WO2018055788A1 - 水素生成装置 - Google Patents

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正裕 谷川
英俊 若松
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Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen generator for supplying hydrogen to a fuel cell power generator, and more particularly to a heat insulating structure in the hydrogen generator.
  • a steam reforming reaction type is generally used as a hydrogen generator for a fuel cell power generator.
  • This hydrogen generator is a reforming unit that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen by reacting the reformed water evaporated in the vaporizing unit with a raw material gas composed of hydrocarbon at a high temperature of about 600 to 800 ° C. And a metamorphic section that reduces the concentration of carbon monoxide gas contained in the reformed gas by a metamorphic shift reaction.
  • the hydrogen generator includes a CO removing unit that reduces the carbon monoxide gas concentration by a selective oxidation reaction.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a conventional hydrogen generator disclosed in Patent Document 1.
  • a conventional hydrogen generator 101 includes a hydrogen generating chemical reaction vessel 102 having a multi-cylindrical structure having a central axis in the vertical direction, and a bottomed cylinder that covers the bottom surface and the outer peripheral surface of the hydrogen generating chemical reaction vessel 102. And a heat insulating container 103 having a shape.
  • the hydrogen generation chemical reaction vessel 102 includes a combustor 104, an evaporator 105, a reformer 106, a transformer 107, and a CO remover 108.
  • the evaporator 105 constitutes an evaporation channel with an inner cylinder 109, an outer cylinder 110, and a spiral partition 111 formed by forming a round bar provided between the inner cylinder 109 and the outer cylinder 110 into a spiral shape.
  • the raw material gas and the reformed water are supplied to the evaporator 105 having such a structure.
  • the raw material gas is supplied from the raw material supplier 112, and the water is supplied from the reformed water supplier 113.
  • the water supplied to the evaporator 105 is heated and evaporated by the combustion gas flowing through the combustion gas flow path 114, and as a result, the evaporator 105 generates a mixed gas of the raw material gas and water vapor.
  • the mixed gas that has passed through the evaporator 105 is reformed by a reforming reaction by a reforming reaction, a converter 107 that reduces the concentration of carbon monoxide generated by the reforming reaction by a shift shift reaction, and carbon monoxide. It is discharged from the hydrogen discharge port 115 through a CO remover 108 that further reduces the concentration of the gas by selective oxidation.
  • combustion gas generated in the combustor 104 passes through the combustion gas flow path 114 between the combustion cylinder 116 and the inner cylinder 109 and is discharged from the combustion gas discharge port 117.
  • the hydrogen generation chemical reaction vessel 102 is insulated by being enclosed in a heat insulation vessel 103.
  • the heat insulating container 103 is integrally formed by laminating a plurality of fumed silica heat insulating plates 118 on a lower glass cloth 120, a body glass cloth 121, and an upper glass cloth 122 using an adhesive 119. Fixed.
  • a multi-cylindrical hydrogen generation chemical reaction vessel 102 having a central axis in the vertical direction is included, so that the heat insulation loss of the cylindrical structure is prevented from occurring in the gap between the hydrogen generation chemical reaction vessel 102 and the heat insulation vessel 103.
  • the container 103 is required.
  • the heat insulating container 103 is formed by laminating a plurality of fumed silica heat insulating plates 118 formed by press-molding fumed silica powder to about 60 mm in the vertical direction (vertical direction), and then applying a compressive load to the whole in the laminating direction. The gap between the layers is eliminated and the height of the heat insulating material is changed to a predetermined thickness. Further, a glass cloth sheet (a lower glass cloth 120, a body glass cloth 121, and an upper glass cloth 122) coated with an adhesive 119 is attached to the outer peripheral portion of the laminated body of the fumed silica heat insulating material plates 118, and an integrated structure is obtained. By doing so, heat leakage from the laminated interface is prevented.
  • the lower glass cloth 120, the body glass cloth 121, and the upper glass cloth 122 coated with the adhesive 119 are attached to the outer peripheral portion of the laminated fumed silica heat insulating plate 118, the lower glass cloth 120 and the upper glass cloth 122 are It is necessary to cover up to the edge of the laminate of the fumed silica heat insulating plate 118.
  • a glass cloth sheet (lower glass cloth 120, trunk glass cloth 121, upper glass) A plurality of slits are provided in the cloth 122) and pasted so as to follow the cylindrical shape of the laminate. Therefore, the work time required for sticking the glass cloth sheet becomes great.
  • the glass cloth sheet (the lower glass cloth 120, the trunk
  • the side surface of the heat insulation container 103 particularly the edge of the heat insulation container 103, There is a concern that the heat insulating container 103 or the fumed silica heat insulating plate 118 may be damaged by contact with the object.
  • the present invention is capable of suppressing the amount of heat leaked more efficiently at a low cost, and has a highly practical hydrogen that does not easily break the edge of the bottomed cylindrical heat insulator covering the bottom surface and outer peripheral surface of the hydrogen generation chemical reaction vessel.
  • a generating device is provided.
  • the hydrogen generation apparatus of the present invention comprises a hydrogen generation chemical reaction vessel having a multi-cylindrical structure having a central axis in the vertical direction, and a pressure-molding material containing inorganic powder. And a heat insulating container provided with a bottomed cylindrical heat insulating body.
  • the heat insulating container covers the upper surface of the heat insulating body including the upper end portions of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface and covers the bottom surface of the heat insulating member including the lower end portion of the outer peripheral surface.
  • a metal lower lid Furthermore, the heat insulating container has a fiber sheet configured to prevent scattering of inorganic powder and covering the outer peripheral surface of the heat insulating body.
  • the end (edge) of the bottomed cylindrical heat insulating body covering the bottom surface and the outer peripheral surface of the hydrogen generation chemical reaction vessel is covered with a metal upper lid and lower lid so that the cost is lower and more efficient.
  • the bottomed cylindrical heat insulator covering the ends (edges) of the bottomed cylindrical heat insulator covering the bottom surface and the outer peripheral surface of the hydrogen generation chemical reaction vessel with a metal upper lid and lower lid, the bottomed cylindrical heat insulator
  • the step of continuously covering the curved surface (outer peripheral surface) and the flat surface (upper surface and bottom surface) with the fiber sheet, that is, the step of attaching the fiber sheet can be eliminated. Therefore, it is possible to greatly reduce the work man-hours and improve productivity.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the heat insulating container of the hydrogen generator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a conventional hydrogen generator.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention.
  • the hydrogen generator 1 of the present embodiment is formed by press-molding a hydrogen-producing chemical reaction vessel 2 having a multi-cylindrical structure having a central axis in the vertical direction and a material containing inorganic powder. It has the heat insulation container 3 provided with the fumed silica heat insulation board 18 which is a bottomed cylindrical heat insulation body which covers the bottom face and outer peripheral surface of the hydrogen generation chemical reaction container 2.
  • the heat insulating container 3 includes a metal upper cover 24 that covers the upper surface of the heat insulating body including the upper end portions of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, and the bottom surface of the heat insulating member including the lower end portion of the outer peripheral surface.
  • a metal sheet 25 that covers the outer peripheral surface of the heat insulator and is configured to prevent scattering of inorganic powder constituting the heat insulator.
  • the lower lid body 23 has an opening 23a that exposes a part (center portion) of the bottom surface of the heat insulating container 3, and the fiber sheet 25 does not scatter inorganic powder from the opening 23a of the lower lid body 23. Thus, a part (center part) of the bottom surface of the heat insulator is also covered. Further, the upper lid body 24 and the lower lid body 23 have a large-diameter portion 26 on the outer peripheral surface excluding the upper and lower end portions.
  • the heat insulating container 3 is disposed so as to contain the hydrogen generating chemical reaction container 2, and the bottom surface and the entire outer peripheral surface of the hydrogen generating chemical reaction container 2 are insulated by the heat insulating container 3.
  • the hydrogen generation chemical reaction vessel 2 includes an evaporator 5 that mixes and vaporizes the reforming raw material supplied from the raw material supply device 12 and the reforming water supplied from the reforming water supply device 13, and the vaporized reforming raw material. And a reformer 6 for reforming the above by a reforming reaction. Furthermore, a converter 7 that reduces the concentration of carbon monoxide produced by the reforming reaction by a shift shift reaction, and CO removal that further reduces the concentration of carbon monoxide that has passed through the converter 7 unreacted by a selective oxidation reaction. And a combustor 4 equipped with a burner.
  • the evaporator 5 has an evaporation channel composed of an inner cylinder 9, an outer cylinder 10, and a spiral partition 11 formed by forming a round bar provided between the inner cylinder 9 and the outer cylinder 10 into a spiral shape.
  • the water supplied to the evaporator 5 is heated and evaporated by the combustion gas flowing through the combustion gas passage 14, and as a result, the evaporator 5 generates a mixed gas of the raw material gas and water vapor.
  • the mixed gas that has passed through the evaporator 5 is converted into a reformer 6 that reforms by a reforming reaction, a converter 7 that oxidizes carbon monoxide generated by the reforming reaction, and a CO that oxidizes carbon monoxide.
  • the gas is discharged from the hydrogen discharge port 15 through the remover 8.
  • combustion gas generated in the combustor 4 passes through the combustion gas passage 14 between the combustion cylinder 16 and the inner cylinder 9 and is discharged from the combustion gas discharge port 17.
  • the reformer 6, the transformer 7 and the CO remover 8 function as a chemical reaction unit.
  • the hydrogen gas generated in the chemical reaction unit is discharged from the hydrogen discharge port 15.
  • the combustor 4, the evaporator 5, the reformer 6, the transformer 7, and the CO remover 8 are housed in a stainless steel cylinder, and constitute a hydrogen generation chemical reaction vessel 2.
  • the reformer 6 carries a catalyst for promoting the reforming reaction.
  • a catalyst for promoting the reforming reaction noble metals such as platinum, palladium, rhodium, or alloys thereof can be used.
  • the reformer 6 is maintained at about 700 ° C. by the heat energy from the combustor 4 in order to perform the reforming reaction.
  • the transformer 7 carries a catalyst for promoting the shift reaction.
  • a low-temperature catalyst such as a copper-based catalyst and a high-temperature catalyst such as an iron-based catalyst are known. By combining these, the shift reaction can be effectively promoted.
  • the shift reaction is performed at about 300 ° C.
  • the CO eliminator 8 carries a carbon monoxide selective oxidation catalyst.
  • a carbon monoxide selective oxidation catalyst platinum, ruthenium, palladium, gold, or an alloy containing these as the first element can be used.
  • the CO remover 8 can reduce the concentration of carbon monoxide in the gas to about several ppm.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the heat insulating container 3 of the hydrogen generator 1 according to the embodiment of the present invention.
  • a fumed silica heat insulating material plate 18 which is a heat insulating body constituting the heat insulating container 3 is a pressure molded body of fumed silica (5 to 30 nm / spherical) having a micropore structure of 100 nm or less, for example. Solid particles are in point contact and the heat transfer path is minimal.
  • the fumed silica heat insulating plate 18 has a structure that prevents convection and molecular collision of gas with a micropore, and the thermal conductivity at an average temperature of 300 ° C. around the reformed portion is 0.025 W / (m -The thing of k) was shape
  • the fiber sheet 25 is attached to the upper surface of the lower lid body 23 so as to cover the opening of the metal lower lid body 23, and then a plurality of fumed silica heat insulating material plates 18 are provided on the lower lid body 23. Laminated and a metal donut board-like upper lid 24 is disposed at the upper end.
  • the lower lid 23 covers the outer peripheral portion of the bottom surface of the cylindrical fumed silica heat insulating material plate 18 including the lower end portion of the outer peripheral surface of the lowermost fumed silica heat insulating material plate 18. .
  • the upper lid body 24 covers the upper surface of the uppermost cylindrical fumed silica heat insulating material plate 18 including the upper end portion of the outer peripheral surface of the uppermost fumed silica heat insulating material plate 18.
  • a fiber sheet 25 (a glass cloth sheet coated with an adhesive) having a size covering the large-diameter portion 26 of the lower lid body 23 and the large-diameter portion 26 of the upper lid body 24 in this state is attached to the lower lid body 23.
  • the upper cover 24 are pasted to the outer peripheral surface of the laminate of fumed silica heat insulating material plates 18.
  • the hydrogen generator 1 can be completed by inserting the hydrogen generation chemical reaction container 2 into the heat insulation container 3 from above the heat insulation container 3.
  • the hydrogen generator 1 of the present embodiment is formed by press-molding a hydrogen-producing chemical reaction vessel 2 having a multi-cylindrical structure having a central axis in the vertical direction and a material containing inorganic powder. It has the heat insulation container 3 provided with the fumed silica heat insulation board 18 which is a bottomed cylindrical heat insulation body which covers the bottom face and outer peripheral surface of the generation chemical reaction container 2.
  • the heat insulating container 3 includes a metal upper cover 24 that covers the upper surface of the heat insulating body including the upper end portions of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, and the bottom surface of the heat insulating member including the lower end portion of the outer peripheral surface.
  • a fiber sheet 25 configured to prevent scattering of inorganic powder and covering the outer peripheral surface of the heat insulating container 3.
  • the ends (edges) of the bottomed cylindrical heat insulator covering the bottom surface and the outer peripheral surface of the hydrogen generation chemical reaction vessel 2 are covered with the metal upper lid body 24 and the lower lid body 23, thereby reducing the cost.
  • the hydrogen generating apparatus 1 is capable of more efficiently suppressing the amount of leakage heat and is less likely to break the edge of the bottomed cylindrical heat insulator.
  • the lower lid body 23 has an opening 23a that exposes a part (center part) of the bottom surface of the fumed silica heat insulating material plate 18 that is a heat insulator, and the fiber The sheet 25 also covers the bottom surface of the fumed silica heat insulating material plate 18 that is a heat insulator so that the inorganic powder is not scattered outside from the opening 23 a of the lower lid body 23.
  • the lower lid body 23 has an opening 23a that exposes a part of the bottom surface of the fumed silica heat insulating plate 18 that is a heat insulator, thereby reducing the heat transmitted from the central portion of the lower lid body 23 to the outer peripheral portion, It becomes possible to provide higher thermal insulation performance.
  • the fiber sheet 25 provided on the bottom surface of the heat insulating container 3 can prevent the inorganic powder from scattering from the opening 23 a of the lower lid 23.
  • the upper lid body 24 and the lower lid body 23 do not need to be entirely made of metal, and at least a portion covering the edge of the fumed silica heat insulating plate 18 which is a bottomed cylindrical heat insulator is made of metal.
  • the portion covering the edge of the bottomed cylindrical heat insulator may be a metal, the other portion may be a resin, and they may be integrally formed.
  • the upper lid 24 includes a large metal ring that covers the outer edge of the bottomed cylindrical heat insulating body, a small metal ring that covers the inner edge of the bottomed cylindrical heat insulating body, and a resin circle that is molded integrally therewith.
  • the heat transfer from the small metal ring having a relatively high temperature to the large metal ring having a relatively low temperature can be suppressed by the resin disk.
  • the hydrogen generation apparatus includes a hydrogen generation chemical reaction vessel having a multi-cylindrical structure having a central axis in the vertical direction, and a hydrogen generation chemical reaction vessel formed by press-molding a material containing inorganic powder.
  • a heat insulating container provided with a bottomed cylindrical heat insulating body covering the outer peripheral surface.
  • the heat insulating container covers the upper surface of the heat insulating body including the upper end portions of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface and covers the bottom surface of the heat insulating member including the lower end portion of the outer peripheral surface.
  • a metal lower lid Furthermore, the heat insulating container has a fiber sheet configured to prevent scattering of inorganic powder and covering the outer peripheral surface of the heat insulating body.
  • the amount of leakage heat can be more efficiently reduced. It is possible to provide a hydrogen generator that is suppressed and that the edge of the bottomed cylindrical heat insulator is less likely to be damaged.
  • the bottomed cylindrical heat insulator covering the ends (edges) of the bottomed cylindrical heat insulator covering the bottom surface and the outer peripheral surface of the hydrogen generation chemical reaction vessel with a metal upper lid and lower lid, the bottomed cylindrical heat insulator
  • the step of continuously covering the curved surface (outer peripheral surface) and the flat surface (upper surface and bottom surface) with the fiber sheet, that is, the step of attaching the fiber sheet can be eliminated. Therefore, it is possible to greatly reduce the work man-hours and improve productivity.
  • a laminated body obtained by processing a porous body having a gas phase ratio of about 90% obtained by pressure-molding a material containing inorganic powder into a plate shape may be used.
  • a well-known material can be used according to the use use and required characteristic.
  • the upper cover body and the lower cover body should just be comprised with the part which covers the edge of a bottomed cylindrical heat insulating body at least.
  • the hydrogen generator of the present invention has an opening that exposes a part of the bottom surface of the heat insulator that constitutes the heat insulating container, and the fiber sheet does not scatter inorganic powder from the opening of the lower lid.
  • the bottom surface of the heat insulator may also be covered.
  • the fiber sheet provided on the bottom surface of the heat insulator can prevent the inorganic powder from scattering from the opening of the lower lid.
  • the present invention has high practicality such as low cost and stable heat insulation performance by increasing strength, and is particularly suitable for a multi-cylinder structure hydrogen generator.

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Abstract

水素生成装置（１）は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器（２）と、無機粉体を含む材料を加圧成形して成り水素生成化学反応容器（２）の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体を備えた断熱容器（３）とを有する。また、断熱容器（３）は、断熱体の開口した上面を、内周面と外周面のそれぞれの上端部を含めて覆う金属製の上蓋体（２４）と、断熱体の底面を外周面の下端部を含めて覆う金属製の下蓋体（２３）とを有する。さらに、断熱容器（３）は、断熱体の無機粉体の飛散を防止可能に構成され断熱容器（３）の外周面を覆う繊維シート（２５）と、を有する。

Description

水素生成装置
　本発明は、燃料電池発電装置に水素を供給する水素生成装置に関し、より詳細には水素生成装置内の断熱構造に関するものである。
　燃料電池発電装置用の水素生成装置としては、一般に水蒸気改質反応方式のものが用いられる。この水素生成装置は、気化部で蒸発した改質水と炭化水素からなる原料ガスとを６００～８００℃程度の高温で反応させることにより水素を主成分とした改質ガスを生成する改質部と、改質ガス中に含まれる一酸化炭素ガス濃度を変成シフト反応により低減する変成部とを備える。さらに、この水素生成装置は、一酸化炭素ガス濃度を選択酸化反応により低減するＣＯ除去部を備えている。
　従来、この種の水素生成装置において、その外周部に断熱性能の高い粉状ヒュームドシリカを圧縮成形したものを適用することで、熱漏洩量を抑えてエネルギー効率を高めることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図３は、特許文献１に開示された従来の水素生成装置の構成を模式的に示す縦断面図である。図３に示すように、従来の水素生成装置１０１は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器１０２と、水素生成化学反応容器１０２の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱容器１０３とで構成される。
　水素生成化学反応容器１０２は、燃焼器１０４と、蒸発器１０５と、改質器１０６と、変成器１０７と、ＣＯ除去器１０８とからなる。蒸発器１０５は、内筒１０９と、外筒１１０と、内筒１０９と外筒１１０との間に設けられた丸棒をスパイラル形状に成形したらせん仕切１１１とで蒸発流路を構成する。
　このような構造を有する蒸発器１０５には、原料ガスおよび改質水が供給される。原料ガスは原料供給器１１２から供給され、水は改質水供給器１１３から供給される。蒸発器１０５に供給された水は、燃焼ガス流路１１４を流れる燃焼ガスによって加熱されて蒸発し、その結果、蒸発器１０５では原料ガスと水蒸気との混合ガスが生成される。
　蒸発器１０５を通過した混合ガスは、改質反応によって改質する改質器１０６と、改質反応で生成された一酸化炭素の濃度を変成シフト反応により低減させる変成器１０７と、一酸化炭素の濃度を選択酸化反応によりさらに低減させるＣＯ除去器１０８を経て、水素排出口１１５から排出される。
　また燃焼器１０４で発生した燃焼ガスは、燃焼筒１１６と内筒１０９との間の燃焼ガス流路１１４を通過し、燃焼ガス排出口１１７より排出される。
　水素生成化学反応容器１０２は、断熱容器１０３に内包される形で断熱されている。
　断熱容器１０３は、ヒュームドシリカ断熱材板１１８を複数枚積層したものに、下部ガラスクロス１２０と、胴部ガラスクロス１２１と、上部ガラスクロス１２２を、接着剤１１９を用いて貼付けることで一体化固定されている。
特開２０１０－１６１０４７号公報
　従来の構成は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器１０２を内包するため、水素生成化学反応容器１０２と断熱容器１０３の隙間から放熱ロスが発生しないよう円筒構造の断熱容器１０３が必要となる。
　断熱容器１０３はヒュームドシリカ粉末を６０ｍｍ程度にプレス成形したヒュームドシリカ断熱材板１１８を縦方向（鉛直方向）に複数枚積層してから、積層方向に全体に圧縮荷重を加えることで、各積層間のすきまを無くすとともに断熱材高さを所定の厚みに変化させている。さらに、そのヒュームドシリカ断熱材板１１８の積層体の外周部に接着剤１１９を塗布したガラスクロスシート（下部ガラスクロス１２０、胴部ガラスクロス１２１、上部ガラスクロス１２２）を貼付けて一体化構造とすることで、積層界面からの熱漏洩を防いでいる。
　接着剤１１９を塗布した下部ガラスクロス１２０、胴部ガラスクロス１２１、上部ガラスクロス１２２を積層されたヒュームドシリカ断熱材板１１８の外周部に貼付ける際、下部ガラスクロス１２０と上部ガラスクロス１２２はヒュームドシリカ断熱材板１１８の積層体の縁まで覆う必要がある。
　そして、ヒュームドシリカ断熱材板１１８の積層体の曲面（外周面）と平面（上面と底面）とを連続して覆うためにガラスクロスシート（下部ガラスクロス１２０、胴部ガラスクロス１２１、上部ガラスクロス１２２）に複数のスリットを設けて積層体の円筒形状に沿うように貼付けを行っている。そのため、ガラスクロスシートの貼付けに掛かる作業時間が多大となる。
　また、その貼付けの際に接着剤１１９の付いたガラスクロスシート（下部ガラスクロス１２０、胴部ガラスクロス１２１、上部ガラスクロス１２２）をヒュームドシリカ断熱材板１１８の積層体の外周面へ押付する工程が必要で、ヒュームドシリカ断熱材板１１８を破損させる懸念があった。
　また、断熱容器１０３を運搬する時や、水素生成化学反応容器１０２を断熱容器１０３に挿入する作業の際に、断熱容器１０３の側面、特に断熱容器１０３の縁が水素生成化学反応容器１０２や周りの物体に接触して断熱容器１０３あるいはヒュームドシリカ断熱材板１１８を破損させる懸念があった。
　断熱容器１０３を構成するヒュームドシリカ断熱材板１１８が破損すると、断熱容器１０３の一定の厚みを確保出来ないことや、積層体の隙間から熱漏洩が発生し、断熱性能が不安定になる課題があった。
　本発明は、低コストでより効率的に漏洩熱量を抑制することができ、水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の縁が破損しにくい実用性の高い水素生成装置を提供する。
　本発明の水素生成装置は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器と、無機粉体を含む材料を加圧成形して成り水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体を備えた断熱容器とを有する。また、断熱容器は、断熱体の開口した上面を、内周面と外周面のそれぞれの上端部を含めて覆う金属製の上蓋体と、断熱体の底面を外周面の下端部を含めて覆う金属製の下蓋体とを有する。さらに、断熱容器は、無機粉体の飛散を防止可能に構成され断熱体の外周面を覆う繊維シートを有する。
　この構成において、水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の端部（縁）を金属製の上蓋体と下蓋体で覆うことにより、低コストでより効率的に漏洩熱量が抑えられ、かつ有底円筒形の断熱体の縁が破損しにくい、実用性の高い水素生成装置を提供することができる。
　また、水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の端部（縁）を金属製の上蓋体と下蓋体で覆うことにより、有底円筒形の断熱体の曲面（外周面）と平面（上面と底面）とを連続して繊維シートで覆う工程、すなわち繊維シートを貼る工程を廃止できる。そのため、大幅な作業工数の削減が図れ、生産性の向上が図れる。
図１は、本発明の実施の形態に係る水素生成装置の構成を模式的に示す縦断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る水素生成装置の断熱容器の構成を模式的に示す縦断面図である。 図３は、従来の水素生成装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
　以下、本発明による実施の形態に係る水素生成装置ついて、図面を参照しながら説明する。なお、こ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）
　図１は、本発明の実施の形態に係る水素生成装置の構成を模式的に示す縦断面図を示すものである。
　図１に示すように、本実施の形態の水素生成装置１は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器２と、無機粉体を含む材料を加圧成形して成り水素生成化学反応容器２の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体であるヒュームドシリカ断熱材板１８を備えた断熱容器３とを有する。また、断熱容器３は、断熱体の開口した上面を、内周面と外周面のそれぞれの上端部を含めて覆う金属製の上蓋体２４と、断熱体の底面を外周面の下端部を含めて覆う金属製の下蓋体２３と、断熱体を構成する無機粉体の飛散を防止可能に構成され断熱体の外周面を覆う繊維シート２５とを有する。
　なお、下蓋体２３は、断熱容器３の底面の一部（中央部）を露出させる開口部２３ａを有し、繊維シート２５は、下蓋体２３の開口部２３ａから無機粉体が飛散しないように、断熱体の底面の一部（中央部）も覆っている。また、上蓋体２４と下蓋体２３は、上下端部を除く外周面に大径部２６を有する。
　断熱容器３は、水素生成化学反応容器２を内包するように配設され、水素生成化学反応容器２は、その底面と外周面全体が断熱容器３によって断熱されている。
　この水素生成化学反応容器２は、原料供給器１２から供給される改質原料と、改質水供給器１３から供給された改質水とを混合気化させる蒸発器５と、気化した改質原料を改質反応によって改質する改質器６とを備えている。さらに、改質反応で生成された一酸化炭素の濃度を変成シフト反応により低減させる変成器７と、変成器７を未反応で通過した一酸化炭素の濃度を選択酸化反応によりさらに低減させるＣＯ除去器８と、バーナーを備えた燃焼器４とを備えている。
　なお、蒸発器５は、内筒９と、外筒１０と、内筒９と外筒１０との間に設けられた丸棒をスパイラル形状に成形したらせん仕切１１とで蒸発流路を構成され、蒸発器５に供給された水は、燃焼ガス流路１４を流れる燃焼ガスによって加熱されて蒸発し、その結果、蒸発器５では原料ガスと水蒸気との混合ガスが生成される。そして、蒸発器５を通過した混合ガスは、改質反応によって改質する改質器６と、改質反応で生成された一酸化炭素を酸化させる変成器７と、一酸化炭素を酸化させるＣＯ除去器８を経て、水素排出口１５から排出される。
　また燃焼器４で発生した燃焼ガスは、燃焼筒１６と内筒９との間の燃焼ガス流路１４を通過し、燃焼ガス排出口１７より排出される。
　改質器６、変成器７及びＣＯ除去器８は、化学反応部として機能する。化学反応部で生成された水素ガスは、水素排出口１５から排出される。燃焼器４、蒸発器５、改質器６、変成器７、ＣＯ除去器８は、ステンレス製の円筒形に収納され、これらで水素生成化学反応容器２を構成している。
　改質器６には、改質反応を促進する触媒が担持されている。改質触媒としては、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属、あるいは、これらの合金を用いることができる。改質器６は、改質反応を行うために燃焼器４からの熱エネルギーによって７００℃程度に維持されている。
　変成器７には、シフト反応を促進する触媒が担持されている。シフト触媒としては、銅系触媒などの低温触媒や、鉄系触媒などの高温触媒が知られており、これらを組み合わせることによって、効果的にシフト反応を促進することができる。シフト反応は３００℃程度で行われる。
　ＣＯ除去器８には、一酸化炭素の選択酸化触媒が担持されている。この触媒としては、白金、ルテニウム、パラジウム、金、あるいは、これらを第１元素とした合金を用いることができる。ＣＯ除去器８によって、ガス中の一酸化炭素濃度を数ｐｐｍ程度のまで低減することができる。
　図２は、本発明の実施の形態に係る水素生成装置１の断熱容器３の構成を模式的に示す縦断面図である。
　図２において、断熱容器３を構成する断熱体であるヒュームドシリカ断熱材板１８は、例えば１００ｎｍ以下のマイクロポア構造を有すヒュームドシリカ（５～３０ｎｍ・球状）の加圧成形体で、固体粒子が点接触で伝熱経路が最小である。加えて、ヒュームドシリカ断熱材板１８は、マイクロポアで気体の対流・分子衝突を阻止する構造をもつもので、改質部外周の平均温度３００℃における熱伝導率は０．０２５Ｗ／（ｍ・ｋ）のものを厚み６０ｍｍで成形した。
　次に、本実施の形態に係る水素生成装置１の製造方法を説明する。
　まず、金属製の下蓋体２３の開口部を覆うように繊維シート２５を下蓋体２３の上面に貼り付けてから、下蓋体２３の上に、ヒュームドシリカ断熱材板１８を複数枚積層し、その上端部に金属製のドーナツ盤状の上蓋体２４を配設する。
　このとき、下蓋体２３は、最下段の円柱状のヒュームドシリカ断熱材板１８の底面の外周部を最下段のヒュームドシリカ断熱材板１８の外周面の下端部を含めて覆っている。
　また、上蓋体２４は、最上段の円筒状のヒュームドシリカ断熱材板１８の上面を最上段のヒュームドシリカ断熱材板１８の外周面の上端部を含めて覆っている。
　次に、この状態の下蓋体２３の大径部２６と上蓋体２４の大径部２６とを一緒に覆う寸法の繊維シート２５（接着剤を塗布したガラスクロスシート）を、下蓋体２３と上蓋体２４とで挟まれた状態のヒュームドシリカ断熱材板１８の積層体の外周面に貼り付ける。この作業により、繊維シート２５が積層されたヒュームドシリカ断熱材板１８と下蓋体２３と上蓋体２４とを一体化して、断熱容器３を構成する。
　そして、断熱容器３の上方から水素生成化学反応容器２を断熱容器３の内部に挿入することで、水素生成装置１を完成させることができる。
　以上、説明したように本実施の形態の水素生成装置１は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器２と、無機粉体を含む材料を加圧成形して成り水素生成化学反応容器２の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体であるヒュームドシリカ断熱材板１８を備えた断熱容器３とを有する。また、断熱容器３は、断熱体の開口した上面を、内周面と外周面のそれぞれの上端部を含めて覆う金属製の上蓋体２４と、断熱体の底面を外周面の下端部を含めて覆う金属製の下蓋体２３と、無機粉体の飛散を防止可能に構成され断熱容器３の外周面を覆う繊維シート２５と、を有する。
　上記構成において、水素生成化学反応容器２の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の端部（縁）を金属製の上蓋体２４と下蓋体２３で覆うことにより、低コストでより効率的に漏洩熱量が抑えられ、かつ有底円筒形の断熱体の縁が破損しにくい水素生成装置１となる。
　また、水素生成化学反応容器２の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の端部（縁）を金属製の上蓋体２４と下蓋体２３で覆うことにより、有底円筒形の断熱体の曲面（外周面）と平面（上面と底面）とを連続して繊維シート２５で覆う（繊維シート２５を貼る）工程を廃止できるので、大幅な作業工数の削減が図れ、生産性を向上できる。
　また、本実施の形態の水素生成装置１は、下蓋体２３が、断熱体であるヒュームドシリカ断熱材板１８の底面の一部（中央部）を露出させる開口部２３ａを有し、繊維シート２５は、下蓋体２３の開口部２３ａから無機粉体が外に飛散しないように、断熱体であるヒュームドシリカ断熱材板１８の底面も覆っている。
　下蓋体２３が、断熱体であるヒュームドシリカ断熱材板１８の底面の一部を露出させる開口部２３ａを有することにより、下蓋体２３の中央部から外周部に伝わる熱を低減させ、より高い断熱性能を提供することが可能となる。
　また、断熱容器３の底面に設けた繊維シート２５により、下蓋体２３の開口部２３ａから無機粉体が外に飛散するのを防止することができる。
　なお、上蓋体２４と下蓋体２３は、全体を金属で構成させる必要はなく、少なくとも有底円筒形の断熱体あるヒュームドシリカ断熱材板１８の縁を覆う部分が金属で構成されていれば良く、有底円筒形の断熱体の縁を覆う部分が金属で、その他の部分が樹脂で、それらが一体成形成されたものでも構わない。
　例えば、上蓋体２４は、有底円筒形の断熱体の外縁を覆う金属製大リングと、有底円筒形の断熱体の内縁を覆う金属製小リングと、それらと一体成形される樹脂製円板で構成されても構わず、その場合は、比較的高温になる金属製小リングから比較的低温の金属製大リングに熱が伝わるのを樹脂製円板によって抑制することができる。
　以上のように本実施の形態においては、低コストでより強度に優れた断熱容器を構成することができ、熱漏洩しにくい安定した断熱性能を維持する水素生成装置の断熱容器が提供できる。
　以上説明したように、本発明の水素生成装置は、鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器と、無機粉体を含む材料を加圧成形して成り水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体を備えた断熱容器とを有する。また、断熱容器は、断熱体の開口した上面を、内周面と外周面のそれぞれの上端部を含めて覆う金属製の上蓋体と、断熱体の底面を外周面の下端部を含めて覆う金属製の下蓋体とを有する。さらに、断熱容器は、無機粉体の飛散を防止可能に構成され断熱体の外周面を覆う繊維シートを有する。
　水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の端部（縁）を金属製の上蓋体と下蓋体で覆うことにより、低コストでより効率的に漏洩熱量が抑えられ、かつ有底円筒形の断熱体の縁が破損しにくい、水素生成装置を提供することができる。
　また、水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体の端部（縁）を金属製の上蓋体と下蓋体で覆うことにより、有底円筒形の断熱体の曲面（外周面）と平面（上面と底面）とを連続して繊維シートで覆う工程、すなわち繊維シートを貼る工程を廃止することができる。そのため、大幅な作業工数の削減が図れ、生産性の向上が図れる。
　断熱体としては、無機粉体を含む材料を加圧成形して成る気相比率９０％前後の多孔体を板状に加工したものの積層体を用いてもよい。そして、その使用用途や必要特性に応じて公知の材料を使用することができる。
　なお、上蓋体と下蓋体は、少なくとも有底円筒形の断熱体の縁を覆う部分が金属で構成されていれば良い。
　また、本発明の水素生成装置は、断熱容器を構成する断熱体の底面の一部を露出させる開口部を有し、繊維シートは、下蓋体の開口部から無機粉体が飛散しないように、断熱体の底面も覆う構成としてもよい。
　下蓋体が、断熱体の底面の一部を露出させる開口部を有することにより、下蓋体の中央部から外周部に伝わる熱を低減させ、より高い断熱性能を提供することが可能となる。
　また、断熱体の底面に設けた繊維シートにより、下蓋体の開口部から無機粉体が外に飛散するのを防止することができる。
　本発明は、低コストで高強度化による安定した断熱性能が図れるなど、実用性の高く、特に、多重円筒構造の水素生成装置に最適である。
　１，１０１　水素生成装置
　２，１０２　水素生成化学反応容器
　３，１０３　断熱容器
　４，１０４　燃焼器
　５，１０５　蒸発器
　６，１０６　改質器
　７，１０７　変成器
　８，１０８　ＣＯ除去器
　９，１０９　内筒
　１０，１１０　外筒
　１１，１１１　らせん仕切
　１２，１１２　原料供給器
　１３，１１３　改質水供給器
　１４，１１４　燃焼ガス流路
　１５，１１５　水素排出口
　１６，１１６　燃焼筒
　１７，１１７　燃焼ガス排出口
　１８，１１８　ヒュームドシリカ断熱材板（断熱体）
　２３　下蓋体
　２３ａ　開口部
　２４　上蓋体
　２５　繊維シート
　２６　大径部
　１１９　接着剤
　１２０　下部ガラスクロス
　１２１　胴部ガラスクロス
　１２２　上部ガラスクロス

Claims (2)

  1. 鉛直方向に中心軸を有する多重円筒構造の水素生成化学反応容器と、
    無機粉体を含む材料を加圧成形して成り前記水素生成化学反応容器の底面と外周面を覆う有底円筒形の断熱体を備えた断熱容器と、を有し、
    前記断熱容器は、前記断熱体の開口した上面を、内周面と外周面のそれぞれの上端部を含めて覆う金属製の上蓋体と、
    前記断熱体の底面を外周面の下端部を含めて覆う金属製の下蓋体と、
    前記無機粉体の飛散を防止可能に構成され前記断熱体の外周面を覆う繊維シートと、
    を有する水素生成装置。
  2. 前記下蓋体は、前記断熱体の底面の一部を露出させる開口部を有し、
    前記繊維シートは、前記下蓋体の前記開口部から前記無機粉体が飛散しないように、前記断熱体の底面も覆う、
    請求項１に記載の水素生成装置。
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