない。ただし、支持部として、円筒形状の支持部１３９を用いれば、空気混合筒１３５と一体化して形成できるので、加工コストを低く抑えることができる。

また、図３に示す水素生成装置３００のように、支持部として上端部に溶接ワイヤを用いて溶接を施し、溶接ビードを有する支持部３３９を用いてもよい。支持部として支持部３３９を用いれば、ＣＯ除去器底板１４０の下面と当接する支持部の上端部の径方向の寸法を大きくすることができ、ＣＯ除去器底板１４０の径方向の寸法ばらつきが大きくても支持部３３９からの脱落を抑制できる。

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。

本開示は、溶接固定される部品間の距離のばらつき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、ＣＯ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。

１００，２００，３００ 水素生成装置
１２０ 加熱部
１２１ 蒸発部
１２２ 改質器
１２３ ＣＯ低減器
１２４ ＣＯ除去器
１２５ 伝熱緩衝空間
１３０ 燃焼筒
１３１ 加熱部隔壁
１３２ 第１隔壁
１３３ 第２隔壁
１３４ 第３隔壁
１３５ 空気混合筒
１３６ 区画部材
１３７ 空気供給管
１３８ 傾斜部
１３９，３３９ 支持部
１４０，２４０ ＣＯ除去器底板
１５０ 燃焼ガス流路
１５１ リターン流路
１５２ 第１流路
１５３ 第２流路
１５４ ヘッダー流路
１６０ 第２流路入口
１６１ 吹き出し穴

Claims (2)

1. 可燃ガスを燃焼して、燃焼排ガスを排出する加熱部と、
   前記加熱部の外周を囲む燃焼筒と、
   前記燃焼筒の外周を囲む加熱部隔壁と、
   前記加熱部隔壁の外周を囲む第１隔壁と、
   前記第１隔壁の外周を囲む第２隔壁と、
   前記燃焼筒と前記加熱部隔壁との間に形成され、上方に前記燃焼排ガスを流す燃焼ガス流路と、
   前記加熱部隔壁と前記第１隔壁との間の上部に形成され、前記加熱部隔壁を介して伝わる熱で原料ガスと水とを加熱して、前記水を蒸発させる蒸発部と、
   前記加熱部隔壁と前記第１隔壁との間の下部に改質触媒を充填して形成され、前記加熱部隔壁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隔壁と前記第２隔壁との間で、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変成反応で低減して、二次水素含有ガスとして排出するＣＯ低減器と、
   前記第１隔壁と前記第２隔壁との間で、前記ＣＯ低減器の上方で、前記蒸発部の外周側に隣接する部分に一酸化炭素除去触媒を充填して形成され、前記ＣＯ低減器から排出される前記二次水素含有ガスの一酸化炭素の濃度を選択酸化反応で更に低減して、三次水素含有ガスとして排出するＣＯ除去器と、
   前記ＣＯ低減器と前記ＣＯ除去器と前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた空間を、内周側空間である第２流路と外周側空間とに区画し、上下両端部が前記第１隔壁に固定される筒状の空気混合筒と、
   内周側端部が前記空気混合筒に固定され、外周側端部が前記第２隔壁に固定され、前記外周側空間を外周側上部空間であるヘッダー流路と外周側下部空間である第１流路とに区画するドーナツ盤形状の区画部材と、
   前記第１流路に空気を供給する空気供給管と、
   前記ＣＯ低減器と前記第１隔壁との間に、前記ＣＯ低減器と前記蒸発部との前記第１隔壁を介した熱交換が抑制されるように設けられた、前記第１流路と連通する伝熱緩衝空間と、
   前記ＣＯ低減器と前記伝熱緩衝空間とを仕切る第３隔壁と、
   内径が前記第１隔壁の外径よりも大きく、外径が前記第２隔壁の内径よりも小さく、前記ＣＯ除去器と前記ヘッダー流路とを仕切って、前記一酸化炭素除去触媒が前記ＣＯ除去器から落下しないように前記一酸化炭素除去触媒を下から支持する通気構造でドーナツ盤形状のＣＯ除去器底板と、
   を備えた水素生成装置であって、
   前記空気混合筒は、前記燃焼筒を挟んで前記空気供給管の先端と対向する位置で前記第１流路の空気と混合された前記二次水素含有ガスを前記第２流路に流入させる第２流路入口と、前記空気混合筒の上端部に向かうに従って前記空気混合筒の径が小さくなるように傾斜する傾斜部と、前記傾斜部に円周方向に複数設けられ前記第２流路の空気と混合された前記二次水素含有ガスを前記ヘッダー流路に流出させる吹き出し穴と、前記ＣＯ除去器底板の内周側の下面と当接して前記ＣＯ除去器底板を下から支持する支持部と、を有している、水素生成装置。
2. 前記空気混合筒の支持部は、前記第１隔壁に溶接固定されているが、前記ＣＯ除去器底板は固定されていない、請求項１に記載の水素生成装置。

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