JP2004149403A - Hydrogen generator and fuel cell power system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generator which improves thermal efficiency and CO removal performance. <P>SOLUTION: The hydrogen generator body 50 is inside provided with a reforming part 10, a CO modifying part 15, a reforming raw-gas flow path 1 including a first water vaporization part 9 for supplying raw materials for reforming gas to the reforming part 10, a reformed gas flow path 2 for introducing the reformed gas obtained in the reforming part 10 to the CO modifying part 15, a CO modified gas flow path 3 for taking out a CO modified gas obtained in the CO modifying part 15, and a second steam flow path 30 formed upstream of the CO modifying part 15 and adjacently to the reformed gas flow path 2. The second steam flow path 30 is inside provided with a second water vaporization part 31 where a part of the heat retained by the reformed gas is recovered as the vaporization latent heat, and utilized in controlling the temperature of the CO modifying part 15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

本発明は、都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系原料ガスを、水蒸気を用いて改質（以下、水蒸気改質又は改質反応と呼ぶ）して水素主体の改質ガスを生成する水素発生装置、及び、これを備えた燃料電池発電システムに関する。   The present invention is directed to hydrogen generation in which a hydrocarbon-based source gas such as city gas or LP gas is reformed using steam (hereinafter, referred to as steam reforming or reforming reaction) to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen. The present invention relates to an apparatus and a fuel cell power generation system including the same.

都市ガスやＬＰガス等の炭化水素系原料ガスを水蒸気改質して水素主体の改質ガスを発生させる水素発生装置は、例えば、燃料電池で原料ガスとして使用する水素の製造等に用いられる。水素発生装置における改質反応は吸熱反応であることから、改質反応を維持するためには、改質部を５５０〜８００℃程度の温度に保つ必要がある。このため、水素発生装置では、バーナ等の加熱源を設置し、この加熱源から得られる高温の燃焼ガスや、その燃焼ガスの輻射熱を放出する輻射体等を利用して改質部を加熱する。   A hydrogen generator that generates a reformed gas mainly composed of hydrogen by steam reforming a hydrocarbon-based raw material gas such as city gas or LP gas is used, for example, for producing hydrogen used as a raw material gas in a fuel cell. Since the reforming reaction in the hydrogen generator is an endothermic reaction, it is necessary to maintain the temperature of the reforming section at about 550 to 800 ° C. in order to maintain the reforming reaction. For this reason, in the hydrogen generator, a heating source such as a burner is installed, and the reforming section is heated using a high-temperature combustion gas obtained from the heating source or a radiator that emits radiant heat of the combustion gas. .

一方、水素発生装置の改質部で得られた改質ガスは、前述のように水素が主体であるが、改質反応において副成したＣＯを含んでいる。このようにＣＯを含む改質ガスを燃料電池に直接供給すると、ＣＯが、燃料電池内の触媒の活性を低下させてしまう。それゆえ、水素発生装置では、ＣＯを除去するために、前記改質部の下流に、改質ガスに含まれるＣＯを変成反応によりＣＯ２に転化するＣＯ変成部及びＣＯ浄化部が配設されている。 On the other hand, the reformed gas obtained in the reforming section of the hydrogen generator is mainly composed of hydrogen as described above, but contains CO by-produced in the reforming reaction. When the reformed gas containing CO is directly supplied to the fuel cell, the CO lowers the activity of the catalyst in the fuel cell. Therefore, in the hydrogen generator, in order to remove CO, a CO conversion unit and a CO purification unit that convert CO contained in the reformed gas into CO 2 by a shift reaction are disposed downstream of the reforming unit. ing.

従来の水素発生装置のＣＯ変成部では、変成反応を効率よく行うために、温度が、変成反応に最適な１８０〜４００℃に設定されている。ＣＯ変成部をこのような温度とするためには、改質部で生成される５５０〜８００℃の改質ガスから熱を回収してこの熱をＣＯ変成部の加熱に利用する一方で、例えば、改質部加熱の熱源として利用した後の燃焼ガス（いわゆる燃焼オフガス）とＣＯ変成部との間で熱交換することによりＣＯ変成部を冷却するか（例えば、特許文献１参照）、あるいは、バーナ等の加熱源で用いる燃焼用燃料ガスや燃焼用空気とＣＯ変成部との間で熱交換することによりＣＯ変成部を冷却する（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２５５９３公報（第４−７頁、第１図） 特開２００２−１８７７０５公報（第５−１０頁、第１図） In the CO shift section of the conventional hydrogen generator, the temperature is set to 180 to 400 ° C., which is optimal for the shift reaction, in order to perform the shift reaction efficiently. In order to set the temperature of the CO shift unit to such a temperature, while recovering heat from the reformed gas at 550 to 800 ° C generated in the reforming unit and using the heat for heating the CO shift unit, for example, Cooling the CO shift section by exchanging heat between a combustion gas (so-called combustion off-gas) used as a heat source for heating the reforming section and the CO shift section (for example, see Patent Document 1); The CO shift section is cooled by exchanging heat between the fuel gas for combustion or combustion air used in a heating source such as a burner and the CO shift section (for example, see Patent Document 2).
JP-A-2002-25593 (page 4-7, FIG. 1) JP-A-2002-187705 (pages 5 to 10, FIG. 1)

上記構成の従来の水素発生装置では、ＣＯ変成部の冷却のために燃焼オフガス、燃焼用燃料ガスまたは燃焼用空気によりＣＯ変成部から回収した熱が、いずれも原料や水蒸気側に伝熱されてはおらず、この回収熱が有効に利用されていない。このため、実質的に全量の熱を改質部に還流することが困難であり、よって、十分に高い熱効率を得ることができない。   In the conventional hydrogen generator having the above configuration, the heat recovered from the CO shift section by the combustion off-gas, the combustion fuel gas or the combustion air for cooling the CO shift section is all transferred to the raw material or steam side. And this recovered heat is not being used effectively. For this reason, it is difficult to return substantially all of the heat to the reforming section, and thus it is not possible to obtain a sufficiently high thermal efficiency.

また、かかる構成では、改質部での水素の発生量の負荷を変化させると、それに伴って、燃焼オフガスの温度、燃焼用燃料ガスや燃焼用空気の供給流量等が変化する。このように燃焼オフガス、燃焼用燃料ガス、及び、燃焼用空気の状態が変化すると、これらのガスによるＣＯ変成部からの熱の回収量も変化する。このため、ＣＯ変成部からの熱の回収量を制御することが困難となり、よって、ＣＯ変成部の温度を一定に維持することが困難となる。その結果、ＣＯ変成部を最適な温度に維持できず、十分に高いＣＯ除去性能が得られなくなる。そして、水素発生装置で生成されたＣＯが十分に除去されていないガスが、例えば、燃料電池発電システムにおいて燃料電池に供給されると、燃料電池の性能劣化を引き起こす。   Further, in such a configuration, when the load of the amount of generated hydrogen in the reforming section is changed, the temperature of the combustion off-gas, the supply flow rate of the fuel gas for combustion, the supply flow rate of the combustion air, and the like change accordingly. When the state of the combustion off-gas, the combustion fuel gas, and the combustion air changes in this way, the amount of heat recovered from the CO shift unit by these gases also changes. For this reason, it becomes difficult to control the amount of heat recovered from the CO shift section, and it is therefore difficult to maintain the temperature of the CO shift section constant. As a result, the CO shift section cannot be maintained at the optimum temperature, and a sufficiently high CO removal performance cannot be obtained. When the gas generated by the hydrogen generator and from which CO is not sufficiently removed is supplied to the fuel cell in, for example, a fuel cell power generation system, the performance of the fuel cell deteriorates.

そこで、本発明は、これら従来の水素発生装置の課題に鑑み、熱効率が向上するとともにＣＯ除去性能が向上する水素発生装置及びこれを備えた燃料電池発電システムを提供することを目的とする。   In view of the above problems of the conventional hydrogen generator, an object of the present invention is to provide a hydrogen generator having improved thermal efficiency and improved CO removal performance, and a fuel cell power generation system including the same.

上記の課題を解決するため、本発明に係る水素発生装置は、水供給部から供給された水を水蒸発部で蒸発させて得た水蒸気を用いて改質原料を改質させて水素主体の改質ガスを生成する改質部と、前記改質部に前記水蒸気と前記改質原料とを供給する改質原料流路と、前記改質ガス中の一酸化炭素を変成反応により二酸化炭素に転化する一酸化炭素変成部と、前記改質ガスを前記一酸化炭素変成部に供給する改質ガス流路と、前記一酸化炭素変成部から得られた変成後ガスを取り出す変成後ガス流路と、燃焼ガスを用いて前記改質部を加熱する燃焼部と、を備えた水素発生装置において、前記改質ガス流路と前記水蒸発部とが熱交換可能に構成され、該熱交換により前記改質ガス流路を移動する改質ガスの保有熱の一部が前記水蒸発部における前記水蒸気の生成に利用されて前記改質ガスが冷却されるものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the hydrogen generator according to the present invention is characterized by reforming a reforming raw material using water vapor obtained by evaporating water supplied from a water supply unit in a water evaporating unit, and mainly comprising hydrogen. A reforming section that generates a reformed gas, a reforming material flow path that supplies the steam and the reforming material to the reforming section, and converts carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide by a shift reaction. A carbon monoxide shift section to be converted, a reformed gas flow path for supplying the reformed gas to the carbon monoxide shift section, and a post-transformation gas flow path for extracting a post-shift gas obtained from the carbon monoxide shift section And a combustion unit that heats the reforming unit using combustion gas, wherein the reformed gas flow passage and the water evaporation unit are configured to be capable of exchanging heat, and Part of the heat of the reformed gas moving in the reformed gas channel is transferred to the water evaporator. Wherein is used to generate the steam in which the reformed gas is cooled.

かかる構成によれば、高温の改質ガスの保有熱の一部を水蒸発部での水蒸気生成に利用することにより、改質ガスの保有熱の一部を回収して改質ガスを冷却することができる。そして、この冷却された改質ガスを一酸化炭素変成部に供給することにより、一酸化炭素変成部の温度を制御することが可能となる。このように水と改質ガスとの間で熱回収を行う構成では、気体同士間、例えば、燃焼用燃料ガスや燃焼用空気や原料ガス等と改質ガスとの間で熱交換を行う場合よりも、熱回収量が大きくなり、よって、熱効率が向上する。   According to this configuration, by using a part of the heat of the high-temperature reformed gas for generating steam in the water evaporator, a part of the heat of the reformed gas is recovered to cool the reformed gas. be able to. By supplying the cooled reformed gas to the carbon monoxide shift section, the temperature of the carbon monoxide shift section can be controlled. In such a configuration in which heat is recovered between water and the reformed gas, the heat exchange between the gases, for example, between the reformed gas and the fuel gas for combustion, combustion air or raw material gas, etc. Thus, the heat recovery amount is larger, and thus the thermal efficiency is improved.

また、かかる構成では、外部から直接供給される水を用いて一酸化炭素変成部の温度制御が行われるので、装置内の他の部分の状態変化の影響に左右されることなく温度制御を行うことができ、よって、制御性が向上する。特に、改質部における水素発生量の負荷が変化しても、高い温度制御性を実現することが可能となる。このことから、例えば、耐熱性の問題から使用可能な温度範囲が狭いＣｕ−Ｚｎ系等の卑金属を、一酸化炭素変成部の触媒として用いることが可能となる。   In addition, in such a configuration, since the temperature control of the carbon monoxide shift unit is performed using water directly supplied from the outside, the temperature control is performed without being affected by the state change of other parts in the apparatus. Therefore, controllability is improved. In particular, even if the load of the amount of hydrogen generated in the reforming section changes, high temperature controllability can be realized. For this reason, for example, it is possible to use a base metal such as a Cu—Zn-based material having a narrow usable temperature range due to a problem of heat resistance as a catalyst of the carbon monoxide shift unit.

前記一酸化炭素変成部の輻射熱が、前記改質ガス流路を介して前記水蒸発部に伝達されるとともに、前記伝達された輻射熱が前記水蒸発部における前記水蒸気の生成に利用されてもよい。それにより、さらに熱効率が向上する。   The radiant heat of the carbon monoxide shift section may be transmitted to the water evaporation section via the reformed gas flow path, and the transmitted radiant heat may be used for the generation of the water vapor in the water evaporation section. . Thereby, the thermal efficiency is further improved.

第１の水供給部から供給された水を前記燃焼部で得られる前記燃焼ガス及び／又は前記改質部の輻射熱を利用して蒸発させて第１の水蒸気を生成する第１の水蒸発部と、前記改質ガス流路との間で前記熱交換可能に構成され、第２の水供給部から供給された水を前記熱交換により回収した前記改質ガスの保有熱を利用して蒸発させ第２の水蒸気を生成する第２の水蒸発部とを備え、前記改質原料流路は、前記第１の水蒸気を前記改質原料とともに前記改質部に供給する第１の水蒸気流路と、前記第２の水蒸気を前記改質部に供給する第２の水蒸気流路と、を備えてもよい。   A first water evaporating unit that evaporates water supplied from a first water supply unit using the combustion gas obtained in the combustion unit and / or radiant heat of the reforming unit to generate first steam; And the reformed gas passage configured to be capable of performing the heat exchange, and evaporating water supplied from the second water supply unit by using the retained heat of the reformed gas recovered by the heat exchange. A second water evaporating section for generating a second steam, wherein the reforming raw material flow path supplies the first steam together with the reforming raw material to the reforming section. And a second steam flow path that supplies the second steam to the reforming section.

前記第２の水蒸気流路が前記第１の水蒸気流路に前記改質部の上流において接続されてもよい。かかる構成では、例えば、第２の水蒸発部で蒸発しきれない水が、第２の水蒸気流路から第１の水蒸気流路を介して第１の水蒸発部に供給され、第１の水蒸発部において蒸発する。したがって、改質部に水滴が直接供給されるのを防止することが可能となり、安定して改質反応が行われる。   The second steam flow path may be connected to the first steam flow path upstream of the reforming section. In such a configuration, for example, water that cannot be completely evaporated in the second water evaporation unit is supplied from the second water vapor passage to the first water evaporation unit via the first water vapor passage, and the first water Evaporates in the evaporator. Therefore, it is possible to prevent water droplets from being directly supplied to the reforming section, and the reforming reaction is stably performed.

前記第２の水蒸発部は、前記一酸化炭素変成部の上方に配置され、かつ、前記第２の水蒸発部の水蒸発面が略水平であることが好ましい。かかる構成によれば、下方から加熱されるプール沸騰を実現することができ、よって、突沸による圧力変動を抑制することが可能となる。   It is preferable that the second water evaporation unit is disposed above the carbon monoxide shift unit, and that a water evaporation surface of the second water evaporation unit is substantially horizontal. According to such a configuration, pool boiling heated from below can be realized, and thus pressure fluctuation due to bumping can be suppressed.

前記第２の水蒸気流路と前記変成後ガス流路とが熱交換可能に構成され、前記第２の水蒸気が前記変成後ガスの保有熱の少なくとも一部を回収してもよい。それにより、一酸化炭素変成部で生じる反応熱を回収することができるので、さらに熱効率が向上する。   The second steam flow path and the post-transformation gas flow path may be configured to be capable of exchanging heat, and the second steam may recover at least a part of the retained heat of the post-transformation gas. Thereby, the heat of reaction generated in the carbon monoxide shift section can be recovered, so that the thermal efficiency is further improved.

前記水素生成装置の本体内部では、所定の間隔で同心状に対向配置された複数の軸方向壁と、前記軸方向壁の所定の端部に前記軸方向壁と交差するように配置された複数の径方向壁とで区画されることにより、前記本体内部に、前記改質原料流路、前記改質ガス流路、前記変成後ガス流路、前記燃焼ガスの流路、及び、前記第１及び第２の蒸発部が形成され、本体中心軸に沿って前記改質部が形成されるとともに、前記改質部の軸方向側に前記一酸化炭素変成部が形成され、前記第１の水蒸発部は、前記燃焼ガスの流路と熱交換可能、及び／又は、前記改質部からの輻射熱を利用可能に配置され、前記改質原料流路の前記第１の水蒸気流路は、前記改質部の外側を囲むように配置され、一端が前記第１の水蒸発部に連通するとともに、他端が前記改質部の上流面たる軸方向の一端面に連通し、前記改質ガス流路は、前記改質部の外周を囲むように配置され、一端が前記改質部の下流面たる軸方向の他端面に連通するとともに、他端が前記一酸化炭素変成部の上流面たる軸方向の一端面に沿って配置されて該面に連通し、前記一酸化炭素変成部は、軸方向において、前記改質部の前記上面たる前記一端面と対向するように配置され、前記変成後ガス流路は、一端が前記一酸化炭素変成部の下流面たる他端面に連通し、前記第２の水蒸発部は、前記一酸化炭素変成部の前記上流面に沿って配置された前記改質ガス流路と隣接して配置され、前記第２の水蒸気流路は、一端が前記第２の水蒸発部に連通するとともに、他端が前記改質部の前記上流面たる一端面に連通してもよい。   Inside the main body of the hydrogen generator, a plurality of axial walls concentrically arranged at predetermined intervals and a plurality of axial walls arranged at predetermined ends of the axial walls so as to intersect with the axial walls. The reforming material flow path, the reformed gas flow path, the post-transformation gas flow path, the combustion gas flow path, and the first And a second evaporating section are formed, the reforming section is formed along the central axis of the main body, and the carbon monoxide shift section is formed on an axial side of the reforming section, and the first water is formed. The evaporating unit is disposed so as to be able to exchange heat with the flow path of the combustion gas and / or to be able to use radiant heat from the reforming unit, and the first steam flow path of the reforming raw material flow path is It is arranged so as to surround the outside of the reforming unit, and one end communicates with the first water evaporation unit, and the other end is The reformed gas flow path communicates with one end face in the axial direction, which is the upstream face of the reforming section, and is arranged so as to surround the outer periphery of the reforming section, and one end is formed in the axial direction as the downstream face of the reforming section. And the other end thereof is arranged along one axial end surface, which is the upstream surface of the carbon monoxide converter, and communicates with the surface.The carbon monoxide converter is axially The post-reforming gas flow path is disposed so as to face the one end surface serving as the upper surface of the reforming unit, and one end of the gas passage is communicated with the other end surface, which is a downstream surface of the carbon monoxide converting unit, and the second water The evaporating section is disposed adjacent to the reformed gas flow path disposed along the upstream surface of the carbon monoxide shift section, and the second water vapor flow path has one end provided with the second water evaporation. And the other end may communicate with one end face of the reforming section, which is the upstream face.

前記一酸化炭素変成部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、前記温度検出器により検出された前記一酸化炭素変成部の温度に基づいて、前記第２の水供給部から前記第２の水蒸発部に供給される水の量が調整されてもよい。それにより、高い温度制御性を実現でき、一酸化炭素変成部を転化反応に最適な温度に保持することが可能となる。   A temperature detector for detecting a temperature of the carbon monoxide shift unit, wherein the second water supply unit detects the second temperature from the second water supply unit based on a temperature of the carbon monoxide shift unit detected by the temperature detector. The amount of water supplied to the water evaporator may be adjusted. Thereby, high temperature controllability can be realized, and the carbon monoxide shift section can be maintained at an optimum temperature for the conversion reaction.

前記第１の水供給部から第１の水蒸発部に供給される水の量が、前記第２の水供給部から前記第２の水蒸発部に供給される水の量より多くてもよい。例えば、第２の水供給部からの水の供給量を第１の水供給部からの供給量の１／５以下とすると、第２の水供給部からの水の供給量を変化させても、改質部に供給される改質原料と水蒸気との圧力比は変動しない。そして、このように改質原料に対する圧力変動の抑制が可能であることにより、改質部において安定して改質反応が行われる。   The amount of water supplied from the first water supply unit to the first water evaporation unit may be larger than the amount of water supplied from the second water supply unit to the second water evaporation unit. . For example, if the supply amount of water from the second water supply unit is set to 1/5 or less of the supply amount from the first water supply unit, the supply amount of water from the second water supply unit may be changed. The pressure ratio between the reforming raw material and steam supplied to the reforming section does not change. And since the pressure fluctuation with respect to the reforming raw material can be suppressed in this way, the reforming reaction is stably performed in the reforming section.

前記第２の水蒸発部に水を供給する前記第２の水供給部は、水供給装置と、前記水供給装置から供給された水を前記第２の水蒸発部に導く供給管とを有し、前記供給管の水出口と前記第２の水蒸発部の水蒸発面との間の距離が、前記水出口で形成される水滴が滴下する前に前記水蒸発面と接触する距離であってもよい。例えば、前記水出口の孔径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。それにより、かかる構成を実現することができ、よって、水蒸発面に連続して水が供給されるので改質原料に対する圧力変動を抑制することが可能となる。   The second water supply unit that supplies water to the second water evaporation unit includes a water supply device and a supply pipe that guides water supplied from the water supply device to the second water evaporation unit. The distance between the water outlet of the supply pipe and the water evaporating surface of the second water evaporating section is a distance that contacts the water evaporating surface before the water droplet formed at the water outlet drops. You may. For example, the hole diameter of the water outlet may be 0.5 mm or more and 5 mm or less. Thereby, such a configuration can be realized, and therefore, water is continuously supplied to the water evaporation surface, so that pressure fluctuation on the reforming raw material can be suppressed.

前記水出口の流路断面積が０．７ｍｍ２以上２０ｍｍ２以下であってもよく、前記水供給装置からの水の供給量が約０．１ｇ／分以上２ｇ／分以下であってもよい。それにより、少なくとも供給管の先端部において連続した水の流れを形成することが可能となり、よって、水出口から連続して水蒸発面に水を供給することが可能となる。 The cross-sectional area of the flow passage at the water outlet may be 0.7 mm 2 or more and 20 mm 2 or less, and the amount of water supplied from the water supply device may be about 0.1 g / min or more and 2 g / min or less. . Thereby, it is possible to form a continuous flow of water at least at the distal end of the supply pipe, and thus it is possible to continuously supply water to the water evaporation surface from the water outlet.

前記供給管は、前記水出口に向けて流路断面積が小さくなる構成であってもよい。   The supply pipe may be configured such that a flow path cross-sectional area decreases toward the water outlet.

前記水出口を構成する前記供給管の管壁の縁部が、同一水平面上にない構成であってもよく、例えば、前記水出口を含む前記供給管の先端部が切り欠き形状を有していてもよい。それにより、供給管の先端部と第２の水蒸発部の水蒸発面とが近づきすぎた場合にも、安定して水の連続供給を行うことが可能となる。   The edge of the pipe wall of the supply pipe constituting the water outlet may not be on the same horizontal plane, for example, the tip of the supply pipe including the water outlet has a notch shape. You may. Thereby, even when the distal end portion of the supply pipe and the water evaporation surface of the second water evaporation section are too close to each other, it is possible to stably supply water continuously.

前記水出口を含む前記供給管の前記先端部が、前記水蒸発面に対して垂直に配置されてもよく、また、前記水蒸発面と平行に配置されてもよい。   The distal end of the supply pipe including the water outlet may be arranged perpendicular to the water evaporation surface, or may be arranged parallel to the water evaporation surface.

１つの前記水蒸発部を備え、前記水蒸発部は、前記改質ガスの保有熱の他に、前記燃焼部から得られる前記燃焼ガスの保有熱及び／又は前記改質部からの輻射熱をさらに回収可能に構成されてもよい。   The water evaporator further includes one of the water evaporators, the water evaporator further receives, in addition to the retained heat of the reformed gas, the retained heat of the combustion gas obtained from the combustion unit and / or the radiant heat from the reformer. It may be configured to be recoverable.

前記水素発生装置の本体内部では、同心状に所定の間隔で対向配置された複数の軸方向壁と、前記軸方向壁の所定の端部に前記軸方向壁と交差するように配置された複数の径方向壁とで区画されることにより、前記本体内部に、前記改質原料流路、前記改質ガス流路、前記変成後ガス流路、前記燃焼ガスの流路、及び、前記水蒸発部が形成され、本体中心軸に沿って前記改質部が形成されるとともに、軸方向において前記改質部の外側を囲むように前記一酸化炭素変成部が形成され、前記改質原料流路は、軸方向において前記改質部の外側を囲むように配置され、一端が前記改質部の上流面たる一端面に連通し、前記改質ガス流路は、一端が前記改質部の下流面たる軸方向の他端面に連通するとともに、他端が前記改質部の外側に配置された前記一酸化炭素変成部の上流面たる一端面に沿って配置されて該面に連通し、前記変成後ガス流路は、一端が前記一酸化炭素変成部の下流面たる他端面に連通し、前記水蒸発部は、前記改質原料流路と隣接して配置されてもよい。   Inside the main body of the hydrogen generator, a plurality of axial walls concentrically arranged facing each other at a predetermined interval, and a plurality of axial walls arranged at predetermined ends of the axial wall so as to intersect with the axial wall. The reforming material flow path, the reformed gas flow path, the post-shift gas flow path, the combustion gas flow path, and the water evaporation inside the main body. A reforming section is formed along a central axis of the main body, and the carbon monoxide shift section is formed so as to surround the outside of the reforming section in the axial direction. Is disposed so as to surround the outside of the reforming unit in the axial direction, one end thereof communicates with one end surface which is an upstream surface of the reforming unit, and the reformed gas flow path has one end downstream of the reforming unit. While communicating with the other axial end surface, the other end is disposed outside the reforming section. The upstream side of the carbon monoxide shift section is arranged along one end face as the upstream face and communicates with the face, and the post-shift gas flow path has one end communicating with the other end face as the downstream face of the carbon monoxide shift section, The water evaporator may be arranged adjacent to the reforming material flow path.

前記一酸化炭素変成部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、前記温度検出器により検出された前記一酸化炭素変成部の温度に基づいて前記水供給部から前記水蒸発部に供給される水の量が調整されてもよい。それにより、さらに温度制御性の向上を図ることが可能となり、一酸化炭素変成部を転化反応に最適な温度に保持することが可能となる。   The apparatus further includes a temperature detector that detects a temperature of the carbon monoxide shift unit, and is supplied from the water supply unit to the water evaporation unit based on the temperature of the carbon monoxide shift unit detected by the temperature detector. The amount of water may be adjusted. Thereby, the temperature controllability can be further improved, and the temperature of the carbon monoxide shift unit can be maintained at an optimum temperature for the conversion reaction.

本発明に係る燃料電池発電システムは、上記構成を有する水素発生装置と、前記水素発生装置から供給され水素を主成分とする燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池とを備えものである。   A fuel cell power generation system according to the present invention includes a hydrogen generator having the above-described configuration, and a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen as a main component and an oxidant gas supplied from the hydrogen generator. It is.

かかる構成によれば、熱効率が向上するとともに、耐久性が高く安定して発電を行うことが可能な燃料電池発電システムが実現可能となる。   According to such a configuration, it is possible to realize a fuel cell power generation system capable of stably generating power with high durability while improving thermal efficiency.

本発明によれば、熱効率が向上するとともにＣＯ除去性能が向上した水素発生装置が得られる。また、この水素生成装置を使用した燃料電池発電システムでは、エネルギー効率が向上するとともに、燃料電池の耐久性が高く安定した運転が実現可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen generator which the thermal efficiency improved and the CO removal performance improved was obtained. Further, in the fuel cell power generation system using this hydrogen generator, the energy efficiency is improved, and the fuel cell has high durability and stable operation can be realized.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面は、実施の形態に係る水素発生装置及びこの装置を備えた燃料電池発電システムの特徴的な構成を示すものであり、従来から公知である構成については、図示及び詳細な説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る水素発生装置の構成を示す模式的な断面図である。また、図２及び図３は、図１の水素発生装置の第２の水蒸発部の構成を模式的に示す部分拡大断面図である。また、図５は、図１の水素発生装置を備えた燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings show the characteristic configuration of the hydrogen generator according to the embodiment and the fuel cell power generation system including the hydrogen generator, and illustration and detailed description of conventionally known configurations are omitted. I do.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention. FIGS. 2 and 3 are partially enlarged cross-sectional views schematically showing the configuration of the second water evaporator of the hydrogen generator of FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell power generation system including the hydrogen generator of FIG.

本実施の形態では、まず、水素発生装置について説明し、次いで、この水素発生装置を備えた燃料電池発電システムについて説明する。   In the present embodiment, first, a hydrogen generator will be described, and then a fuel cell power generation system including the hydrogen generator will be described.

図１に示すように、水素発生装置は、上端及び下端が閉鎖された円筒状の本体５０と、円筒状の輻射筒２１とが取り付けられたバーナ２０と、本体５０の外周を覆う断熱材５３とから主に構成されている。以下に、水素発生装置の詳細な構造について説明する。   As shown in FIG. 1, the hydrogen generator includes a cylindrical main body 50 having an upper end and a lower end closed, a burner 20 to which a cylindrical radiation tube 21 is attached, and a heat insulating material 53 covering the outer periphery of the main body 50. It is mainly composed of Hereinafter, a detailed structure of the hydrogen generator will be described.

輻射筒２１が取り付けられたバーナ２０が、本体５０と同心状に収納配置されている。円筒状の本体５０の内部、具体的には、本体５０の内壁と輻射筒２１との間の空間は、同心円筒形状を有し径方向及び軸方向の長さが各種異なる複数の縦壁１０２と、この縦壁１０２の所定の端部に適宜配設された複数の円板状又は中空円板状の横壁１０３とで区画されている。具体的には、本体５０の内部に、複数の縦壁１０２が同心状に直立して配置されることにより縦壁１０２間に間隙５１が形成され、この間隙５１を利用して所望のガス流路が形成されるように、縦壁１０２の所定端部が横壁１０３によって適宜閉鎖されている。それにより、本体５０内部に、改質部１０と、ＣＯ変成部１５と、後述の各ガス流路とが形成されている。   The burner 20 to which the radiation tube 21 is attached is housed and arranged concentrically with the main body 50. The space inside the cylindrical main body 50, specifically, the space between the inner wall of the main body 50 and the radiation tube 21 has a plurality of vertical walls 102 each having a concentric cylindrical shape and different in radial and axial lengths. And a plurality of disk-shaped or hollow disk-shaped horizontal walls 103 appropriately disposed at predetermined ends of the vertical wall 102. Specifically, gaps 51 are formed between the vertical walls 102 by arranging a plurality of vertical walls 102 concentrically upright inside the main body 50, and a desired gas flow is A predetermined end of the vertical wall 102 is appropriately closed by a horizontal wall 103 so that a path is formed. Thereby, the reforming unit 10, the CO shift unit 15, and each gas flow path described later are formed inside the main body 50.

各ガス流路は、本体５０の径方向のＩ−Ｉ’断面においてリング状に形成され、外側から内側に向かって、二重構造を有する燃焼ガス流路４の下流側流路４Ａ、二重構造を有する改質原料流路１の上流側流路１Ａ及び下流側流路１Ｂ、改質ガス流路２、改質部１０、及び、前記燃焼ガス流路４の上流側流路４Ｂが順に配設されている。燃焼ガス流路４の下流側流路４Ａと上流側流路４Ｂとは、横壁１０３により形成された本体径方向の流路によって底部で連通している。そして、上流側流路４Ｂの端部が、輻射筒２１が取り付けられたバーナ２０に連通するとともに、下流側流路４Ａの端部が排ガス取り出し口８を通じて外部に連通している。また、改質原料流路１の上流側流路１Ａと下流側流路１Ｂとは、横壁１０３により形成された本体径方向の流路によって底部で連通しており、この連通する底部の領域が、第１の水蒸発部９となっている。後述するように、上流側流路１Ａを通じて第１の水蒸発部９に水が供給されて第１の水蒸気が発生し、この第１の水蒸気が下流側流路１Ｂを移動する。そこで、ここでは、上流側流路１Ａ及び下流側流路１Ｂによって形成される第１の水蒸気の経路を、第１の水蒸気流路１Ｄと呼ぶ。   Each gas flow path is formed in a ring shape in a radial II ′ cross section of the main body 50, and a downstream flow path 4 </ b> A of the combustion gas flow path 4 having a double structure, The upstream flow path 1A and the downstream flow path 1B of the reforming raw material flow path 1 having the structure, the reformed gas flow path 2, the reforming section 10, and the upstream flow path 4B of the combustion gas flow path 4 are sequentially arranged. It is arranged. The downstream flow path 4A and the upstream flow path 4B of the combustion gas flow path 4 communicate with each other at the bottom by a flow path formed in the body radial direction and formed by the lateral wall 103. The end of the upstream flow path 4B communicates with the burner 20 to which the radiation tube 21 is attached, and the end of the downstream flow path 4A communicates with the outside through the exhaust gas outlet 8. The upstream flow path 1A and the downstream flow path 1B of the reforming raw material flow path 1 are communicated at the bottom by a main body radial direction flow path formed by the lateral wall 103. , A first water evaporator 9. As described later, water is supplied to the first water evaporator 9 through the upstream flow path 1A to generate first steam, and the first steam moves in the downstream flow path 1B. Therefore, here, the path of the first steam formed by the upstream channel 1A and the downstream channel 1B is referred to as a first steam channel 1D.

改質部１０は、円筒形状を有し、燃焼ガス流路４の上流側流路４Ｂを介して、輻射筒２１の側部と上部とを囲むように配置されている。改質部１０の本体軸方向の上方には、横壁１０３により、改質部１０の上端面に沿う改質原料流路１の下流側流路１Ｃが形成されている。このようにして形成された本体径方向の下流側流路１Ｃは、前述の改質原料流路１の下流側流路１Ｂに連通している。それにより、改質原料流路１の下流側端部が、改質部１０の上端面に連通した構成となる。改質原料流路１の下流側流路１Ｂは、さらに本体軸方向上方まで延設されており、後述するように、この延設部分によって、第２の水蒸気流路３０が形成されている。したがって、第２の水蒸気流路３０と改質原料流路１とが連通した構成となる。     The reforming section 10 has a cylindrical shape, and is arranged so as to surround the side part and the upper part of the radiation tube 21 via the upstream flow path 4B of the combustion gas flow path 4. Above the main body axis direction of the reforming section 10, a downstream wall 1 </ b> C of the reforming material flow path 1 along the upper end surface of the reforming section 10 is formed by the horizontal wall 103. The downstream flow path 1C in the main body radial direction formed in this way communicates with the downstream flow path 1B of the reforming raw material flow path 1 described above. Thus, the downstream end of the reforming raw material flow path 1 communicates with the upper end surface of the reforming section 10. The downstream flow path 1B of the reforming raw material flow path 1 further extends upward in the body axial direction. As will be described later, a second steam flow path 30 is formed by this extended portion. Therefore, the configuration is such that the second steam flow path 30 and the reforming raw material flow path 1 communicate with each other.

また、改質部１０の軸方向上方には、改質部１０の上端面と対向するように、ＣＯ変成部１５が配設されている。ＣＯ変成部１５と改質部１０とは、改質ガス流路２によって連通している。この改質ガス流路２は、上流側端部が改質部１０の下端面に連通し、改質部１０の外周を囲むように本体軸方向に延び、かつ、下流側領域がＣＯ変成部１５の上端面に沿って本体径方向に形成されている。また、ＣＯ変成部１５の下端面と横壁１０３とにより、変成後ガス流路３が形成されている。上流側端部がＣＯ変成部１５に連通する変成後ガス流路３の下流側端部は、変成後ガス取り出し口７を通じてＣＯ浄化部４０（図５）に連通している。   Further, a CO shift unit 15 is disposed above the reforming unit 10 in the axial direction so as to face the upper end surface of the reforming unit 10. The CO shift section 15 and the reforming section 10 communicate with each other through the reformed gas flow path 2. The reformed gas flow path 2 has an upstream end communicating with a lower end surface of the reforming unit 10, extends in the body axis direction so as to surround an outer periphery of the reforming unit 10, and has a downstream region formed of a CO conversion unit. 15 is formed in the body radial direction along the upper end surface. Further, a gas passage 3 after the shift is formed by the lower end surface of the CO shift section 15 and the lateral wall 103. The downstream end of the post-reformed gas passage 3 whose upstream end communicates with the CO conversion unit 15 is connected to the CO purification unit 40 (FIG. 5) through the post-reformed gas outlet 7.

改質原料流路１の上流側流路１Ａは、原料供給部５及び第１の水供給部６に接続されている。ここでは図示を省略しているが、原料供給部５は、原料供給装置と、原料の供給管とを備えており、第１の水蒸発部６は、水供給装置と、水の供給管とを備えている。また、第２の水蒸気流路３０は、第２の水供給部３２に接続されている。ここでは図示を省略しているが、第２の水供給部３２は、水供給装置と、水の供給管とを備えている。また、本体５０に取り付けられたバーナ２０には、燃焼用空気供給口２０ａ及び燃焼用燃料ガス供給口２０ｂが形成されており、ここでは図示を省略しているが、空気供給口２０ａは空気供給部に接続され、燃焼用燃料ガス供給口２０ｂは燃焼ガス供給部に接続されている。   The upstream flow path 1 </ b> A of the reforming raw material flow path 1 is connected to the raw material supply unit 5 and the first water supply unit 6. Although not shown here, the raw material supply unit 5 includes a raw material supply device and a raw material supply pipe, and the first water evaporation unit 6 includes a water supply device, a water supply pipe, It has. Further, the second steam flow path 30 is connected to the second water supply unit 32. Although not shown here, the second water supply unit 32 includes a water supply device and a water supply pipe. The burner 20 attached to the main body 50 is provided with a combustion air supply port 20a and a combustion fuel gas supply port 20b. Although not shown here, the air supply port 20a has an air supply port. The fuel gas supply port for combustion 20b is connected to the combustion gas supply unit.

改質部１０は、粒状に成型された金属酸化物からなる担体上に改質触媒たる白金族金属が担持されたものが、縦壁１０２の間に形成された間隙５１に充填されて形成されている。改質部１０は、改質原料流路１や改質ガス流路２よりも装置の内側に形成され、上端面が改質原料流路１に連通するとともに、下端面が改質ガス流路２に連通している。   The reforming section 10 is formed by filling a gap 51 formed between the vertical walls 102 with a platinum-group metal as a reforming catalyst carried on a carrier made of a metal oxide formed into a granular shape. ing. The reforming section 10 is formed inside the apparatus with respect to the reforming material flow path 1 and the reforming gas flow path 2, and has an upper end face communicating with the reforming raw material flow path 1 and a lower end face having a reforming gas flow path. It communicates with 2.

ＣＯ変成部１５は、セラミック製のハニカム基材上に形成された膜状の金属酸化物からなる担体上に、変成触媒たる白金族金属が分散して担持された構成を有する。また、ＣＯ変成部１５には、内部の温度を検出する温度センサ３３が配設されている。温度センサ３３により検出されたＣＯ変成部１５の温度情報は、制御装置３５に伝達される。そして、制御装置３５は、後述するように、この情報に基づいて第２の水供部３２を制御し、第２の水供給部３２から第２の水蒸気流路３０に供給される水の流量を調整する。   The CO shift unit 15 has a configuration in which a platinum group metal as a shift catalyst is dispersed and supported on a support made of a film-like metal oxide formed on a ceramic honeycomb substrate. Further, a temperature sensor 33 for detecting the internal temperature is provided in the CO conversion unit 15. The temperature information of the CO conversion unit 15 detected by the temperature sensor 33 is transmitted to the control device 35. Then, the control device 35 controls the second water supply unit 32 based on this information, as described later, and controls the flow rate of water supplied from the second water supply unit 32 to the second steam flow path 30. To adjust.

本体５０及びバーナ２０は、変成後ガス取り出し口７、排ガス取り出し口８、空気供給口２０ａ及び燃焼用燃料ガス供給口２０ｂ、ならびに、原料供給部、第１の水供給部及び第２の水供給部３２との接続部分を除いて、外周が断熱材５３により覆われている。   The main body 50 and the burner 20 include a post-transformation gas outlet 7, an exhaust gas outlet 8, an air supply port 20a, a fuel gas supply port for combustion 20b, a raw material supply section, a first water supply section, and a second water supply section. The outer periphery is covered with a heat insulating material 53 except for a portion connected to the portion 32.

改質原料流路１の下流側流路１Ｂは、下流側流路１Ｃとの接続部（以下、この接続部で混合原料ガスの移動方向が変わる（偏向する）ことから、この接続部を偏向部と呼ぶ）を越えて、さらに、ＣＯ変成部１５よりも本体軸方向上方まで延びている。そして、その延設端部領域が、ＣＯ変成部１５の上端面に沿って形成された改質ガス流路２と横壁１０３を介して隣接するように配置されている。ここでは、このように形成された改質原料流路１の下流側流路１Ｂのうち、前記偏向部よりもＣＯ変成部１５側（すなわち上側）に位置する部分を、特に、第２の水蒸気流路３０と呼ぶ。   The downstream flow path 1B of the reforming raw material flow path 1 is connected to the downstream flow path 1C (hereinafter, the moving direction of the mixed raw material gas is changed (deflected) at the connection part, so that the connection part is deflected. Portion, and extends further upward than the CO conversion portion 15 in the body axial direction. The extended end region is arranged so as to be adjacent to the reformed gas flow path 2 formed along the upper end surface of the CO shift section 15 via the horizontal wall 103. Here, in the downstream flow path 1B of the reforming raw material flow path 1 formed in this way, a portion located on the CO shift section 15 side (that is, the upper side) with respect to the deflecting section, particularly, the second steam It is called a flow path 30.

第２の水蒸気流路３０の内部には、改質ガス流路２と横壁１０３を介して隣接する部分に、第２の水蒸発部３１が形成されている。第２の水蒸発部３１は、第２の水供給部３２から供給された水を貯留可能に構成され、例えば、底面とこの底面外周に配置された側面とからなり所定の深さを有する容器が、第２の水蒸気流路３０内に配置されて第２の水蒸発部３１が構成されている。図２の説明で後述するように、第２の水蒸発部３１では、容器の底面３４が水の蒸発面となり、この底面３４に向けて、第２の水供給部３２の供給管３２ａの水出口３２ｃから水が流れ出る。   Inside the second steam flow path 30, a second water evaporation section 31 is formed at a portion adjacent to the reformed gas flow path 2 via the lateral wall 103. The second water evaporator 31 is configured to be able to store water supplied from the second water supply unit 32, and includes, for example, a container having a predetermined depth and having a bottom surface and side surfaces disposed on the outer periphery of the bottom surface. Are arranged in the second steam flow path 30 to form a second water evaporator 31. As will be described later in the description of FIG. 2, in the second water evaporator 31, the bottom surface 34 of the container serves as an evaporating surface of water, and the water in the supply pipe 32 a of the second water supply unit 32 is directed toward the bottom surface 34. Water flows out of the outlet 32c.

図２は、第２の水蒸発部及び第２の水供給部の構成を示す部分拡大図である。図２に示すように、水供給部３２の供給管３２ａの先端部３２ｂは、第２の水蒸発部３１の底面３４に対して垂直に配置されており、底面３４と先端部３２ｂの水出口３２ｃとの間の距離ｈは、水出口３２ｃで形成され底面３４に向けて滴下される水滴の直径よりも小さく設定されている。それにより、第２の水蒸発部３１に供給される水は、先端部３２ｂの下方向に離れて配置された第２の水蒸発部３１に供給される際、滴を形成して第２の水蒸発部３１の底面３４に向け落下するのではなく、底面３４との間の表面張力により、滑らかに底面３４に供給される。したがって、蒸発面たる底面３４に、水滴として間欠的に周期的に水を供給するのではなく、連続して一定量の水を供給することが可能となる。   FIG. 2 is a partially enlarged view showing the configuration of the second water evaporator and the second water supplier. As shown in FIG. 2, the distal end 32 b of the supply pipe 32 a of the water supply unit 32 is disposed perpendicular to the bottom surface 34 of the second water evaporation unit 31, and the water outlet of the bottom surface 34 and the distal end 32 b is provided. The distance h from the water outlet 32c is set smaller than the diameter of the water droplet formed at the water outlet 32c and dropped toward the bottom surface 34. Thereby, when the water supplied to the second water evaporator 31 is supplied to the second water evaporator 31 which is disposed at a position separated downward in the downward direction of the distal end portion 32b, the water forms droplets to form the second water evaporator 31. Rather than dropping toward the bottom surface 34 of the water evaporator 31, the water is supplied to the bottom surface 34 smoothly by the surface tension with the bottom surface 34. Therefore, instead of intermittently supplying water as water droplets to the bottom surface 34 as the evaporation surface, it is possible to continuously supply a fixed amount of water.

ここで、水が間欠的に第２の水蒸発部３１の底面３４に供給された場合には、第２の水蒸発部３１における水の蒸発量が周期的に変動することになり、それゆえ、装置内の圧力変動が引き起こされるおそれがある。そして、このような圧力変動に伴って、改質部１０に供給される水蒸気と改質原料ガスとの比率に変動が生じ、その結果、改質部１０で生成する改質ガス中の水素の量や、この時に副成するＣＯの量に変動が生じる。   Here, when water is intermittently supplied to the bottom surface 34 of the second water evaporator 31, the amount of water evaporated in the second water evaporator 31 periodically fluctuates. In such a case, pressure fluctuations in the apparatus may be caused. Then, with such a pressure change, the ratio between the steam supplied to the reforming unit 10 and the reforming raw material gas changes, and as a result, the hydrogen in the reformed gas generated in the reforming unit 10 is reduced. The amount and the amount of CO by-produced at this time fluctuate.

これに対して、第２の水蒸発部３１の底面３４と水供給部３２の供給管３２ａの水出口３２ｃとの間の距離ｈを上記のように設定すると、水が、前述のように表面張力により連続して一定量で底面３４に供給されるため、第２の水蒸発部３１における水の蒸発量を安定させることができる。よって、上述のような圧力変動を防止することが可能となり、その結果、改質部１０で生成する改質ガス中の水素の量やＣＯの量を安定させることが可能となる。また、このように連続して水を供給することにより、底面３４は、水滴が重力により加速されて底面３４に落下して供給される場合のような水滴落下の衝撃を受けることがない。それゆえ、装置を長期間運転しても、第２の水蒸発部３１の底面３４に局所的に傷や変形が発生するのを防止することができる。したがって、改質部において、安定して改質反応を行うことが可能となる。   On the other hand, when the distance h between the bottom surface 34 of the second water evaporating section 31 and the water outlet 32c of the supply pipe 32a of the water supply section 32 is set as described above, the water becomes as described above. Since a constant amount of the water is supplied to the bottom surface 34 by the tension, the amount of water evaporation in the second water evaporator 31 can be stabilized. Therefore, the above-described pressure fluctuation can be prevented, and as a result, the amount of hydrogen and the amount of CO in the reformed gas generated in the reforming unit 10 can be stabilized. Further, by continuously supplying water in this manner, the bottom surface 34 is not subjected to the impact of a water drop falling as in the case where the water droplet is accelerated by gravity and falls and is supplied to the bottom surface 34. Therefore, even if the device is operated for a long period of time, it is possible to prevent the occurrence of local damage or deformation on the bottom surface 34 of the second water evaporator 31. Therefore, it is possible to stably perform the reforming reaction in the reforming section.

水出口３２ｃから滴下する水滴の直径は１〜５ｍｍであることが実験から確かめられたことから、水出口３２ｃと第２の水蒸発部３１の底面３４との距離ｈはこの値よりも小さくする。それにより、水の連続供給が可能となる。かかる構成は、例えば、水供給部３２の供給管３２ａの流路断面（特に水出口３２ｃの断面）をこのような水滴の直径よりも小さく設定することにより実現され、ここでは、水出口３２ｃの孔径を０．５〜５ｍｍとしている。このような流路断面の設定は、供給管３２ａの全体にわたって行ってもよく、また、供給管３２ａの先端部３２ｂをそれ以外の部分よりも細くし、先端部３２ｂについてのみ行ってもよい。   Experiments have confirmed that the diameter of the water droplet dropped from the water outlet 32c is 1 to 5 mm. Therefore, the distance h between the water outlet 32c and the bottom surface 34 of the second water evaporation unit 31 is set to be smaller than this value. . Thereby, continuous supply of water becomes possible. Such a configuration is realized by, for example, setting the flow path cross section (particularly, the cross section of the water outlet 32c) of the supply pipe 32a of the water supply unit 32 to be smaller than the diameter of such a water droplet. The hole diameter is 0.5 to 5 mm. Such setting of the flow path cross section may be performed over the entire supply pipe 32a, or may be performed only on the distal end 32b by making the distal end 32b of the supply pipe 32a thinner than other portions.

また、例えば、第２の水供給部３２から第２の水蒸発部３１に供給される水の流量は約０．１〜２ｇ／分程度であるが、このような少量の水をポンプ等の供給装置（図示せず）により連続的に供給するのは非常に困難である。このため、この場合には、ある周期に従って間欠的に第２の水供給部３２の供給装置を動作させて供給管３２ａに水を導入する。ここで、間欠的に供給装置から供給管３２ａに導入された水を、第２の水蒸発部３１に前記導入周期に従って間欠的に供給すると、第２の水蒸発部３１では、周期的に脈動的に水蒸気の発生量が変化する。そして、それに伴って装置内に圧力変動が生じ、前述のように、改質部１０において生成する水素やＣＯの量に変動を引き起こすおそれがある。   Further, for example, the flow rate of water supplied from the second water supply unit 32 to the second water evaporation unit 31 is about 0.1 to 2 g / min. It is very difficult to supply continuously by a supply device (not shown). For this reason, in this case, the supply device of the second water supply unit 32 is operated intermittently according to a certain cycle to introduce water into the supply pipe 32a. Here, when the water intermittently introduced into the supply pipe 32a from the supply device is intermittently supplied to the second water evaporator 31 according to the introduction cycle, the second water evaporator 31 periodically pulsates. The amount of water vapor generated changes. Then, a pressure fluctuation occurs in the apparatus in accordance therewith, and as described above, there is a possibility that the amounts of hydrogen and CO generated in the reforming unit 10 fluctuate.

そこで、第２の水蒸発部３１における水蒸気発生量の脈動的な変化を抑制するため、第２の水供給部３２の供給装置から間欠的に供給管３２ａに導入された水に、供給管３２ａ内において連続した流れを形成させて第２の水蒸発部３１に連続的に供給する必要がある。ここでは、かかる構成を実現するために、第２の水供給部３２の供給管３２ａの内径を１〜５ｍｍとしており、この内径に相当するように供給管３２ａの流路断面積を０．７〜２０ｍｍ２としている。このような内径及び流路断面積の設定は、供給管３２ａ全体にわたって行ってもよく、また、供給管３２ａの先端部３２ｂをそれ以外の部分よりも細くして先端部３２ｂのみについて行ってもよい。このような設定により、間欠的に供給管３２ａに導入された水は、管内を徐々に流れていき、例えば、少なくとも先端部３２ｂにおいて、間欠的ではなく連続した水の流れを形成する。 Therefore, in order to suppress the pulsating change in the amount of water vapor generated in the second water evaporator 31, the water introduced from the supply device of the second water supply unit 32 to the supply pipe 32 a intermittently is supplied to the supply pipe 32 a. It is necessary to form a continuous flow inside and supply the water to the second water evaporator 31 continuously. Here, in order to realize such a configuration, the inner diameter of the supply pipe 32a of the second water supply unit 32 is set to 1 to 5 mm, and the flow path cross-sectional area of the supply pipe 32a is set to 0.7 to correspond to this inner diameter. ２０20 mm 2 . Such setting of the inner diameter and the flow path cross-sectional area may be performed over the entire supply pipe 32a, or may be performed only on the distal end 32b by making the distal end 32b of the supply pipe 32a thinner than other portions. Good. With such a setting, the water intermittently introduced into the supply pipe 32a gradually flows in the pipe, and for example, at least at the distal end portion 32b, a continuous, not intermittent, water flow is formed.

なお、供給管３２ａの内径が１ｍｍ未満の場合、水に含まれる不純物により管内で目詰まりが生じやすくなる。また、第２の水供給部３２やその周辺部が加熱されると、供給管３２ａに熱応力による歪みが生じ変形による目詰まりが生じるおそれがある。また、管内で不純物等の熱膨張が生じるために目詰まりが生じやすくなる。したがって、この場合には、第２の水蒸発部３１への水の供給が停止したり、また、水の供給圧を増加させる必要が生じて供給装置に与える負担が大きくなる。一方、供給管３２ａの内径を５ｍｍより大きくすると、約０．１〜２ｇ／分程度の流量で供給された水は管内全体に広がって流れず、管内の一部を伝って流れ落ちるので、水の流れが間欠的なものとなる。   If the inner diameter of the supply pipe 32a is less than 1 mm, clogging is likely to occur in the pipe due to impurities contained in water. Further, when the second water supply section 32 and its peripheral portion are heated, the supply pipe 32a may be distorted due to thermal stress and clogged due to deformation. Further, thermal expansion of impurities and the like occurs in the tube, so that clogging is likely to occur. Therefore, in this case, the supply of water to the second water evaporator 31 is stopped, or the supply pressure of water needs to be increased, resulting in an increased burden on the supply device. On the other hand, if the inner diameter of the supply pipe 32a is larger than 5 mm, the water supplied at a flow rate of about 0.1 to 2 g / min does not spread throughout the inside of the pipe and flows down along a part of the inside of the pipe. The flow is intermittent.

さらに、第２の水供給部３２の供給管３２ａの先端部３２ｂが第２の水蒸発部３１の底面３４に対して垂直に配置された構成では、例えば、装置の変形等によって先端部３２ｂの水出口３２ｃと底面３４との間の距離ｈが短くなり過ぎると、水出口３２ｃから底面３４に向かう水の流れが悪くなるおそれがある。そこで、図３（ａ），（ｂ）に示すように、供給管３２ａの先端部３２ｂに、切り欠き３６を設けることが好ましい。図３（ａ），（ｂ）では、供給管３２ａの先端部３２ｂの管壁の一部を、三角形状及び放物状に切り欠いて切り欠き３６を形成する。このように先端部３２ｂに切り欠き３６を設けることにより、万が一、先端部３２ｂと第２の水蒸発部３１の底面３４とが接触した場合でも、先端部３２ｂの切り欠き３６から水が流れて水の流路が確保できる。なお、先端部３２ｂに形成される切り欠き３６の形状は、図３（ａ），（ｂ）に示す形状に限定されるものではない。また、先端部３２ｂの管壁の一部を除去する以外に、例えば、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、先端部３２ｂの管壁の所定領域を周方向にわたって除去し、それにより、全体的に先端部３２ｂを尖らせた構成としてもよい。   Further, in a configuration in which the distal end portion 32b of the supply pipe 32a of the second water supply portion 32 is disposed perpendicular to the bottom surface 34 of the second water evaporating portion 31, for example, the distal end portion 32b may If the distance h between the water outlet 32c and the bottom surface 34 is too short, the flow of water from the water outlet 32c to the bottom surface 34 may be deteriorated. Therefore, as shown in FIGS. 3A and 3B, it is preferable to provide a notch 36 at the front end 32b of the supply pipe 32a. 3 (a) and 3 (b), a part of the tube wall of the distal end portion 32b of the supply tube 32a is cut out in a triangular shape and a parabolic shape to form a notch. By providing the notch 36 in the distal end portion 32b in this way, even if the distal end portion 32b and the bottom surface 34 of the second water evaporator 31 come into contact, water flows from the notch 36 in the distal end portion 32b. A water flow path can be secured. Note that the shape of the notch 36 formed in the distal end portion 32b is not limited to the shape shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). In addition to removing a part of the tube wall of the distal end portion 32b, for example, as shown in FIGS. 3C and 3D, a predetermined region of the tube wall of the distal end portion 32b is removed in the circumferential direction. Accordingly, the tip 32b may be sharpened as a whole.

次に、上記水素生成装置の動作について説明する。   Next, the operation of the hydrogen generator will be described.

燃焼用燃料ガス供給口２０ｂを通じてバーナ２０に燃料ガスが供給されるとともに、燃焼用空気供給口２０ａを通じてバーナ２０に空気が供給される。ここでは、図５において後述するように、燃焼用燃料ガスとして、燃料電池発電システムの燃料電池１５１において利用されなかった余剰燃料（いわゆる燃料オフガス）を使用している。そして、供給された燃料オフガスと空気とを用いて拡散燃焼が行われる。ここでは、バーナ２０が輻射筒２１で囲まれているため、輻射筒２１内において燃焼が行われ、それにより、高温の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスの熱は、輻射筒２１を介して、本体５０の径方向外側へ輻射により伝達される。このような輻射熱によって改質部１０の改質触媒が加熱されるとともに、燃焼ガスが輻射筒２１内を軸方向上方に移動して直接的に改質触媒を加熱する。それにより、改質部１０が５５０〜８００℃程度の温度に維持される。上昇した燃焼ガスは、燃焼ガス流路４の上流側流路４Ｂ内を縦壁１０２に沿って軸方向下向きに移動し、さらに、下流側流路４Ａ内を軸方向上向きに移動して最終的に排ガス取り出し口８から外部に排出される（図中の矢印ｉ）。ここで、後述するように、燃焼ガスが燃焼ガス流路４を移動する過程で、燃焼ガスの保有する熱と、改質原料流路１内を移動する水との間で熱交換が行われ、燃焼ガスの熱が、第１の水蒸発部９で蒸発潜熱として利用される。   Fuel gas is supplied to the burner 20 through the combustion fuel gas supply port 20b, and air is supplied to the burner 20 through the combustion air supply port 20a. Here, as will be described later with reference to FIG. 5, surplus fuel (so-called fuel off-gas) not used in the fuel cell 151 of the fuel cell power generation system is used as the fuel gas for combustion. Then, diffusion combustion is performed using the supplied fuel off-gas and air. Here, since the burner 20 is surrounded by the radiation tube 21, combustion is performed in the radiation tube 21, thereby generating high-temperature combustion gas. The heat of the combustion gas is transmitted by radiation to the outside of the main body 50 in the radial direction via the radiation tube 21. The radiant heat heats the reforming catalyst in the reforming section 10 and the combustion gas moves axially upward in the radiation tube 21 to directly heat the reforming catalyst. Thereby, the reforming unit 10 is maintained at a temperature of about 550 to 800 ° C. The ascended combustion gas moves axially downward along the vertical wall 102 in the upstream flow path 4B of the combustion gas flow path 4, and further moves axially upward in the downstream flow path 4A to finally conclude. Is discharged from the exhaust gas outlet 8 to the outside (arrow i in the figure). Here, as described later, in the process of moving the combustion gas through the combustion gas flow path 4, heat exchange is performed between heat held by the combustion gas and water moving in the reforming raw material flow path 1. The heat of the combustion gas is used as latent heat of evaporation in the first water evaporator 9.

原料供給部５から供給された、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物を含む原料ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガス等の炭化水素ガスや、メタノール等のアルコール）と、第１の水供給部６から供給された水とは、改質反応原料として、改質原料流路１を通じて改質部１０に送られる。ここでは、まず、各供給部５，６から供給された原料ガスと水とが、異なる物質状態（すなわち気体と液体）のまま、改質原料流路１の上流側流路１Ａ内を縦壁１０２に沿って軸方向下向きに移動する（図中の矢印ａ）。そして、上流側流路１Ａの底部、すなわち第１の水蒸発部９において、水が、前述の燃焼ガスの保有熱及び輻射熱ならびに後述の改質部１０からの熱を利用して蒸発し、水蒸気となる。この第１水蒸発部９において発生した水蒸気を、第１の水蒸気と呼ぶ。第１の水蒸気は、原料ガスと混合され、この混合原料ガスが、下流側流路１Ｂ内を縦壁１０２に沿って軸方向上向きに移動する（図中の矢印ｂ）。そして、この混合原料ガスは、改質部１０の上端面に沿って形成された改質原料流路１の下流側流路１Ｃに入り、この流路１Ｃ内を横壁１０３に沿って内側に向かって移動した後、改質部１０に供給される（図中の矢印ｃ）。   A raw material gas (for example, a hydrocarbon gas such as city gas or LP gas, or an alcohol such as methanol) supplied from the raw material supply unit 5 and containing a compound composed of at least carbon and hydrogen, and a first water supply unit The water supplied from 6 is sent to the reforming section 10 through the reforming material flow path 1 as a reforming reaction material. Here, first, the raw material gas and water supplied from each of the supply units 5 and 6 are kept in different material states (that is, gas and liquid), and a vertical wall is formed inside the upstream flow path 1A of the reforming raw material flow path 1. It moves axially downward along 102 (arrow a in the figure). Then, at the bottom of the upstream flow path 1A, that is, at the first water evaporating section 9, the water evaporates by using the above-mentioned retained heat and radiant heat of the combustion gas and the heat from the reforming section 10, which will be described later. It becomes. The steam generated in the first water evaporator 9 is referred to as first steam. The first steam is mixed with the raw material gas, and the mixed raw material gas moves upward in the axial direction along the vertical wall 102 in the downstream flow path 1B (arrow b in the figure). Then, the mixed raw material gas enters the downstream flow path 1C of the reformed raw material flow path 1 formed along the upper end surface of the reforming section 10, and flows inside the flow path 1C along the horizontal wall 103. Then, it is supplied to the reforming section 10 (arrow c in the figure).

原料ガス及び第１の水蒸気は、改質部１０の上端面からその内部に導入され、改質触媒中を縦壁１０２に沿って軸方向下向きに移動する（図中の矢印ｄ）。この移動の間に、第１の水蒸気及び原料ガスは加熱されて温度が上昇し、改質反応が行われて改質ガスが生成する。改質ガスは、水素を主体とし、副成したＣＯを含むものである。そして、生成した改質ガスは、改質部１０の下端面から改質ガス流路２に放出され、改質ガス流路２内を縦壁１０２に沿って軸方向上向に移動する（図中の矢印ｅ）。そして、改質ガス流路２内を横壁１０３に沿って移動し、ＣＯ変成部１５に達する（図中の矢印ｆ）。   The raw material gas and the first steam are introduced from the upper end face of the reforming section 10 and move axially downward along the vertical wall 102 in the reforming catalyst (arrow d in the figure). During this movement, the first steam and the raw material gas are heated to increase the temperature, and a reforming reaction is performed to generate a reformed gas. The reformed gas is mainly composed of hydrogen and contains by-product CO. Then, the generated reformed gas is released from the lower end surface of the reforming section 10 to the reformed gas flow path 2 and moves upward in the axial direction along the vertical wall 102 in the reformed gas flow path 2 (FIG. Middle arrow e). Then, it moves along the lateral wall 103 in the reformed gas flow path 2 and reaches the CO shift section 15 (arrow f in the figure).

ＣＯ変成部１５に供給された改質ガスは、変成触媒中を軸方向下向きに移動する。この過程において、改質ガス中に含まれるＣＯがＣＯ２に転化する反応、すなわち変成反応が行われ、変成後ガスが生成する。この変成反応は、発熱反応である。変成後ガスは、ＣＯ変成部１５の下流面から変成後ガス流路３に鉛直下向きに噴出され（図中の矢印ｇ）、その後、この流路内を横壁１０３に沿って移動し、縦壁１０２に沿って該流路内を軸方向上向きに移動して変成後ガス取り出し口７から取り出される（図中の矢印ｈ）。変成後ガス取り出し口７から取り出された変成後ガスは、図５で後述するように、ＣＯ浄化部４０に送られる。 The reformed gas supplied to the CO shift unit 15 moves downward in the axial direction in the shift catalyst. In this process, a reaction in which CO contained in the reformed gas is converted into CO 2 , that is, a shift reaction is performed, and a shift gas is generated. This transformation reaction is an exothermic reaction. The metamorphic gas is ejected vertically downward from the downstream surface of the CO metamorphic section 15 into the metamorphic gas flow path 3 (arrow g in the figure), and then moves in the flow path along the horizontal wall 103 to form a vertical wall. The gas is moved upward in the axial direction along the flow path along the flow path 102 and is taken out from the gas outlet 7 after the gas conversion (arrow h in the figure). The post-transformation gas taken out from the post-transformation gas outlet 7 is sent to the CO purifier 40 as described later with reference to FIG.

ここで、上記のように改質ガスが改質ガス流路２内を移動する際に、第２の水供給部３２から第２の水蒸気流路３０に水が供給される。詳細には、図２に示すように、第２の水供給部３２の供給装置（図示せず）から水が供給管３２ａに導入され、供給管３２ａを通じて、第２の水蒸気流路３０内の第２の水蒸発部３１に前述のように連続して水が供給される。ここでは、第２の水供給部３２から第２の水蒸気流路３０に供給される水の量は、第１の水供給部６から改質原料流路１に供給される水の量の１／５以下である。このようにして第２の水蒸発部３１に供給された水は、第２の水蒸発部３１で一旦貯留される。   Here, when the reformed gas moves in the reformed gas channel 2 as described above, water is supplied from the second water supply unit 32 to the second steam channel 30. Specifically, as shown in FIG. 2, water is introduced into a supply pipe 32 a from a supply device (not shown) of the second water supply unit 32, and the water in the second steam flow path 30 is supplied through the supply pipe 32 a. Water is continuously supplied to the second water evaporator 31 as described above. Here, the amount of water supplied from the second water supply unit 32 to the second steam flow path 30 is one of the amount of water supplied from the first water supply unit 6 to the reforming material flow path 1. / 5 or less. The water supplied to the second water evaporator 31 in this way is temporarily stored in the second water evaporator 31.

第２の水蒸発部３１は、横壁１０３を介して改質ガス流路２と接しているため、改質ガス流路２を流れる改質ガスの保有する熱の一部が、横壁１０３を介して第２の水蒸発部３１に伝達され、第２の水蒸発部３１における蒸発潜熱として利用される。このように保有する熱の一部が蒸発潜熱として回収されることにより、改質部１０と同程度に高温であった改質ガスが冷却される。また、ＣＯ変成部１５の上流面からの輻射熱も、改質ガス流路２を介して第２の水蒸発部３１に伝達されて蒸発潜熱として利用される。その結果、変成反応によりＣＯ変成部１５内で発熱が起こっても、ＣＯ変成部１５の温度を、変成反応に最適な１８０〜４００℃に維持することが可能となる。したがって、ＣＯ変成部１５において、安定して効率よく変成反応が行われてＣＯの除去が行われる。   Since the second water evaporator 31 is in contact with the reformed gas channel 2 via the lateral wall 103, a part of the heat of the reformed gas flowing through the reformed gas channel 2 passes through the lateral wall 103. Is transmitted to the second water evaporator 31 and is used as latent heat of evaporation in the second water evaporator 31. By recovering part of the retained heat as latent heat of vaporization, the reformed gas, which has been as hot as the reforming section 10, is cooled. Further, radiant heat from the upstream surface of the CO shift unit 15 is also transmitted to the second water evaporation unit 31 via the reformed gas flow path 2 and is used as latent heat of evaporation. As a result, even if heat is generated in the CO shift unit 15 due to the shift reaction, the temperature of the CO shift unit 15 can be maintained at 180 to 400 ° C. which is optimal for the shift reaction. Therefore, in the CO shift section 15, the shift reaction is performed stably and efficiently, and the CO is removed.

ここでは、ＣＯ変成部１５の温度を温度センサ３３によって検出し、その温度情報に基づいて、制御装置３５が、第２の水供給部３２からの水の供給量を制御する。すなわち、ＣＯ変成部１５の温度が変成反応に最適な温度よりも低い場合、制御装置３５は、第２の水供給部３２を制御して第２の水供給部３２からの水の供給量を減少させる。例えば、第２の水供給部３２が供給ポンプ及び供給流路の開閉弁を有する場合には、制御装置３５は、ポンプの出力を減少させるか、又は、開閉弁を閉じることにより、水の供給量を減少させる。それにより、第２の水蒸発部３１に供給される水の量が減少し、よって、第２の水蒸発部３１での蒸発潜熱として回収される改質ガスの熱量が減少する。したがって、保有する熱量の大きい改質ガスがＣＯ変成部１５に供給され、それにより、ＣＯ変成部１５の温度を上昇させることが可能となる。   Here, the temperature of the CO conversion unit 15 is detected by the temperature sensor 33, and the control device 35 controls the amount of water supplied from the second water supply unit 32 based on the temperature information. That is, when the temperature of the CO shift unit 15 is lower than the optimum temperature for the shift reaction, the control device 35 controls the second water supply unit 32 to reduce the supply amount of water from the second water supply unit 32. Decrease. For example, when the second water supply unit 32 has a supply pump and an opening / closing valve for the supply flow path, the control device 35 reduces the output of the pump or closes the opening / closing valve to supply water. Decrease the amount. Thereby, the amount of water supplied to the second water evaporator 31 decreases, and accordingly, the amount of heat of the reformed gas recovered as latent heat of evaporation in the second water evaporator 31 decreases. Therefore, the retained reformed gas having a large calorific value is supplied to the CO shift section 15, whereby the temperature of the CO shift section 15 can be increased.

一方、ＣＯ変成部１５の温度が変成反応に最適な温度よりも高い場合、制御装置３５は、第２の水供給部３２を制御して第２の水供給部３２からの水の供給量を増加させる。例えば、制御装置３５は、ポンプの出力を増加させるか、又は、開閉弁をさらに開くことにより、水の供給量を増加させる。それにより、第２の水蒸発部３１に供給される水の量が増加し、よって、第２の水蒸発部３１で回収される改質ガスの熱量が増加する。したがって、より冷却されて保有する熱量の少ない改質ガスがＣＯ変成部１５に供給され、それにより、ＣＯ変成部１５の温度上昇を抑制することが可能となる。   On the other hand, when the temperature of the CO shift unit 15 is higher than the optimal temperature for the shift reaction, the control device 35 controls the second water supply unit 32 to reduce the supply amount of water from the second water supply unit 32. increase. For example, the control device 35 increases the water supply by increasing the output of the pump or further opening the on-off valve. Thereby, the amount of water supplied to the second water evaporation unit 31 increases, and therefore, the amount of heat of the reformed gas recovered in the second water evaporation unit 31 increases. Therefore, the reformed gas that is cooled and has a smaller amount of heat is supplied to the CO shift unit 15, whereby it is possible to suppress an increase in the temperature of the CO shift unit 15.

このような第２の水蒸発部３１における水の蒸発は、下方から加熱されるプール沸騰であるため、突沸を防止することができ、それゆえ、装置内における圧力変動の発生を防止することができる。このため、前述のように、特に、改質部１０において、安定して改質ガスを生成することが可能となる。また、水等に溶存する金属イオンが、突沸に伴って飛散して改質部１０やＣＯ変成部１５等に侵入するのを防止することが可能となる。例えば、突沸に伴って上記の金属イオンが改質部１０やＣＯ変成部１５等に侵入すると、金属イオンがこれらの部分の触媒に吸着して触媒活性を失活させるため、装置の耐久性の劣化を引き起こす。これに対して、本実施の形態では、突沸が防止されていることから、水中に含まれる金属イオンの飛散を防止することができ、耐久性が向上する。   Since the water evaporation in the second water evaporator 31 is pool boiling heated from below, bumping can be prevented, and therefore, pressure fluctuation in the apparatus can be prevented. it can. Therefore, as described above, in particular, the reforming section 10 can stably generate the reformed gas. In addition, it is possible to prevent metal ions dissolved in water or the like from scattering due to bumping and entering the reforming unit 10 or the CO shift unit 15. For example, when the above metal ions enter the reforming section 10 or the CO shift section 15 due to bumping, the metal ions are adsorbed by the catalysts in these portions and deactivate the catalytic activity, so that the durability of the apparatus is reduced. Causes deterioration. On the other hand, in the present embodiment, since bumping is prevented, scattering of metal ions contained in water can be prevented, and durability is improved.

また、前述したように、さらに、第２の水供給部３２から供給される水の量が第１の水供給部６から供給される水の量の１／５以下と少量であることから、第２の水蒸発部３１において生成した第２の水蒸気の圧力は、第１の水蒸発部９において生成した第１の水蒸気の圧力と比較して、僅かなものである。したがって、第２の水蒸気は、改質部１０に供給される原料ガスと水蒸気との圧力比に、ほとんど影響しない。それゆえ、ＣＯ変成部１５の温度制御のために第２の水蒸発部３１への水供給量を調整して第２の水蒸気の発生量を変化させても、改質部１０において安定して改質反応を行うことが可能となる。   Further, as described above, since the amount of water supplied from the second water supply unit 32 is as small as 1/5 or less of the amount of water supplied from the first water supply unit 6, The pressure of the second water vapor generated in the second water evaporator 31 is slightly lower than the pressure of the first water vapor generated in the first water evaporator 9. Therefore, the second steam hardly affects the pressure ratio between the raw material gas supplied to the reforming section 10 and the steam. Therefore, even if the amount of the second steam generated is changed by adjusting the amount of water supplied to the second water evaporator 31 for controlling the temperature of the CO shift unit 15, the reformer 10 stably operates. A reforming reaction can be performed.

このようにして第２の水蒸発部３１において生成された第２の水蒸気は、第２の水蒸気流路３０内を横壁１０３に沿って移動した後、縦壁１０２に沿って軸方向下向きに流れる。そして、改質原料流路１の下流側流路１Ｃに入り、前述の下流側流路１Ｂ内を移動してきた混合原料ガスとともに、横壁１０３に沿って移動して改質部１０に供給される。このように第２の水蒸気流路３０内を第２の水蒸気が流れる過程において、第２の水蒸気流路３０が横壁１０３及び縦壁１０２を介して変成後ガス流路３と隣接していることから、変成後ガスから第２の水蒸気に熱が伝達されて熱回収が行われる。   The second water vapor generated in the second water evaporating section 31 in this way moves along the horizontal wall 103 in the second water vapor flow path 30 and then flows downward along the vertical wall 102 in the axial direction. . Then, it enters the downstream flow path 1C of the reforming raw material flow path 1 and moves along the lateral wall 103 and is supplied to the reforming section 10 together with the mixed raw material gas having moved in the downstream flow path 1B. . In the process of flowing the second steam in the second steam flow path 30 as described above, the second steam flow path 30 is adjacent to the post-transformation gas flow path 3 via the horizontal wall 103 and the vertical wall 102. Thus, heat is transferred from the post-transformation gas to the second steam, and heat recovery is performed.

なお、第２の水供給部３２から供給された水が第２の水蒸発部３１で蒸発しきれなかった場合、水は、第２の水蒸気流路３０内を移動し、さらに、改質原料流路１の下流側流路１Ｂ内を移動してこの流路の底部、すなわち第１の水蒸発部９に達する。このように第１の水蒸発部９に達した水は、前述の第１の水供給部６から供給された水と同様に、第１の水蒸発部９において蒸発する。そして、得られた水蒸気は、下流側流路１Ｂ，１Ｃを通じて改質部１０に供給される。このように、第２の水蒸発部３１において水が蒸発しきれなかった場合でも、改質部１０に水が直接供給されることはなく、したがって、この水により改質部１０における改質ガスの生成効率が低下することはない。また、この場合には、第２の水蒸発部３１で蒸発しきれずに通流する水によっても、改質ガスから熱が回収される。   When the water supplied from the second water supply unit 32 cannot be completely evaporated in the second water evaporation unit 31, the water moves in the second steam flow path 30, and further the reforming raw material It moves in the downstream side flow path 1B of the flow path 1 and reaches the bottom of this flow path, that is, the first water evaporation section 9. The water that has reached the first water evaporator 9 evaporates in the first water evaporator 9 in the same manner as the water supplied from the first water supply unit 6 described above. Then, the obtained steam is supplied to the reforming section 10 through the downstream flow paths 1B and 1C. As described above, even when the water is not completely evaporated in the second water evaporating section 31, the water is not directly supplied to the reforming section 10, and therefore, the reformed gas in the reforming section 10 is generated by the water. There is no reduction in the production efficiency of Further, in this case, heat is recovered from the reformed gas by the water flowing without being completely evaporated in the second water evaporator 31.

変成反応によって得られた変成後ガスのＣＯ濃度は、変成反応の温度に応じて、改質ガス中のＣＯ濃度の１／５〜１／５０まで低減されている。しかしながら、燃料電池１５１（図５）で燃料ガスとして利用するには、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下まで低減する必要がある。このため、図５に示すように、燃料電池発電システムで用いられる水素発生装置では、変成後ガスが、ＣＯ変成部１５の下流に配設されたＣＯ浄化部４０にさらに供給されて処理される。そして、燃料電池発電システムにおいては、水素生成装置１５０で得られた水素主体のガスが、燃料ガスとして燃料電池１５１の燃料極に供給される。燃料電池１５１では、燃料極に供給されたこの燃料ガスと、酸素極に供給された酸素ガスとの反応を利用して発電が行われる。   The CO concentration of the post-transformation gas obtained by the shift reaction is reduced to 1/5 to 1/50 of the CO concentration in the reformed gas according to the temperature of the shift reaction. However, in order to use it as a fuel gas in the fuel cell 151 (FIG. 5), it is necessary to reduce the CO concentration to 10 ppm or less. For this reason, as shown in FIG. 5, in the hydrogen generator used in the fuel cell power generation system, the post-regeneration gas is further supplied to the CO purification unit 40 disposed downstream of the CO conversion unit 15 for processing. . Then, in the fuel cell power generation system, the gas mainly composed of hydrogen obtained by the hydrogen generator 150 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 151 as a fuel gas. In the fuel cell 151, power is generated by utilizing the reaction between the fuel gas supplied to the fuel electrode and the oxygen gas supplied to the oxygen electrode.

本実施の形態の水素生成装置では、ＣＯ変成部１５に供給される改質ガスの熱を第２の水蒸発部３１に供給される水を利用して回収するため、燃料オフガス、燃焼用空気、又は燃焼ガスと改質ガスとの間で熱交換を行う場合や、改質反応の原料ガス又は水蒸気と改質ガスとの間で熱交換を行う場合のような気体同士間での熱交換よりも、液体である水と気体である改質ガスとの間の熱交換率が大きくなり、回収熱量が増加する。したがって、装置全体として、熱効率が向上する。   In the hydrogen generator of the present embodiment, since the heat of the reformed gas supplied to the CO shift unit 15 is recovered by using the water supplied to the second water evaporation unit 31, the fuel off-gas, the combustion air Or heat exchange between gases such as when heat exchange is performed between combustion gas and reformed gas, or when heat exchange is performed between raw material gas or steam for reforming reaction and reformed gas. Rather, the heat exchange rate between the liquid water and the gas reformed gas increases, and the amount of recovered heat increases. Therefore, the thermal efficiency of the entire device is improved.

また、ＣＯ変成部１５の温度調節が、装置の他の部分の影響から独立した要素、すなわち、第２の水供給部３２からの水の供給量、を制御することにより行われるので、従来の場合のように装置の他の部分の状態変化に伴ってＣＯ変成部１５の温度が影響を受けることがない。特に、改質部１０における水素発生量の負荷が変化しても、従来のように水素発生量の負荷の変化に伴って状態変化が生じる要素（具体的には、燃料オフガスや燃焼用空気、燃焼ガス等）を用いてＣＯ変成部１５の温度制御を行う場合に比べて、良好な制御性を実現することが可能となる。   Further, since the temperature adjustment of the CO conversion unit 15 is performed by controlling an element independent of the influence of other parts of the device, that is, by controlling the amount of water supplied from the second water supply unit 32, the conventional method is used. As in the case, the temperature of the CO conversion unit 15 is not affected by the state change of other parts of the device. In particular, even if the load of the amount of hydrogen generated in the reforming section 10 changes, an element that changes state according to the change in the load of the amount of hydrogen generated as in the related art (specifically, fuel off-gas, combustion air, Good controllability can be realized as compared with the case where the temperature control of the CO shift unit 15 is performed using the combustion gas or the like.

このように熱回収の効率が向上するとともにＣＯ変成部１５の温度制御性の向上が図られた水素生成装置を備えた燃料電池発電システムでは、システム全体における熱効率が向上して高いエネルギー効率を実現することができるとともに、耐久性の高いシステムを実現することが可能となる。   As described above, in the fuel cell power generation system including the hydrogen generator in which the efficiency of heat recovery is improved and the temperature controllability of the CO shift unit 15 is improved, the heat efficiency in the entire system is improved to achieve high energy efficiency. And a highly durable system can be realized.

なお、上記においては、改質部１０が、前述のように粒状に成型された金属酸化物の担体上に白金族金属が担持された構成を有するが、改質部１０の構成はこれ以外であってもよい。例えば、改質部１０の形状に応じて、セラミックや金属等のハニカム基材の上に形成された膜状の金属酸化物を担体とし、該担体上に白金族金属が分散された構成であってもよい。   In the above description, the reforming unit 10 has a configuration in which a platinum group metal is supported on a metal oxide carrier formed into a granular shape as described above. There may be. For example, according to the shape of the reforming section 10, a film-shaped metal oxide formed on a honeycomb substrate such as ceramic or metal is used as a carrier, and a platinum group metal is dispersed on the carrier. You may.

また、上記においては、ＣＯ変成部１５が、セラミックからなるハニカム基材上に形成された膜状の金属酸化物担体上に白金族金属が分散担持された構成を有するが、ＣＯ変成部１５の構成はこれ以外であってもよい。例えば、基材がステンレス等の金属薄板で構成された構造体でもよく、また、ＣＯ変成部１５の形状に応じて、粒状に成型された金属酸化物の担体上に白金族金属が担持されたものが充填された構成であってもよい。さらに、ＣＯ変成部１５の変成触媒として、白金族金属以外に、Ｃｕ−Ｚｎ系等の卑金属を用いてもよい。   Further, in the above, the CO shift unit 15 has a configuration in which a platinum group metal is dispersed and supported on a film-shaped metal oxide carrier formed on a honeycomb substrate made of ceramic. The configuration may be other than this. For example, the base material may be a structure composed of a thin metal plate such as stainless steel, or the platinum group metal is supported on a granular metal oxide carrier according to the shape of the CO shift part 15. It may be a configuration in which the object is filled. Further, as the shift catalyst of the CO shift unit 15, a base metal such as a Cu-Zn-based metal may be used in addition to the platinum group metal.

ここで、上記のように白金族金属をＣＯ変成部１５の変成触媒として用いた場合には、卑金属を触媒として用いた場合よりも触媒が高い耐熱性を有することから、ＣＯ変成部１５の温度をより高くすることが可能となる。このように高い耐熱性を有するＣＯ変成部１５では、第２の水供給部３２からの水の供給量の制御に余裕が生じ、供給量の変動幅に余裕が生じる。一方、卑金属を変成触媒として用いた場合には、これらの金属は耐熱性が白金族金属に比べて低いため、使用可能な温度範囲が狭くなるが、本実施の形態ではＣＯ変成部１５において良好な温度制御性が実現されるので、本実施の形態の効果が有効に奏される。   Here, when the platinum group metal is used as the conversion catalyst of the CO conversion unit 15 as described above, since the catalyst has higher heat resistance than when the base metal is used as the catalyst, the temperature of the CO conversion unit 15 Can be made higher. In the CO shift unit 15 having such high heat resistance, there is a margin in the control of the supply amount of water from the second water supply unit 32, and there is a margin in the fluctuation range of the supply amount. On the other hand, when the base metals are used as the shift catalyst, these metals have lower heat resistance than the platinum group metals, so that the usable temperature range is narrowed. Since excellent temperature controllability is realized, the effects of the present embodiment are effectively exhibited.

上記においては、第２の水蒸発部３１で生成した第２の水蒸気が、第１の水蒸発部９で生成された第１の水蒸気と混合され、共通の改質原料流路１Ｃを介して改質部１０に供給されているが、本実施の形態の変形例として、第１の水蒸発部９で生成された第１の水蒸気と、第２の水蒸発部３１で生成された第２の水蒸気とを、別々の流路を通じて改質部１０にそれぞれ供給する構成であってもよい。   In the above, the second steam generated in the second water evaporator 31 is mixed with the first steam generated in the first water evaporator 9, and is mixed via the common reforming material flow path 1C. Although supplied to the reforming unit 10, as a modified example of the present embodiment, the first water vapor generated by the first water evaporation unit 9 and the second water vapor generated by the second water evaporation unit 31 May be supplied to the reforming section 10 through separate flow paths.

また、上記においては、第２の水蒸発部３１の水蒸発面３４に対して供給管３２ａの先端部３２ｂが垂直に配置される場合について説明したが、供給管３２ａの配置はこれに限定されるものではなく、例えば、本実施の形態の変形例として、先端部３２ａが水蒸発面３４と平行に配置された構成であってもよい。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態の水素発生装置は、以下の点が、実施の形態１とは異なっている。 Further, in the above description, the case where the distal end portion 32b of the supply pipe 32a is arranged perpendicular to the water evaporation surface 34 of the second water evaporation section 31, but the arrangement of the supply pipe 32a is not limited to this. Instead, for example, as a modified example of the present embodiment, a configuration in which the distal end portion 32a is arranged in parallel with the water evaporation surface 34 may be used.
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 2 of the present invention. The hydrogen generator of the present embodiment is different from the first embodiment in the following points.

すなわち、実施の形態１では、装置の本体軸方向において、改質部１０の上方にＣＯ変成部１５が配置されているが、図４に示すように、本実施の形態では、装置の本体径方向に改質部１０の外周を取り囲むように円筒状のＣＯ変成部１５’が配置されており、かつ、ＣＯ変成部１５’に向かって配置された改質ガス流路２と、改質原料流路１の下流側流路１Ｂ及び水蒸発部９と、が隣接している。そして、実施の形態１では第１及び第２の水蒸発部９，３１が配設されるとともに第１及び第２の水供給部６，３２が配設されているが、本実施の形態では、水蒸発部９及び水供給部６が各１つずつ配設されている。   That is, in the first embodiment, the CO shift unit 15 is disposed above the reforming unit 10 in the axial direction of the main body of the apparatus. However, as shown in FIG. A cylindrical CO shift unit 15 ′ is disposed so as to surround the outer periphery of the reforming unit 10 in the direction, and the reformed gas flow path 2 disposed toward the CO shift unit 15 ′; The downstream flow path 1B of the flow path 1 and the water evaporator 9 are adjacent to each other. In the first embodiment, the first and second water evaporators 9 and 31 are provided and the first and second water supply units 6 and 32 are provided. , A water evaporation unit 9 and a water supply unit 6 are provided one by one.

具体的に、本実施の形態では、上端及び下端が閉鎖された円筒状の本体５０の内部が、実施の形態１と同様に、縦壁１０２及び横壁１０３で区画され、それにより、装置の中心に、輻射筒２１が取り付けられたバーナ２０を取り囲むように円筒状の改質部１０が形成されている。そして、この改質部１０を取り囲むように、装置の径方向のII−II’線断面における形状がリング状である円筒状の各ガス流路、及び、ＣＯ変成部１５’が形成されている。ここでは、装置の径方向の外側から内側に向かって順に、二重構造を有する燃焼ガス流路４の下流側流路４Ａ、三重構造を有する改質原料流路１の上流側流路１Ａ，１Ｂ、二重構造を有する改質ガス流路２の下流側流路２Ａ、ＣＯ変成部１５’、変成後ガス流路３、前記改質原料流路１の下流側流路１Ｃ、前記改質ガス流路２の上流側流路２Ｂ、改質部１０、及び、燃焼ガス流路４の上流側流路４Ｂが形成されている。なお、多重構造を有する流路では、本体軸方向において区画された流路が、横壁１０３により底部に形成された本体径方向の流路によって連通している。   Specifically, in the present embodiment, the inside of the cylindrical main body 50 whose upper end and lower end are closed is partitioned by the vertical wall 102 and the horizontal wall 103 in the same manner as in the first embodiment. The cylindrical reforming section 10 is formed so as to surround the burner 20 to which the radiation tube 21 is attached. Each of the cylindrical gas flow paths having a ring-shaped cross section along the line II-II ′ in the radial direction of the apparatus, and a CO shift section 15 ′ are formed so as to surround the reforming section 10. . Here, in order from the outer side to the inner side in the radial direction of the apparatus, the downstream side flow path 4A of the combustion gas flow path 4 having the double structure, the upstream side flow path 1A of the reforming material flow path 1 having the triple structure, and the like. 1B, a downstream flow path 2A of the reformed gas flow path 2 having a double structure, a CO conversion section 15 ', a post-regeneration gas flow path 3, a downstream flow path 1C of the reforming raw material flow path 1, and the reforming An upstream flow path 2B of the gas flow path 2, a reforming section 10, and an upstream flow path 4B of the combustion gas flow path 4 are formed. In the flow path having the multiplex structure, the flow paths partitioned in the main body axial direction communicate with each other by a flow path in the main body radial direction formed at the bottom by the lateral wall 103.

上記各ガス流路において、燃焼ガス流路４では、上流側流路４Ｂの端部が、輻射筒２１が取り付けられたバーナ２０に連通するとともに、下流側流路４Ａの端部が、排ガス取り出し口８を通じて外部に連通している。また、改質原料流路１は、上流側流路１Ａの端部が、原料供給部５及び水供給部６にそれぞれ接続されており、下流側流路１Ｃの端部が、改質部１０の下端面に連通している。そして、上流側流路１Ａと上流側流路１Ｂとが連通する底部に、水蒸発部９が形成される。また、改質ガス流路２は、上流側流路２Ｂの端部が改質部１０の上端面に連通するとともに、下流側流路２Ａの端部がＣＯ変成部１５’の上流面に連通している。また、変成後ガス流路３は、上流側端部がＣＯ変成部１５’の下流面に連通するとともに、下流側端部が変成後ガス取り出し口７を通じてＣＯ浄化部４０（図５）に連通している。   In each of the above gas flow paths, in the combustion gas flow path 4, the end of the upstream flow path 4B communicates with the burner 20 to which the radiation tube 21 is attached, and the end of the downstream flow path 4A discharges exhaust gas. The mouth 8 communicates with the outside. In the reforming material flow path 1, the end of the upstream flow path 1A is connected to the raw material supply section 5 and the water supply section 6, respectively, and the end of the downstream flow path 1C is connected to the reforming section 10A. Communicates with the lower end surface of the A water evaporator 9 is formed at the bottom where the upstream flow path 1A and the upstream flow path 1B communicate with each other. In the reformed gas flow channel 2, the end of the upstream flow channel 2B communicates with the upper end surface of the reforming unit 10, and the end of the downstream flow channel 2A communicates with the upstream surface of the CO shift unit 15 '. are doing. The post-shift gas passage 3 has an upstream end communicating with the downstream surface of the CO shift unit 15 ′, and a downstream end communicating with the CO purifying unit 40 (FIG. 5) through the shift gas outlet 7. are doing.

本実施の形態では、ＣＯ変成部１５’が、実施の形態１のＣＯ変成部１５のようにハニカム基材上に形成された膜状の金属酸化物担体上に白金族金属が担持されて構成されるのではなく、粒状に成型された金属酸化物の担体上に白金族金属が担持されたものが、改質ガス流路２と変成後ガス流路３との間に位置する円筒状の領域に配置されて形成されている。また、ＣＯ変成部１５’には、温度センサ３３が配置されており、この温度センサ３３からの情報に基づいて制御装置３５がＣＯ変成部１５’の温度調節を行う。   In the present embodiment, the CO shift section 15 ′ is configured such that a platinum group metal is supported on a film-shaped metal oxide carrier formed on a honeycomb substrate like the CO shift section 15 of the first embodiment. Instead, a platinum-group metal supported on a metal oxide carrier formed into a granular form is formed in a cylindrical shape positioned between the reformed gas flow path 2 and the post-transformation gas flow path 3. It is arranged and formed in the area. Further, a temperature sensor 33 is disposed in the CO shift section 15 ′, and the control device 35 adjusts the temperature of the CO shift section 15 ′ based on information from the temperature sensor 33.

本実施の形態においては、原料供給部５及び水供給部６から原料ガス及び水が改質原料流路１の上流側流路１Ａに供給される。これらの原料ガス及び水は、流路内を縦壁１０２に沿って軸方向下向きに流れる（図中の矢印Ａ）。そして、流路底部の水蒸発部９において、この水に、改質部１０からの輻射熱及び燃焼ガス流路４Ａ内の燃焼ガスからの熱が伝達され、また、後述するように、縦壁１０２を介して隣接する改質ガス流路２内の改質ガスの保有熱、及び、ＣＯ変成部１５’の上流面からの輻射熱が伝達される。それにより、これらの熱が蒸発潜熱として利用されて、水蒸発部９において水が蒸発する。このようにして生成された水蒸気は、原料ガスと混合されて混合原料ガスとなり、上流側流路１Ｂ内を縦壁１０２に沿って軸方向上向きに流れる（図中の矢印Ｂ）。その後、下流側流路１Ｃに入り流路内を縦壁１０２に沿って再び軸方向下向きに流れる。そして、混合原料ガスは、改質部１０の下端から改質部１０内部に供給される（図中の矢印Ｃ）。混合原料ガスが改質部１０内を縦壁１０２に沿って軸方向上向きに流れる過程において改質反応が行われ、水素が主体の改質ガスが生成される。   In the present embodiment, the raw material gas and water are supplied from the raw material supply unit 5 and the water supply unit 6 to the upstream flow path 1A of the reformed raw material flow path 1. These source gas and water flow axially downward along the vertical wall 102 in the flow path (arrow A in the figure). Then, in the water evaporator 9 at the bottom of the flow path, the radiant heat from the reformer 10 and the heat from the combustion gas in the combustion gas flow path 4A are transmitted to this water. , The heat of the reformed gas in the adjacent reformed gas flow path 2 and the radiant heat from the upstream surface of the CO shift section 15 'are transmitted. As a result, these heats are used as latent heat of evaporation, and water evaporates in the water evaporator 9. The water vapor thus generated is mixed with the raw material gas to become a mixed raw material gas, and flows upward in the axial direction along the vertical wall 102 in the upstream side flow path 1B (arrow B in the figure). After that, it enters the downstream flow path 1C and flows again in the axial direction along the vertical wall 102 in the flow path. Then, the mixed raw material gas is supplied from the lower end of the reforming section 10 to the inside of the reforming section 10 (arrow C in the figure). In the process in which the mixed raw material gas flows upward in the axial direction along the vertical wall 102 in the reforming section 10, a reforming reaction is performed, and a reformed gas mainly containing hydrogen is generated.

生成された改質ガスは、改質ガス流路２の上流側流路２Ｂ内を縦壁１０２に沿って軸方向下向きに流れた後、さらに下流側流路２Ａ内を縦壁１０２に沿って軸方向上向きに流れ（図中の矢印Ｄ及びＥ）、ＣＯ変成部１５’の上流面に達する。ＣＯ変成部１５’に供給された改質ガスは、本体の内側に向かって、筒体状のＣＯ変成部１５’の径方向、すなわち水素発生装置の中心軸（図示せず）と垂直な方向、に向かって流れる（図中の矢印Ｆ）。この過程で、変成反応により変成後ガスが生成する。変成反応は発熱反応であるため、ＣＯ変成部１５’は、供給された改質ガスの保有熱と変成反応の際の発熱で得られた熱とによって加熱される。   The generated reformed gas flows in the upstream flow path 2B of the reformed gas flow path 2 in the axial direction downward along the vertical wall 102, and then further flows in the downstream flow path 2A along the vertical wall 102. It flows axially upward (arrows D and E in the figure) and reaches the upstream surface of the CO shift section 15 '. The reformed gas supplied to the CO shift section 15 'is directed toward the inside of the main body in the radial direction of the cylindrical CO shift section 15', that is, in a direction perpendicular to the central axis (not shown) of the hydrogen generator. , (Arrow F in the figure). In this process, a post-transformation gas is generated by the transmutation reaction. Since the shift reaction is an exothermic reaction, the CO shift unit 15 'is heated by the retained heat of the supplied reformed gas and the heat obtained by the heat generated during the shift reaction.

ここで、改質ガスがＣＯ変成部１５’に達する過程において、前述のように、改質ガスの保有する熱の一部が、改質ガス流路２と縦壁１０２を介して隣接する水蒸発部９の水の蒸発潜熱として利用される。それにより、改質ガスから熱が回収されて該ガスが冷却される。また、ＣＯ変成部１５’の上流面からの輻射熱も、改質ガス流路２を経て縦壁１０２を介して水蒸発部９に伝達され、水蒸発部９において水の蒸発潜熱として利用され回収される。本実施の形態では、このように改質ガスの保有熱の一部とＣＯ変成部１５’の上流面からの輻射熱とを、水蒸発部９における水の蒸発に利用して回収することにより、実施の形態１の場合と同様、ＣＯ変成部１５’の温度を調節して最適な温度に保持することが可能となる。   Here, in the process in which the reformed gas reaches the CO shift section 15 ′, as described above, part of the heat of the reformed gas is transferred to the water adjacent to the reformed gas channel 2 via the vertical wall 102. It is used as latent heat of evaporation of water in the evaporator 9. Thereby, heat is recovered from the reformed gas and the gas is cooled. Further, the radiant heat from the upstream surface of the CO shift unit 15 'is also transmitted to the water evaporator 9 via the vertical wall 102 via the reformed gas flow path 2, and is used and recovered as latent heat of water evaporation in the water evaporator 9. Is done. In the present embodiment, a part of the retained heat of the reformed gas and the radiant heat from the upstream surface of the CO shift unit 15 ′ are recovered by utilizing the water in the water evaporation unit 9 to recover the water. As in the case of the first embodiment, it is possible to adjust the temperature of the CO shift unit 15 'to maintain the temperature at an optimum temperature.

ここでは、実施の形態１の場合と同様、ＣＯ変成部１５’の温度を温度センサ３３で検出し、その温度情報に基づいて、制御装置３５が水供給部６からの水の供給量を調節する。それにより、水蒸発部９において回収される改質ガスの保有熱及びＣＯ変成部１５’の輻射熱の量（すなわち熱回収量）が調節され、その結果、ＣＯ変成部１５’の温度制御が行われる。   Here, similarly to the case of the first embodiment, the temperature of the CO conversion unit 15 'is detected by the temperature sensor 33, and the control device 35 adjusts the supply amount of water from the water supply unit 6 based on the temperature information. I do. As a result, the amount of heat of the reformed gas collected in the water evaporator 9 and the amount of radiant heat of the CO shift unit 15 '(that is, the amount of heat recovery) is adjusted, and as a result, the temperature of the CO shift unit 15' is controlled. Be done.

すなわち、ＣＯ変成部１５’の温度が変成反応に最適な温度よりも低い場合いは、制御装置３５は、水供給部６を制御して水供給部６からの水の供給量を減少させる。例えば、水供給部６が供給ポンプ及び供給流路の開閉弁を有する場合、制御装置３５は、ポンプの出力を減少させるか、又は、開閉弁を閉じることにより、水の供給量を減少させる。それにより、水蒸発部９に供給される水の量が減少し、よって、水蒸発部９で回収される改質ガスの熱量が減少する。したがって、保有する熱量の大きい改質ガスがＣＯ変成部１５’に供給され、よって、ＣＯ変成部１５’の温度を上昇させることが可能となる。   That is, when the temperature of the CO shift unit 15 ′ is lower than the optimum temperature for the shift reaction, the control device 35 controls the water supply unit 6 to reduce the supply amount of water from the water supply unit 6. For example, when the water supply unit 6 includes a supply pump and an on-off valve for a supply flow path, the control device 35 reduces the output of the pump or closes the on-off valve to reduce the amount of water supply. As a result, the amount of water supplied to the water evaporator 9 decreases, and accordingly, the amount of heat of the reformed gas recovered in the water evaporator 9 decreases. Therefore, the retained reformed gas having a large calorific value is supplied to the CO shift section 15 ', so that the temperature of the CO shift section 15' can be increased.

一方、ＣＯ変成部１５’の温度が変成反応に最適な温度よりも高い場合、制御装置３５は、水供給部６を制御して水供給部６からの水の供給量を増加させる。例えば、制御装置３５は、ポンプの出力を増加させるか、又は、開閉弁をさらに開くことにより、水の供給量を増加させる。それにより、水蒸発部９に供給される水の量が増加し、よって、水蒸発部９で回収される改質ガスの熱量が増加する。このように改質ガスからの回収する熱量を増加させることにより、保有熱の少ない改質ガスがＣＯ変成部１５’に供給され、それにより、ＣＯ変成部１５’の温度の上昇を抑制することが可能となる。   On the other hand, when the temperature of the CO shift unit 15 ′ is higher than the optimum temperature for the shift reaction, the control device 35 controls the water supply unit 6 to increase the supply amount of water from the water supply unit 6. For example, the control device 35 increases the water supply by increasing the output of the pump or further opening the on-off valve. As a result, the amount of water supplied to the water evaporator 9 increases, and therefore, the amount of heat of the reformed gas recovered in the water evaporator 9 increases. By increasing the amount of heat recovered from the reformed gas in this way, the reformed gas having less retained heat is supplied to the CO shift unit 15 ', thereby suppressing a rise in the temperature of the CO shift unit 15'. Becomes possible.

ここで、このようなＣＯ変成部１５’の温度制御のために調節される水の量は、改質反応のために改質部１０に供給される水の量全体からみて僅かである。このため、このように水の供給量を調節しても、改質部１０に供給される水蒸気と原料ガスとの比率にはほとんど影響を与えず、よって、装置内における圧力変動は抑制される。   Here, the amount of water adjusted for controlling the temperature of the CO shift unit 15 'is small in view of the entire amount of water supplied to the reforming unit 10 for the reforming reaction. Therefore, even if the supply amount of water is adjusted in this manner, the ratio of the steam supplied to the reforming unit 10 and the raw material gas is hardly affected, and the pressure fluctuation in the apparatus is suppressed. .

ＣＯ変成部１５’から得られた変成後ガスは、ＣＯ変成部１５’の下流面から、改質原料流路１の下流側流路１Ｃとの共通の縦壁１０２に垂直に衝突するような流れを形成して変成後ガス流路３に入る。そして、変成後ガスは、縦壁１０２に沿って変成後ガス流路３内を軸方向上向きに流れ、変成後ガス取り出し口７から取り出される（図中の矢印Ｇ）。   The post-shift gas obtained from the CO shift section 15 ′ may collide vertically from the downstream surface of the CO shift section 15 ′ with the common vertical wall 102 with the downstream flow path 1 </ b> C of the reforming material flow path 1. It forms a flow and enters the gas flow path 3 after the shift. The post-transformation gas flows axially upward in the post-transformation gas flow path 3 along the vertical wall 102 and is taken out from the post-transformation gas outlet 7 (arrow G in the figure).

かかる構成の本実施の形態においても、実施の形態１において前述した効果と同様の効果が得られる。   Also in the present embodiment having such a configuration, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.

なお、上記においては、改質部１０が、実施の形態１と同様、粒状に成型された金属酸化物の担体上に白金族金属が担持された構成を有するが、改質部１０の形状に応じて、セラミックや金属等からなるハニカム基材上に形成された膜状の金属酸化物の担体上に白金族金属が分散担持された構成であってもよい。   In the above description, the reforming unit 10 has a configuration in which the platinum group metal is supported on a granular metal oxide carrier as in the first embodiment. Accordingly, a configuration in which a platinum group metal is dispersed and supported on a film-shaped metal oxide carrier formed on a honeycomb substrate made of ceramic, metal, or the like may be used.

また、上記においては、ＣＯ変成部１５’が、粒状に成型された金属酸化物の担体上に白金族金属が担持された構成を有するが、ＣＯ変成部１５’の形状に応じて、セラミックや金属のハニカム等からなる基材上に形成された膜状の金属酸化物の担体上に白金族金属が分散担持された構成であってもよい。さらに、変成触媒として、白金族金属以外に、Ｃｕ−Ｚｎ系等の卑金属を用いてもよい。触媒として白金族金属を用いた場合及び卑金属を用いた場合の効果については、実施の形態１において前述した通りである。   Further, in the above, the CO shift portion 15 'has a configuration in which a platinum group metal is supported on a granular metal oxide carrier, but depending on the shape of the CO shift portion 15', ceramics or the like may be used. A configuration in which a platinum group metal is dispersed and supported on a film-shaped metal oxide carrier formed on a substrate made of a metal honeycomb or the like may be used. Further, a base metal such as a Cu—Zn-based metal may be used as the shift catalyst in addition to the platinum group metal. The effects obtained when the platinum group metal is used as the catalyst and when the base metal is used are as described in the first embodiment.

ところで、本実施の形態のように改質部１０の外周に沿ってＣＯ変成部１５’を配置する構成とするか、あるいは、実施の形態１のように改質部１０の軸方向にＣＯ変成部１５を配置する構成とするかは、任意に選択されるものであるが、改質ガス流路と水蒸発部との接触面積が大きいほど熱回収を効率よく行うことが可能であることから、該接触面積が大きくなるような構成を適宜選択することが好ましい。それにより、本発明の効果がより有効に奏される。   By the way, as shown in the present embodiment, the CO shift unit 15 ′ is arranged along the outer periphery of the reforming unit 10, or the CO shift unit 15 is axially shifted in the axial direction of the reforming unit 10 as in the first embodiment. The configuration in which the portion 15 is disposed is arbitrarily selected, but since the larger the contact area between the reformed gas passage and the water evaporator, the more efficiently heat recovery can be performed. It is preferable to appropriately select a configuration that increases the contact area. Thereby, the effect of the present invention is more effectively achieved.

上記の実施の形態１，２においては、水蒸気流路中に水蒸発部が設けられる場合について説明したが、独立して水蒸発部が設けられるとともにこの水蒸発部に水蒸気流路が接続された構成であってもよい。   In the first and second embodiments, the case where the water evaporation section is provided in the water vapor passage has been described. However, the water evaporation section is independently provided, and the water vapor passage is connected to the water evaporation section. It may be a configuration.

上記の実施の形態１，２においては、バーナ２０に供給する燃焼用燃料ガスとして、燃料電池１５１における燃料オフガスを使用しているが、例えば、この燃焼用燃料ガスとして、都市ガス、メタン、ＬＰガス、灯油等のその他の炭化水素系燃料、あるいは水素等を用いてもよい。   In the first and second embodiments, the fuel off gas in the fuel cell 151 is used as the fuel gas for combustion supplied to the burner 20. For example, city gas, methane, and LP are used as the fuel gas for combustion. Other hydrocarbon-based fuels such as gas, kerosene, or hydrogen may be used.

さらに、上記の実施の形態１，２においては、円筒式の水素生成装置について説明したが、本発明は、これ以外の形状を有する水素生成装置にも適用可能である。   Furthermore, in Embodiments 1 and 2 described above, a cylindrical hydrogen generator has been described, but the present invention is also applicable to hydrogen generators having other shapes.

本発明に係る水素発生装置は、種々の用途で用いられる水素の製造に利用可能であり、特に、燃料電池の燃料ガスとして使用される水素の製造に有効である。また、この水素発生装置を備えた燃料電池発電システムは、発電装置として種々の用途で利用可能であり、例えば、家庭用燃料電池コージェネレーションシステム等として有効である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The hydrogen generator according to the present invention can be used for producing hydrogen used for various applications, and is particularly effective for producing hydrogen used as a fuel gas for a fuel cell. Further, the fuel cell power generation system provided with the hydrogen generator can be used in various applications as a power generation device, and is effective as, for example, a home fuel cell cogeneration system.

本発明の実施の形態１における水素発生装置の断面構成図である。FIG. 1 is a sectional configuration diagram of a hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention. 図１の第２の水蒸気流路における第２の水蒸発部及び第２の水供給部の構成を示す部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view showing a configuration of a second water evaporation unit and a second water supply unit in a second steam flow path of FIG. 1. 図１の第２の水蒸気流路における第２の水蒸発部及び第２の水供給部の構成の他の例を示す部分拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view showing another example of the configuration of the second water evaporation section and the second water supply section in the second steam flow path of FIG. 1. 本発明の実施の形態２における水素発生装置の構成を示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a hydrogen generator according to Embodiment 2 of the present invention. 図１の水素発生装置を備えた燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fuel cell power generation system including the hydrogen generator of FIG. 1.

符号の説明Explanation of reference numerals

１ 改質原料流路
２ 改質ガス流路
３ 変成後ガス流路
４ 燃焼排ガス流路
５ 原料供給部
６ 水供給部
７ 変成後ガス取り出し口
８ 排ガス取り出し口
９ 第１の水蒸発部
１０ 改質部
１５ ＣＯ変成部
２０ バーナ
３０ 第２の水蒸気流路
３１ 第２の水蒸発部
３２ 第２の水供給部
３３ 温度センサ
３５ 制御装置
３５ 切り欠き
５０ 本体
５３ 断熱材 DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 1 reformed material flow path 2 reformed gas flow path 3 post-transformation gas flow path 4 combustion exhaust gas flow path 5 raw material supply section 6 water supply section 7 post-transformation gas take-out port 8 exhaust gas take-out port 9 first water evaporation section 10 Quality part 15 CO transformation part 20 Burner 30 Second steam flow path 31 Second water evaporation part 32 Second water supply part 33 Temperature sensor 35 Control device 35 Notch 50 Main body 53 Thermal insulation

Claims (22)

水供給部から供給された水を水蒸発部で蒸発させて得た水蒸気を用いて改質原料を改質させて水素主体の改質ガスを生成する改質部と、前記改質部に前記水蒸気と前記改質原料とを供給する改質原料流路と、前記改質ガス中の一酸化炭素を変成反応により二酸化炭素に転化する一酸化炭素変成部と、前記改質ガスを前記一酸化炭素変成部に供給する改質ガス流路と、前記一酸化炭素変成部から得られた変成後ガスを取り出す変成後ガス流路と、燃焼ガスを用いて前記改質部を加熱する燃焼部と、を備えた水素発生装置において、
前記改質ガス流路と前記水蒸発部とが熱交換可能に構成され、該熱交換により前記改質ガス流路を移動する改質ガスの保有熱の一部が前記水蒸発部における前記水蒸気の生成に利用されて前記改質ガスの冷却が行われることを特徴とする水素発生装置。 A reforming unit that reforms a reforming raw material using steam obtained by evaporating water supplied from a water supply unit in a water evaporating unit to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen; A reforming material flow path for supplying steam and the reforming material; a carbon monoxide conversion unit for converting carbon monoxide in the reformed gas to carbon dioxide by a conversion reaction; A reformed gas flow path to be supplied to the carbon shift section, a post-shift gas path to take out the post-shift gas obtained from the carbon monoxide shift section, and a combustion section that heats the reforming section using combustion gas. In a hydrogen generator comprising:
The reformed gas passage and the water evaporator are configured to be capable of exchanging heat, and a part of the heat of the reformed gas moving through the reformed gas passage due to the heat exchange is generated by the steam in the water evaporator. Wherein the reformed gas is cooled by utilizing the generation of hydrogen. 前記一酸化炭素変成部の輻射熱が前記水蒸発部に伝達されるとともに、前記伝達された輻射熱が前記水蒸発部における前記水蒸気の生成に利用される請求項１記載の水素発生装置。     2. The hydrogen generator according to claim 1, wherein radiant heat of the carbon monoxide shift unit is transmitted to the water evaporator, and the transmitted radiant heat is used for generation of the water vapor in the water evaporator. 3. 第１の水供給部から供給された水を前記燃焼部から得られる前記燃焼ガス及び／又は前記改質部の輻射熱を利用して蒸発させて第１の水蒸気を生成する第１の水蒸発部と、
前記改質ガス流路との間で前記熱交換可能に構成され、第２の水供給部から供給された水を前記熱交換により回収した前記改質ガスの保有熱を利用して蒸発させて第２の水蒸気を生成する第２の水蒸発部とを備え、
前記改質原料流路は、
前記第１の水蒸気を前記改質原料とともに前記改質部に供給する第１の水蒸気流路と、
前記第２の水蒸気を前記改質部に供給する第２の水蒸気流路と、を備えた請求項１又は２記載の水素発生装置。 A first water evaporating unit that evaporates water supplied from a first water supply unit using the combustion gas obtained from the combustion unit and / or radiant heat of the reforming unit to generate first steam; When,
The heat exchange between the reformed gas flow path and the reformed gas flow path, the water supplied from the second water supply unit is evaporated by utilizing the retained heat of the reformed gas recovered by the heat exchange A second water evaporator for generating a second water vapor,
The reforming material flow path,
A first steam flow path for supplying the first steam to the reforming section together with the reforming raw material;
The hydrogen generator according to claim 1, further comprising: a second steam flow path configured to supply the second steam to the reforming unit. 前記第２の水蒸気流路が前記第１の水蒸気流路に前記改質部の上流において接続された請求項３記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to claim 3, wherein the second steam flow path is connected to the first steam flow path upstream of the reforming section. 前記第２の水蒸発部は、前記一酸化炭素変成部の上方に配置され、かつ、前記第２の水蒸発部の水蒸発面が略水平である請求項３又は４記載の水素発生装置。   5. The hydrogen generator according to claim 3, wherein the second water evaporator is disposed above the carbon monoxide converter, and a water evaporation surface of the second water evaporator is substantially horizontal. 6. 前記第２の水蒸気流路と前記変成後ガス流路とが熱交換可能に構成され、前記第２の水蒸気が前記変成後ガスの保有熱の少なくとも一部を回収する請求項３〜５のいずれかに記載の水素発生装置。   The second steam passage and the post-transformation gas passage are configured to be capable of exchanging heat, and the second steam recovers at least a part of the retained heat of the post-transformation gas. A hydrogen generator according to any one of the above. 前記水素生成装置の本体内部では、所定の間隔で同心状に対向配置された複数の軸方向壁と、前記軸方向壁の所定の端部に前記軸方向壁と交差するように配置された複数の径方向壁とで区画されることにより、前記本体内部に、前記改質原料流路、前記改質ガス流路、前記変成後ガス流路、前記燃焼ガスの流路、及び、前記第１及び第２の蒸発部が形成され、本体中心軸に沿って前記改質部が形成されるとともに、前記改質部の軸方向側に前記一酸化炭素変成部が形成され、
前記第１の水蒸発部は、前記燃焼ガスの流路と熱交換可能、及び／又は、前記改質部からの輻射熱を利用可能に配置され、
前記改質原料流路の前記第１の水蒸気流路は、前記改質部の外側を囲むように配置され、一端が前記第１の水蒸発部に連通するとともに、他端が前記改質部の上流面たる軸方向の一端面に連通し、
前記改質ガス流路は、前記改質部の外周を囲むように配置され、一端が前記改質部の下流面たる軸方向の他端面に連通するとともに、他端が前記一酸化炭素変成部の上流面たる軸方向の一端面に沿って配置されて該面に連通し、
前記一酸化炭素変成部は、軸方向において、前記改質部の前記上流面たる前記一端面と対向するように配置され、
前記変成後ガス流路は、一端が前記一酸化炭素変成部の下流面たる他端面に連通し、
前記第２の水蒸発部は、前記一酸化炭素変成部の前記上流面に沿って配置された前記改質ガス流路と隣接して配置され、
前記第２の水蒸気流路は、一端が前記第２の水蒸発部に連通するとともに、他端が前記改質部の前記上流面たる前記一端面に連通した請求項４記載の水素発生装置。 Inside the main body of the hydrogen generator, a plurality of axial walls concentrically arranged at predetermined intervals and a plurality of axial walls arranged at predetermined ends of the axial walls so as to intersect with the axial walls. The reforming material flow path, the reformed gas flow path, the post-transformation gas flow path, the combustion gas flow path, and the first And a second evaporator is formed, the reformer is formed along the central axis of the main body, and the carbon monoxide converter is formed on the axial side of the reformer,
The first water evaporation unit is disposed so as to be able to exchange heat with the flow path of the combustion gas, and / or to be able to use radiant heat from the reforming unit,
The first steam flow path of the reforming material flow path is disposed so as to surround the outside of the reforming section, and one end communicates with the first water evaporating section, and the other end is connected to the reforming section. Communicates with one end face in the axial direction, which is the upstream face of
The reformed gas flow path is disposed so as to surround the outer periphery of the reforming section, one end of which communicates with the other axial end face, which is the downstream face of the reforming section, and the other end of which is the carbon monoxide converting section. Is arranged along one end face in the axial direction, which is the upstream face, and communicates with the face,
The carbon monoxide shift unit is disposed in the axial direction so as to face the one end surface serving as the upstream surface of the reforming unit,
The post-transformation gas flow path has one end communicating with the other end face, which is the downstream face of the carbon monoxide conversion section,
The second water evaporator is disposed adjacent to the reformed gas flow path disposed along the upstream surface of the carbon monoxide converter,
The hydrogen generator according to claim 4, wherein one end of the second steam flow path communicates with the second water evaporator, and the other end communicates with the one end face, which is the upstream face of the reformer. 前記一酸化炭素変成部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記温度検出器により検出された前記一酸化炭素変成部の温度に基づいて、前記第２の
水供給部から前記第２の水蒸発部に供給される水の量が調整される請求項３〜７のいずれかに記載の水素発生装置。 Further comprising a temperature detector for detecting the temperature of the carbon monoxide shift unit,
The amount of water supplied from the second water supply unit to the second water evaporation unit is adjusted based on the temperature of the carbon monoxide shift unit detected by the temperature detector. 8. The hydrogen generator according to any one of 7. 前記第１の水供給部から第１の水蒸発部に供給される水の量が、前記第２の水供給部から前記第２の水蒸発部に供給される水の量よりも多い請求項３〜８のいずれかに記載の水素発生装置。   The amount of water supplied from the first water supply unit to the first water evaporation unit is larger than the amount of water supplied from the second water supply unit to the second water evaporation unit. The hydrogen generator according to any one of 3 to 8. 前記第２の水蒸発部に水を供給する前記第２の水供給部は、水供給装置と、前記水供給装置から供給された水を前記第２の水蒸発部に導く供給管とを有し、
前記供給管の水出口と前記第２の水蒸部の水蒸発面との間の距離が、前記水出口で形成される水滴が滴下する前に前記水蒸発面と接触する距離である請求項３〜９のいずれかに記載の水素発生装置。 The second water supply unit that supplies water to the second water evaporation unit includes a water supply device and a supply pipe that guides water supplied from the water supply device to the second water evaporation unit. And
The distance between the water outlet of the supply pipe and the water evaporating surface of the second steaming section is a distance that contacts the water evaporating surface before the water droplet formed at the water outlet drops. 10. The hydrogen generator according to any one of 3 to 9. 前記水出口の孔径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１０記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to claim 10, wherein a hole diameter of the water outlet is 0.5 mm or more and 5 mm or less. 前記水出口の流路断面積が０．７ｍｍ２以上２０ｍｍ２以下である請求項１０又は１１記載の水素発生装置。 12. The hydrogen generator according to claim 10, wherein a cross-sectional area of the water outlet is 0.7 mm 2 or more and 20 mm 2 or less. 前記水供給装置からの水の供給量が約０．１ｇ／分以上２ｇ／分以下である請求項１２記載の水素発生装置。   13. The hydrogen generator according to claim 12, wherein a supply amount of water from the water supply device is about 0.1 g / min to 2 g / min. 前記供給管は、前記水出口に向けて流路断面積が小さくなる請求項１０〜１３のいずれかに記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to any one of claims 10 to 13, wherein the supply pipe has a channel cross-sectional area that decreases toward the water outlet. 前記水出口を構成する前記供給管の管壁の縁部が、同一水平面上にない請求項１０〜１４のいずれかに記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to any one of claims 10 to 14, wherein an edge of a pipe wall of the supply pipe constituting the water outlet is not on the same horizontal plane. 前記水出口を含む前記供給管の先端部が切り欠き形状を有する請求項１５記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to claim 15, wherein a tip portion of the supply pipe including the water outlet has a notch shape. 前記水出口を含む前記供給管の前記先端部が、前記水蒸発面に対して垂直に配置された請求項１０〜１６のいずれかに記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to any one of claims 10 to 16, wherein the distal end of the supply pipe including the water outlet is arranged perpendicular to the water evaporation surface. 前記水出口を含む前記供給管の前記先端部が、前記水蒸発面と平行に配置された請求項１０〜１６のいずれかに記載の水素発生装置。   The hydrogen generator according to any one of claims 10 to 16, wherein the distal end of the supply pipe including the water outlet is arranged in parallel with the water evaporation surface. １つの前記水蒸発部を備え、前記水蒸発部は、前記改質ガスの保有熱の他に、前記燃焼部から得られる前記燃焼ガスの保有熱及び／又は前記改質部からの輻射熱をさらに回収可能に構成された請求項１又は２記載の水素発生装置。   The water evaporator further includes one of the water evaporators, the water evaporator further receives, in addition to the retained heat of the reformed gas, the retained heat of the combustion gas obtained from the combustion unit and / or the radiant heat from the reformer. 3. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the hydrogen generator is configured to be recoverable. 前記水素発生装置の本体内部では、同心状に所定の間隔で対向配置された複数の軸方向壁と、前記軸方向壁の所定の端部に前記軸方向壁と交差するように配置された複数の径方向壁とで区画されることにより、前記本体内部に、前記改質原料流路、前記改質ガス流路、前記変成後ガス流路、前記燃焼ガスの流路、及び、前記水蒸発部が形成され、本体中心軸に沿って前記改質部が形成されるとともに、軸方向において前記改質部の外側を囲むように前記一酸化炭素変成部が形成され、
前記改質原料流路は、軸方向において前記改質部の外側を囲むように配置され、一端が前記改質部の上流面たる一端面に連通し、
前記改質ガス流路は、一端が前記改質部の下流面たる軸方向の他端面に連通するとともに、他端が前記改質部の外側に配置された前記一酸化炭素変成部の上流面たる一端面に沿って配置されて該面に連通し、
前記変成後ガス流路は、一端が前記一酸化炭素変成部の下流面たる他端面に連通し、
前記水蒸発部は、前記燃焼ガスの流路及び前記改質ガス流路と隣接して配置された請求項１９記載の水素発生装置。 Inside the main body of the hydrogen generator, a plurality of axial walls concentrically arranged facing each other at a predetermined interval, and a plurality of axial walls arranged at predetermined ends of the axial wall so as to intersect with the axial wall. The reforming material flow path, the reformed gas flow path, the post-shift gas flow path, the combustion gas flow path, and the water evaporation inside the main body. A portion is formed, and the reformed portion is formed along the central axis of the main body, and the carbon monoxide shift portion is formed so as to surround the outside of the reformed portion in the axial direction,
The reforming raw material channel is disposed so as to surround the outside of the reforming unit in the axial direction, and one end thereof communicates with one end surface which is an upstream surface of the reforming unit,
The reformed gas flow path has one end communicating with the other end face in the axial direction, which is the downstream face of the reforming section, and the other end positioned upstream of the carbon monoxide shift section disposed outside the reforming section. It is arranged along one end surface of the barrel and communicates with the surface,
The post-transformation gas flow path has one end communicating with the other end face, which is the downstream face of the carbon monoxide conversion section,
20. The hydrogen generator according to claim 19, wherein the water evaporator is disposed adjacent to the combustion gas flow path and the reformed gas flow path. 前記一酸化炭素変成部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記温度検出器により検出された前記一酸化炭素変成部の温度に基づいて前記水供給部から前記水蒸発部に供給される水の量が調整される請求項１９又は２０記載の水素発生装置。 Further comprising a temperature detector for detecting the temperature of the carbon monoxide shift unit,
21. The hydrogen generator according to claim 19, wherein an amount of water supplied from the water supply unit to the water evaporation unit is adjusted based on a temperature of the carbon monoxide shift unit detected by the temperature detector. 請求項１〜２１のいずれかに記載の水素発生装置と、
前記水素発生装置から供給された水素を主成分とする燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池とを備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。 A hydrogen generator according to any one of claims 1 to 21,
A fuel cell power generation system comprising: a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen as a main component and an oxidant gas supplied from the hydrogen generator.
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