專利名稱：氫生成裝置及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫生成裝置及具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及氫生成裝置的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的氫生成裝置具備進行重整反應(yīng)的重整器、進行轉(zhuǎn)換反應(yīng)的
轉(zhuǎn)換器、以及迸行氧化反應(yīng)的co除去器，通過這些各反應(yīng)器的工作，
進行氫的生成和一氧化碳(CO)的減少，生成氫為主要成分的氣體。
重整器中，具有填充了例如由釕(Ru)、鉬(Pt)或銠(Rh)等貴金屬形成的重整催化劑的重整催化劑層，由此，從含有至少由碳元素和氫元素構(gòu)成的有機化合物的原料和水蒸氣，通過使用重整催化劑的水蒸氣重整反應(yīng)，生成氫為主要成分的含氫氣體。
轉(zhuǎn)換器中，具有填充了含有Pt等貴金屬、銅(Cu)-鋅(Zn)類材料或者鐵(Fe)-鉻(Cr)類材料的轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換催化劑層，由此，由重整器輸出的含氫氣體中的CO通過使用轉(zhuǎn)換催化劑的轉(zhuǎn)換反應(yīng)而被除去至1%左右的濃度水平。
CO除去器具有填充了含有Ru或Pt等貴金屬的氧化催化劑的氧化催化劑層，由此，從轉(zhuǎn)換器輸出的含氫氣體中的CO預(yù)先與空氣混合后，通過使用氧化催化劑的氧化反應(yīng)而被降低至規(guī)定的CO濃度以下(例如，20ppm)的水平。
作為上述現(xiàn)有的氫生成裝置中的重整器周邊的構(gòu)成，例如有圖9所示的構(gòu)成。如圖9所示，設(shè)在內(nèi)筒21和外筒22之間的環(huán)狀空間內(nèi)的重整催化劑層4被在燃燒氣體流路11中流動的燃燒氣體加熱至600°C 700°C，該燃燒氣體流路11設(shè)在內(nèi)筒21的內(nèi)部。在該狀態(tài)下，從原料供給器1供給的原料和由水供給器2供給并在蒸發(fā)器3中生成的水蒸氣的混合氣體，在重整催化劑層4中流通，從而產(chǎn)生含氫氣體，并向設(shè)在重整催化劑層4的外周的含氫氣體流路20流出(例如，參照專利文獻1的圖2)。
上述專利文獻l所述的氫生成裝置中，如上所述，重整催化劑層4
被在燃燒氣體流路11中流動的燃燒氣體加熱至600°C 700°C，然而， 在噴燒器6中形成的火焰的偏向，使得燃燒氣體流路ll內(nèi)的燃燒氣體 流量也產(chǎn)生偏向，在重整催化劑層4的周方向上產(chǎn)生溫度的偏差。而 且，如果噴燒器6中的上述火焰的偏向變大，則在位于火焰偏移的方 向的燃燒氣體流路ll中流動的燃燒氣體的流量變大，促進了存在于該 燃燒氣體流路11的外周的重整催化劑層4的高溫化，有可能引起燒結(jié)， 并損傷催化劑的耐久性。
針對這樣的問題，已知有一種重整裝置，在覆蓋燃燒部(燃燒器) 的上部并連接于重整裝置的側(cè)壁上部的天井部，形成具有內(nèi)側(cè)壁、中 間壁以及外側(cè)壁的三重的壁面，形成在天井部的貫通孔折返的重整氣 體的去路和重整氣體的回路(例如，參照專利文獻2)。專利文獻2所 公開的重整裝置中，即使燃燒部的火焰的偏向使得在重整去路中流通 的重整氣體在重整催化劑層的周方向上產(chǎn)生溫度的偏差，也可以通過 將具有溫度的偏差的重整氣體匯集到設(shè)在天井部的貫通孔，從而將具 有溫度差的重整氣體混合，降低溫度的偏差。
專利文獻l:國際公開第00/63114號小冊子
專利文獻2:日本特開2002-356306號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述專利文獻2所公開的重整裝置中，關(guān)于因隔著內(nèi)側(cè) 壁而在筒狀的重整催化劑層的內(nèi)側(cè)流動的燃燒氣體的流量的偏向而在 重整催化劑層中引起的周方向的溫度的偏差，還有改善的余地。
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有的技術(shù)問題而提出的，其目的在于，提供 -種能夠降低筒狀的重整催化劑層中的周方向的溫度的偏差，并維持 重整催化劑的耐久性的氫生成裝置以及具備該氫生成裝置的燃料電池 系統(tǒng)。
為了解決上述的問題，本發(fā)明涉及的氫生成裝置具備第1筒， 一端被第1蓋板封閉；燃燒器，以在上述第1筒的內(nèi)部空間形成從該 第1筒的另一端側(cè)向上述一端側(cè)的火焰并使燃燒用燃料燃燒的方式構(gòu)
6成；燃燒氣體流路，以上述燃燒氣體沿上述第1筒的內(nèi)面流動的方式 構(gòu)成；第2筒， 一端被在中央部具有含氫氣體通過口的第2蓋板所封 閉，在上述第1筒的外側(cè)與該第1筒為同軸狀，并且，以上述第2蓋 板與上述第1蓋板相對的方式配置；重整器，具備重整催化劑層，該 重整催化劑層配置在形成于上述第1筒和上述第2筒之間的筒狀的第1 空間內(nèi)；第3筒， 一端被第3蓋板封閉，在上述第2筒的外側(cè)與該第2 筒為同軸狀，并且，以上述第3蓋板與上述第2蓋板相對的方式配置。 在形成于上述第1蓋板和上述第2蓋板之間的第2空間以及形成于上 述第2蓋板和上述第3蓋板之間的第3空間之中的至少任一個的空間 內(nèi)，以沿上述第1筒的周方向排列的方式形成有多個含氫氣體的回旋 流路，各上述回旋流路具有與上述第1空間連通的入口、以及與形成 于上述第2筒和上述第3筒之間的筒狀的第4空間連通的出口，上述 入口的中心和上述出口的中心在上述第1筒的中心軸的周圍的角度位 置上偏離規(guī)定的角度，從上述第2筒的另一端側(cè)向上述第1空間供給 原料及水，這些在上述重整催化劑層中因來自上述燃燒氣體流路的傳 熱而進行重整反應(yīng)，生成含氫氣體，該含氫氣體以從上述第1空間的 上述第1筒的一端側(cè)，通過上述第2空間、上述第2蓋板的上述含氫 氣體通過口、上述第3空間、以及上述第4空間，向外部流出的方式 構(gòu)成。
由此，設(shè)在第2空間以及第3空間中的至少任一個空間內(nèi)的回旋 流路被構(gòu)成為，含氫氣體以第1筒的中心軸為中心而回旋規(guī)定的角度， 并在配置于重整催化劑層的外側(cè)的第4空間中流通，因而，即使在筒 狀的重整器(重整催化劑層)中產(chǎn)生周方向的溫度的偏差，低溫的含 氫氣體也在重整催化劑的高溫部分的外側(cè)流通，相反地，高溫的含氫 氣體在重整催化劑的低溫部分的外側(cè)流通，所以，能夠降低重整催化 劑層中的周方向的溫度的偏差。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述多個回旋流路在上述第2 空間內(nèi)形成，在該第2空間內(nèi)形成的各回旋流路(以下，稱為第1回 旋流路)的入口 (以下，稱為第1入口)可以連通于上述第1空間， 各上述第1回旋流路的出口 (以下，稱為第1出口)可以經(jīng)由上述含 氫氣體通過口而連通于上述第4空間。另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述第1回旋流路的上述第1 入口的中心和上述第1出口的中心可以在上述第1筒的中心軸的周圍 的角度位置上偏離170~190度。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述第1回旋流路可以以由 沿上述第1筒的軸方向延伸的隔壁劃分上述第2空間的方式形成。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述多個回旋流路在上述第3
空間內(nèi)形成，在該第3空間內(nèi)形成的各回旋流路(以下，稱為第2回 旋流路)的入口 (以下，稱為第2入口)可以經(jīng)由上述含氫氣體通過 口而連通于上述第1空間，各上述第2回旋流路的出口 (以下，稱為 第2出口 )可以連通于上述第4空間。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述第2回旋流路的上述第2 入口的中心和上述第2出口的中心可以在上述第1筒的中心軸的周圍 的角度位置上偏離170 190度。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述第2回旋流路可以以由 沿上述第1筒的軸方向延伸的隔壁劃分上述第3空間的方式形成。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置具有內(nèi)筒和外筒、以及位于上 述內(nèi)筒和上述外筒之間的環(huán)狀空間的重整催化劑層，具備將在該重
整催化劑層中流動的原料重整并生成含氫氣體的重整器、加熱上述重 整催化劑層的燃燒氣體在上述內(nèi)筒的內(nèi)部流動的燃燒氣體流路、在上 述內(nèi)筒的內(nèi)部生成上述燃燒氣體的燃燒器、以及從上述重整催化劑層 流出的含氫氣體在上述外筒的外周流動的含氫氣體流路，上述內(nèi)筒和 上述外筒在上述重整催化劑層中的上述含氫氣體的流動的下游側(cè)具備
第1蓋板和第2蓋板，在上述第2蓋板的中央部具有含氫氣體通過口， 該含氫氣體通過口用于使在上述第1蓋板和上述第2蓋板之間的空間 流動的上述含氫氣體聚集并向上述含氫氣體流路流出。
由此，在筒狀的重整催化劑層中流通的含氫氣體，由于在含氫氣 體通過口聚集并混合，因而即使在重整催化劑層中具有周方向的溫度 的偏差，也能夠降低含氫氣體的溫度的偏差。另外，通過使降低了溫 度的偏差的含氫氣體在含氫氣體流路中流通，從而能夠降低重整催化 劑層中的周方向的溫度的偏差。而且，通過降低重整催化劑層中的周 方向的溫度的偏差，能夠維持重整催化劑的耐久性。另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，可以在上述空間內(nèi)填充隔熱 材料。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述隔熱材料可以含有氧化鋁。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，上述重整催化劑層可以填充 上述空間。
另外，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，可以在上述含氫氣體通過口 的附近具備溫度檢測器。
而且，本發(fā)明涉及的氫生成裝置中，還具備向上述燃燒器供給燃 料的燃燒氣體調(diào)整器、以及控制器，上述控制器可以基于由上述溫度 檢測器檢測的溫度，調(diào)整從上述燃燒氣體調(diào)整器向上述燃燒器供給的
'、;':另外，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)具備上述氫生成裝置、以及使 用從上述氫生成裝置供給的含氫氣體并進行發(fā)電的燃料電池。
此外，本發(fā)明的上述目的、其它目的、特征、以及優(yōu)點可以在參 照附圖的情況下，通過以下的優(yōu)選實施方式的詳細(xì)的說明而變得明顯。
依照本發(fā)明的氫生成裝置以及具備該氫生成裝置的燃料電池系 統(tǒng)，能夠降低因在筒狀的重整催化劑層的內(nèi)周流動的燃燒氣體的流量 的偏向而在重整催化劑中產(chǎn)生的周方向的溫度的偏差，并維持重整催 化劑的耐久性。


圖1是表示參考例1的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。
圖2是表示參考例2的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。 圖3是表示參考例3的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。 圖4是表示本發(fā)明的實施方式1涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的 模式圖。
圖5是表示圖4所示的氫生成裝置的第1回旋流路的大致構(gòu)成的
模式圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施方式3涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的
模式圖。圖7是表示圖6所示的氫生成裝置的第2回旋流路的模式圖。
圖8是表示本發(fā)明的實施方式5涉及的燃料電池系統(tǒng)的大致構(gòu)成
的模式圖。
圖9是表示現(xiàn)有的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。 圖10是沿圖4所示的X-X線的截面圖。
圖11是表示本發(fā)明的實施方式2涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的 模式圖。
圖12是表示圖11所示的氫生成裝置的第1回旋流路的模式圖。 圖13是表示本發(fā)明的實施方式4涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的
模式圖。
圖14是沿圖13所示的XIV-XIV線的截面圖。 圖15是沿圖13所示的XV-XV線的截面圖。
符號的說明
1:原料供給器；2:水供給器；3:蒸發(fā)器；4:重整催化劑層；5: 含氫氣體通過口； 6:噴燒器(燃燒器)；7:燃料供給器；8:空氣供 給器；9:溫度檢測器；10:控制器；11:燃燒氣體流路；12:排氣口 ； 13:第1蓋板；14:第2蓋板；15:第3蓋板；16:第l空間；17: 氧化鋁層；18:第1回旋流路；18a:第1回旋流路；18b:第1回旋 流路；18c:第1回旋流路；18d:第1回旋流路；19a:隔壁；19b: 隔壁；19c:隔壁；19'd:隔壁；20:含氫氣體流路(第4空間)；21: 內(nèi)筒(第1筒)；22:外筒(第2筒)；23:氫生成裝置；24:燃料電 池；25:廢氣流路；26:重整器；27:燃燒筒；28:路壁筒(第3筒)； 29:板部件；30:板部件；31:板部件；32:蓋部件；33:燃燒空間； 34:燃燒氣體排出路；35:空氣供給路；36:原料供給用入口； 37: 原料供給路；38:配管；39:水供給用入口； 40:水供給路；41:第2 空間；42:第3空間；43:含氫氣體出口； 44:燃料氣體供給路；45: 原料氣體供給路；46a:混合抑制壁；46b:混合抑制壁；47a:隔壁； 47b:隔壁；47C:隔壁；47d:隔壁；48:第2回旋流路；48a:第2 回旋流路；48b:第2回旋流路；48c:第2回旋流路；48d:第2回旋 流路；50:中心軸；51a:第l入口； 51b:第l入口； 51c:第l入口；51d:第l入口； 52a:中心；52b:中心；52c:中心；52d:中心；53a: 第1出口； 53b:第1出口； 53c:第1出口； 53d:第1出口； 54a: 中心；54b:中心；54c:中心；54d:中心；61:第1空間；100:燃 料電池系統(tǒng)；A:區(qū)域；B:區(qū)域。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對用于實施本發(fā)明的最佳實施方式進行說明。 在此，在所有的附圖中，對同一或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)記同一符號，省略 重復(fù)的說明。
(實施方式1)
圖4是表示本發(fā)明的實施方式1涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的 模式圖。
如圖4所示，本實施方式1涉及的氫生成裝置23具有共有中心 軸50的圓筒狀的燃燒筒27、內(nèi)筒(第1筒)21、外筒(第2筒)22、 以及路壁筒(第3筒)28。路壁筒28的下端被第3蓋板15封閉，其 上端被連接于外筒22的環(huán)狀的板部件29封閉。另外，外筒22的下端 被在中央部設(shè)有厚度方向的貫通孔5的第2蓋板14封閉，其上端被連 接于內(nèi)筒21的環(huán)狀的板部件30封閉。另外，內(nèi)筒21的下端被第1蓋 板13封閉，其上端被連接于燃燒筒27的環(huán)狀的板部件31封閉。而且， 燃燒筒27的下端開放，其上端被連接于板部件31的蓋板32封閉。
在蓋板32上，以在燃燒筒27的內(nèi)部向下方延伸的方式配置有噴 燒器(燃燒器)6。在噴燒器6上，連接有后述的廢氣流路25的下游 端，其上游端連接于后述的燃料電池24 (參照圖8)。在廢氣流路25 的途中，設(shè)有燃料供給器7。原料氣體供給路45的下游端連接于燃料 供給器7，其上游端連接于原料供給器1。另外，空氣供給路35的下 游端連接于噴燒器6，其上游端連接于空氣供給器8。在此，燃料供給 器7由三通閥構(gòu)成，而且，空氣供給器8只要是能夠調(diào)整其流量的構(gòu) 成即可，例如，可以為能夠調(diào)整其吐出流量的泵，也可以為流量調(diào)整 用閥。而且，燃燒筒27的內(nèi)部空間構(gòu)成燃燒空間33。并且，燃燒筒 27和內(nèi)筒21之間的空間構(gòu)成燃燒氣體流路11。在燃燒氣體流路11的
li下游側(cè)，即內(nèi)筒21的上端部，形成有排氣口12，在排氣口12上連接
有適合的配管。該配管構(gòu)成燃燒氣體排出路34，燃燒氣體排出路34 的下游端向大氣開放。
由此，向噴燒器6供給作為燃料(燃燒用原料)的在燃料電池24 中未使用的燃料氣體(廢氣)或者來自原料供給器1的城市燃?xì)?，?供給來自空氣供給器8的燃燒用的空氣。然后，在噴燒器6中，所供 給的燃燒用燃料和空氣在燃燒空間33中燃燒，生成燃燒氣體，所生成 的燃燒氣體從燃燒筒27的下端流出，碰到第1蓋板13的內(nèi)表面后反 轉(zhuǎn)，在燃燒氣體流路ll中流通。此時，利用來自構(gòu)成燃燒氣體流路ll 的內(nèi)筒21的傳熱，加熱重整器26及蒸發(fā)器3。而且，在燃燒氣體流路 11中流通的燃燒氣體在燃燒氣體排出路34中流通，并被排出至氫生成 裝置23外。
在內(nèi)筒21的上端部，形成有與在內(nèi)筒21和外筒22之間形成的筒 狀空間(以下，稱為第1空間61)連通的原料供給用入口 36，在該原 料供給用入口36上，連接有原料供給路37的下游端。原料供給路37 的上游端連接于原料供給器1。原料供給器1具有脫硫器和能夠調(diào)整其 吐出量的泵，并與城市燃?xì)獾呐涔?8連接。并且，在內(nèi)筒21的上端 部，形成有與第1空間61連通的水供給用入口 39，在該水供給用入口 39上，連接有水供給路40的下游端。水供給路40的上游端連接于水 供給器2。水供給器2由能夠調(diào)整其吐出流量的泵構(gòu)成，并連接于城市 自來水。
由此，來自原料供給器1的原料，即城市燃?xì)?，由脫硫器吸附?去(脫硫)城市燃?xì)庵兴械淖鳛榧映魟┑牧蚧腔衔铮谠瞎?給路37中流通，被供給至第1空間61的上部，來自水供給器2的水 在水供給路40中流通，被供給至第1空間61的上部。此外，第1空 間61的上部構(gòu)成蒸發(fā)器3。
在第1空間61的下部，設(shè)有填充了重整催化劑的重整催化劑層4。 由第1空間61的設(shè)有重整催化劑層4的空間和重整催化劑層4構(gòu)成重 整器26。另外，在第1空間61中的重整器26的下游側(cè)，在第1蓋板 13和第2蓋板14之間的空間(以下，稱為第2空間41)，設(shè)有第l回 旋流路18。而且，在第2蓋板14的中央部，以內(nèi)筒21的中心軸50和其中心軸一致的方式，沿厚度方向設(shè)有貫通孔5，該貫通孔5構(gòu)成含
氫氣體通過口 5。而且，由第2蓋板14和第3蓋板15之間的空間構(gòu)成 第3空間42。此外，在后面詳細(xì)地說明第1回旋流路18。
由此，在重整器26中，原料和水蒸氣進行重整反應(yīng)，生成含氫氣 體，所生成的含氫氣體從重整催化劑層4的下游端向第2空間41流出， 在第1回旋流路18中流通，通過含氫氣體通過口 5，向第3空間42 流出。
另外，外筒22和路壁筒28的筒狀空間構(gòu)成含氫氣體流路(第4 空間)20，在該含氫氣體流路20上，設(shè)有轉(zhuǎn)換器以及凈化器(圖中均 未顯示)。而且，在路壁筒28的上端部，以與含氫氣體流路20連通 的方式形成有含氫氣體出口 43，在該含氫氣體出口 43上連接有燃料氣 體供給路44的上游端。燃料氣體供給路44的下游端連接于燃料電池 24。由此，從第3空間42流出的含氫氣體在含氫氣體流路20中流通。 此時，利用圖中未顯示的轉(zhuǎn)換器以及凈化器，將含氫氣體中所含有的 CO降低至規(guī)定的濃度(例如，20ppm)。而且，將CO降低后的含氫 氣體在燃料氣體供給路44中流通，并被供給至燃料電池24。
另外，在第3蓋板15的中央部，以貫通該第3蓋板15且其傳感 器部位于第3空間42內(nèi)的方式設(shè)有溫度檢測器9。溫度檢測器9被構(gòu) 成為，檢測從含氫氣體通過口 5流出的含氫氣體的溫度，將所檢測的 溫度傳達至控制器IO。在溫度檢測器9上，可以使用熱電偶或熱敏電 阻等。此外，在此，溫度檢測器9以貫通第3蓋板15的方式設(shè)置，但 不限于此，可以以其傳感器部位于第2蓋板15的外表面的方式設(shè)置。 另外，從檢測從含氫氣體通過口 5流出的含氫氣體的正確的溫度的觀 點出發(fā)，優(yōu)選該傳感器部以位于內(nèi)筒21的中心軸(含氫氣體通過口5 的中心軸)50上的方式設(shè)置。
而且，控制器10由微型計算機等電腦構(gòu)成，進行各種控制。尤其 是基于由溫度檢測器9檢測的溫度，控制從原料供給器1向氫生成裝 置23供給的原料的流量等。
接著，參照圖4、圖5以及圖10，詳細(xì)地說明第1回旋流路18的 構(gòu)成。
圖5是表示圖4所示的氫生成裝置的第1回旋流路的大致構(gòu)成的模式圖，圖10是沿圖4所示的X-X線的截面圖。并且，在圖5中，省
略了一部分。
如圖4、圖5以及圖10所示，第1回旋流路18設(shè)在第2空間41 內(nèi)，在此，由4個第1回旋流路18a 18d構(gòu)成，由隔壁19a 19d形成。 隔壁19a 19d分別形成為，從含氫氣體通過口 5的開口部向外筒22的 內(nèi)周面以放射狀(沿第1筒21的周方向排列)且螺旋狀延伸，并配置 為，含氫氣體通過口 5側(cè)端部、內(nèi)筒21的中心軸50以及外筒22側(cè)端 部所成的角度為180度。另外，隔壁19a 19d的下端分別連接于第2 蓋板14的與第1蓋板13相對的一側(cè)的主面(以下，稱為內(nèi)面)，其 上端形成為，接近于第1蓋板13的與第2蓋板14相對的一側(cè)的主面 (以下，稱為外面)。換言之，隔壁19a 19d的高度尺寸形成為，與 第2空間41的高度(內(nèi)筒21的下端和外筒22的下端的差)尺寸大致 相同，隔壁19a 19d的下端部連接于第2蓋板14的內(nèi)面。
而且，第2空間41中的隔壁19a和隔壁19b之間的空間構(gòu)成回旋 流路18a，同樣地，隔壁19b和隔壁19c之間的空間構(gòu)成回旋流路18b， 隔壁19c和隔壁19d之間的空間構(gòu)成回旋流路18c，隔壁19d和隔壁 19a之間的空間構(gòu)成回旋流路18d?；匦髀?8a 18d分別具有連通于 第1空間61的第1入口 51a 51d、以及連通于含氫氣體通過口 5的第 1出口 53a 53d，第1入口 51a 51d的各自的中心52a 52d和第1出口 53a 53d的各自的中心54a 54d，以在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角 度位置上偏離規(guī)定的角度(在此，為180度)的方式構(gòu)成。在此，第1 入口 51a的中心52a是指第1入口 51a上的從隔壁19a的外筒22側(cè)端 部和隔壁1%的外筒22側(cè)端部離開等距離的位置，同樣地，第1出口 53a的中心54a是指第1出口 53a上的從隔壁19a的含氫氣體通過口 5 側(cè)端部和隔壁19b的含氫氣體通過口 5側(cè)端部離開等距離的位置。此 外，第1入口 51b 51d的各自的中心52b 52d以及第1出口 53b 53d 的各自的中心54b 54d，也與第1入口 51a的中心52a以及第1出口 53a的中心54a同樣地構(gòu)成。
由此，從重整器26的重整催化劑層4流出的含氫氣體流入回旋流 路18a 18d的入口 51a 51d。如圖10的一點劃線所示，流入回旋流路 18a 18d的各自的入口 51a 51d的含氫氣體，在回旋流路18a 18d中流通，并以中心軸50為中心而回旋180度，到達含氫氣體通過口5并通 過含氫氣體通過口 5。此時，含氫氣體在回旋流路18a 18d中以大致相 同的速度流通，而且，由于含氫氣體在比較高的溫度下，粘性高，因 而，在圖IO所示的含氫氣體通過口 5的點劃線部分附近被混合，在除 此以外的部分不混合，以從下方被壓出的方式通過含氫氣體通過口 5， 流出至第3空間42。然后，流出至第3空間42的含氫氣體不混合，以 保持原樣沿內(nèi)筒21的徑方向擴散的方式在第3空間42中流通，到達 路壁筒28的內(nèi)面附近，在含氫氣體流路20的與回旋流路18a 18d的 各自的入口 51a 51d相反的一側(cè)的部分中流通。
因此，根據(jù)以下的理由，即使重整催化劑層4在周方向上產(chǎn)生溫 度的偏差，也能夠降低重整催化劑層4的周方向的溫度的偏差。
例如，可以認(rèn)為，在燃燒器6中形成的火焰產(chǎn)生偏向，靠近火焰 的一側(cè)的重整催化劑層4 (圖10所示的區(qū)域A)為高溫，相反，夾著 中心軸50與區(qū)域A相反的一側(cè)的重整催化劑層4 (圖10所示的區(qū)域 B)，位于從形成于燃燒器4中的火焰離開的方向，因而為低溫。在這 種的情況下，與從低溫側(cè)的重整催化劑層4 (區(qū)域B)流出的含氫氣體 相比，從高溫側(cè)的重整催化劑層4 (區(qū)域A)流出的含氫氣體為高溫。
而且，從高溫側(cè)的重整催化劑層4 (區(qū)域A)流出的含氫氣體在回 旋流路18d中流通，并且以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180度， 保持著高溫的狀態(tài)，通過含氫氣體通過口5，然后，在第3空間42中 向區(qū)域B擴散并流通，在含氫氣體流路20中的低溫側(cè)的重整催化劑層 4 (區(qū)域B)的外側(cè)的部分中流通。由此，低溫側(cè)的重整催化劑層4通 過外筒22而被來自高溫的含氫氣體的傳熱加熱，溫度上升。
另一方面，從低溫側(cè)的重整催化劑層4 (區(qū)域B)流出的含氫氣體 在回旋流路18b中流通，并且以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180 度，保持著低溫的狀態(tài)，通過含氫氣體通過口 5，然后，在第3空間 42中向區(qū)域A擴散并流通，在含氫氣體流路20中的高溫側(cè)的重整催 化劑層4 (區(qū)域A)的外側(cè)的部分中流通。由此，高溫側(cè)的重整催化劑 層4通過外筒22而被低溫的含氫氣體奪去熱量，溫度下降。
這樣，低溫側(cè)的重整催化劑層4的溫度上升，另一方面，高溫側(cè) 的重整催化劑層4的溫度下降，因而，本實施方式1涉及的氫生成裝
15置23中，能夠降低重整催化劑層4中的周方向的溫度的偏差。
此外，本實施方式中，第1回旋流路18由隔壁19a 19d構(gòu)成，第 1回旋流路18a 18d的第1入口 51a 51d的各自的中心52a 52d和第1 出口 53a 53d的各自的中心54a 54d,在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的 角度位置上偏離180度，從而使流入至第2空間41的含氫氣體以內(nèi)筒 21的中心軸50為中心而回旋180度，降低了重整催化劑層4中的周方 向的溫度的偏差，但不限于此，如果第1入口 51a 51d的各自的中心 52a 52d和第1出口 53a 53d的各自的中心54a 54d在內(nèi)筒21的中心 軸50的周圍的角度位置上偏離170 190度左右的范圍，那么，能夠得 到與從重整催化劑層4流出的含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中心 而回旋180度時相同的作用效果。
另外，第1回旋流路18使得含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中 心而回旋的角度(第1入口 51a 51d的各自的中心52a 52d和第1出 口 53a 53d的各自的中心54a 54d在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角 度位置上的角度)，是以內(nèi)筒21的中心軸50為中心，基于從重整器 26 (重整催化劑層4)流出的含氫氣體的溫度而預(yù)先設(shè)定的溫度(重整 催化劑層4的高溫部分、內(nèi)筒21的中心軸50以及重整催化劑層4的 低溫部分所成的角度)，可以通過預(yù)先測量從重整催化劑層流出的含 氫氣體的溫度的偏差，或者模擬重整催化劑層4中的含氫氣體的溫度 分布，從而決定最佳的角度。
接著，參照圖4、圖5以及圖10，對本實施方式1涉及的氫生成 裝置23的動作進行說明。在此，以下的諸動作由控制器IO控制。
首先，燃料供給器7，經(jīng)由原料氣體供給路45和廢氣流路25，將 原料供給器1與噴燒器6連接。接著，來自原料供給器1的燃燒氣體 在原料氣體供給路45和廢氣流路25中流通，被供給至噴燒器6。同時， 來自空氣供給器8的燃燒用的空氣在空氣供給路35中流通，被供給至 噴燒器6。噴燒器6中，所供給的燃燒氣體和空氣燃燒，生成燃燒氣體。 所生成的燃燒氣體從燃燒筒27的下端流出，碰到第1蓋板13的內(nèi)表 面后反轉(zhuǎn)，在燃燒氣體流路11中流通，再在燃燒氣體排出路34中流 通，被排出至氫生成裝置23外。另外，來自原料供給器l的原料在原料供給路37中流通，被供給 至氫生成裝置23的蒸發(fā)器3，而且，來自水供給器2的水在水供給路 40中流通，被供給至氫生成裝置23的蒸發(fā)器3。向蒸發(fā)器3供給的原 料和水，當(dāng)在蒸發(fā)器3中流通時被加熱，水成為水蒸氣。而且，被加 熱的原料和水蒸氣被供給至重整器26。
重整器26中，原料和水蒸氣在重整催化劑層4進行重整反應(yīng)，生 成由氫、 一氧化碳、二氧化碳以及水蒸氣構(gòu)成的重整氣體(含氫氣體)。 所生成的含氫氣體從重整器26的下端流出，流入至第2空間41。流入 至第2空間41的重整氣體在回旋流路18a 18d中流通，并且以內(nèi)筒21 的中心軸50為中心而回旋180度，接著，通過含氫氣體通過口5，流 出至第3空間42。流出至第3空間42的重整氣體不混合，以保持原樣 沿徑方向擴散的方式，在第3空間42中流通，被供給至含氫氣體流路 20。
向含氫氣體流路20供給的重整氣體，當(dāng)在該含氫氣體流路20中 流通時，由圖中未顯示的轉(zhuǎn)換器和凈化器將重整氣體中的一氧化碳降 低至規(guī)定的濃度(例如，20ppm)，生成燃料氣體。而且，所生成的燃 料氣體在燃料氣體供給路44中流通，被供給至燃料電池24。
這樣，本實施方式1涉及的氫生成裝置23中，設(shè)在第2空間41 的第l回旋流路18被構(gòu)成為，使含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸為中心， 回旋規(guī)定的角度(在此，為180度)，并在配置于重整催化劑層4的 外側(cè)的含氫氣體流路20中流通，因而，即使在筒狀的重整器26 (重整 催化劑層4)中產(chǎn)生周方向的溫度的偏差，低溫的含氫氣體也在重整催 化劑層4的高溫部分的外側(cè)流通，相反地，高溫的含氫氣體在重整催 化劑層4的低溫部分的外側(cè)流通，因而，能夠降低重整催化劑層4中 的周方向的溫度的偏差。 (實施方式2)
圖11是表示本發(fā)明的實施方式2涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的 模式圖。圖12是表示圖11所示的氫生成裝置的第1回旋流路的模式 圖。
如圖11和圖12所示，本發(fā)明的實施方式2涉及的氫生成裝置23 和實施方式1涉及的氫生成裝置23的基本構(gòu)成相同，其不同點在于，第1回旋流路18由隔壁19a 19d和混合抑制壁46a、 46b形成。
具體而言，混合抑制壁46a以在含氫氣體通過口 5的上方將隔壁1%和隔壁19d的含氫氣體通過口 5側(cè)端連接的方式設(shè)置，混合抑制壁46b以在含氫氣體通過口 5的上方將隔壁19a和隔壁19c的含氫氣體通過口 5側(cè)端連接的方式設(shè)置，并且，以在含氫氣體通過口 5的中心上與混合抑制壁46a交叉(在此，為正交)的方式設(shè)置。而且，混合抑制壁46a、 46b的高度尺寸以與隔壁19a 19d大致相同的方式形成。
由此，能夠抑制在回旋流路18a 18d中流通的含氫氣體在含氫氣體通過口混合。
本實施方式2涉及的氫生成裝置23，也能夠得到與實施方式1相同的作用效果。
(實施方式3)
圖6是表示本發(fā)明的實施方式3涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。圖7是表示圖6所示的氫生成裝置的第2回旋流路的模式圖。
如圖6和圖7所示，本發(fā)明的實施方式3涉及的氫生成裝置23和實施方式1涉及的氫生成裝置23的基本構(gòu)成相同，其不同點在于，在第2空間41內(nèi)不設(shè)置第1回旋流路18，在第3空間42內(nèi)設(shè)有第2回旋流路48。第2回旋流路48由第2回旋流路48a 48d構(gòu)成，由隔壁47a 47d形成。隔壁47a 47d的下端分別連接于第3蓋板15的與第2蓋板14相對的一側(cè)的主面，其上端分別以接近于第2蓋板的背面的方式形成，除此以外，與實施方式1的隔壁19a 19d同樣地構(gòu)成，因而，省略其詳細(xì)的說明。
并且，第3空間42中的隔壁47a和隔壁47b之間的空間構(gòu)成回旋流路48a，同樣地，隔壁47b和隔壁47c之間的空間構(gòu)成回旋流路48b，隔壁47c和隔壁47d之間的空間構(gòu)成回旋流路48c，隔壁47d和隔壁47a之間的空間構(gòu)成回旋流路48d?；匦髀?8a 48d分別具有連通亍含氫氣體通過口 5的第2入口 55a 55d、以及連通于含氫氣體流路20的第2出口 57a 57d，第2入口 55a 55d的各自的中心56a 56d和第2出口 57a 57的各自的中心58a 58d，以在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上偏離規(guī)定的角度(在此，為180度)的方式構(gòu)成。在此，第2入口 55a的中心56a是指第2入口 55a上的從隔壁47a的含氫氣體通過口 5側(cè)端部和隔壁47b的含氫氣體通過口 5側(cè)端部離開等距離的
位置，同樣地，第2出口 57a的中心58a是指第2出口 57a上的從隔壁47a的外筒22側(cè)端部和隔壁47b的外筒22側(cè)端部離開等距離的位置。此外，第2入口 55b 55d的各自的中心56b 56d和第2出口 57b 57d的各自的中心58b 58d，也與第2入口 55a的中心56a和第2出口 57a的中心58a同樣地構(gòu)成。
而且，通過將含氫氣體通過口 5的開口部設(shè)置為合適的大小，使得從重整器26的重整催化劑層4向第2空間41流出的含氫氣體不混合，向內(nèi)筒21的中心軸50 (含氫氣體通過口 5)沿內(nèi)筒21的徑方向流通，到達含氫氣體通過口5，然后，能夠以向下方被壓出的方式通過含氫氣體通過口 5。
由此，當(dāng)在重整催化劑層4中產(chǎn)生周方向的溫度的偏差時，在重整催化劑層4中流通的含氫氣體也產(chǎn)生溫度的偏差，能夠在維持該溫度的偏差的狀態(tài)下，使含氫氣體通過含氫氣體通過口 5。而且，通過含氫氣體通過口 5的含氫氣體在回旋流路48a 48d中流通，并且以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的角度(在此，為180度)，從而能夠向位于低溫側(cè)的重整催化劑層4的外側(cè)的含氫氣體流路20供給高溫的含氫氣體，而且，能夠向位于高溫側(cè)的重整催化劑層4的外側(cè)的含氫氣體流路20供給低溫的含氫氣體。
如此，在本實施方式3涉及的氫生成裝置中，也能夠降低重整催化劑層4的周方向上的溫度的偏差。
而且，本實施方式中，第2回旋流路48由隔壁47a 47d構(gòu)成，第2回旋流路48的第2入口 55a 55d的各自的中心56a 56d和第2出口57a 57d的各自的中心58a 58d，在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上偏離180度，于是，流入至第3空間42的含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180度，減少了重整催化劑層4中的周方向的溫度的偏差，但不限于此，如果第2入口 55a 55d的各自的中心56a 56d和第2出口 57a 57d的各自的中心58a 58d，在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上偏離170 190度左右的范圍，那么，能夠得到與從重整催化劑層4流出的含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180度時相同的作用效果。另外，第2回旋流路使得含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中心
而回旋的角度(第2入口 55a 55d的各自的中心56a 56d和第2出口57a 57d的各自的中心58a 58d在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上的角度)，是以內(nèi)筒21的中心軸50為中心，基于從重整器26(重整催化劑層4)流出的含氫氣體的溫度而預(yù)先設(shè)定的溫度(重整催化劑層4的高溫部分、內(nèi)筒21的中心軸50以及重整催化劑層4的低溫部分所成的角度)，可以通過預(yù)先測量從重整催化劑層流出的含氫氣體的溫度的偏差，或者模擬重整催化劑層4中的含氫氣體的溫度分布，從而決定最佳的角度。(實施方式4)
圖13是表示本發(fā)明的實施方式4涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖，圖14是沿圖13所示的XIV-XIV線的截面圖，圖15是沿圖13所示的XV-XV線的截面圖。
如圖13至圖15所示，本發(fā)明的實施方式4涉及的氫生成裝置23和實施方式1的氫生成裝置的基本構(gòu)成相同，其不同點在于，在第2空間41內(nèi)設(shè)有第1回旋流路18，并且，在第3空間42內(nèi)設(shè)有第2回旋流路48，第1和第2回旋流路18、 48這兩個回旋流路，使得從重整催化劑層4流出的含氫氣體回旋預(yù)先設(shè)定的角度(例如，180度)。
具體而言，第1回旋流路18與實施方式1涉及的氫生成裝置23的第1回旋流路18的基本構(gòu)成相同，構(gòu)成第1回旋流路18的第1回旋流路18a 18d，以第1入口 51a 51d的各自的中心52a 52d、以及第1出口 53a 53d的各自的中心54a 54d在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上的角度為90度的方式形成。并且，第2回旋流路48與實施方式3涉及的氫生成裝置23的第2回旋流路48的基本構(gòu)成相同，構(gòu)成第2回旋流路48的第2回旋流路48a 48d，以第2入口 55a 55d的各自的中心56a 56d、以及第2出口 57a 57d的各自的中心58a 58d在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上的角度為90度的方式形成。而且，在隔壁19a 19d的含氫氣體通過口 5側(cè)端設(shè)有混合抑制壁46a、46b，同樣地，在隔壁47a 47d的含氫氣體通過口 5側(cè)端也設(shè)有混合抑制壁46a、 46b。
由此，從重整器26的重整催化劑層4的下游端流出的含氫氣體在第1回旋流路18a 18d中流通，并且以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋90度，通過含氫氣體通過口5。通過含氫氣體通過口 5的含氫氣體在第2回旋流路48a 48d中流通，并且以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋90度，被供給至含氫氣體流路20。 g卩，從重整器26的重整催化劑層4的下游端流出的含氫氣體，在第1和第2回旋流路18、 48中流通，從而以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180度。
因此，能夠向位于低溫側(cè)的重整催化劑層4的外側(cè)的含氫氣體流路20供給高溫的含氫氣體，而且，能夠向位于高溫側(cè)的重整催化劑層4的外側(cè)的含氫氣體流路20供給低溫的含氫氣體。
如此，在本實施方式4涉及的氫生成裝置中，也能夠降低重整催化劑層4的周方向上的溫度的偏差。
此外，本實施方式中，第1和第2回旋流路18、 48由4個隔壁19a 19d和47a 47d形成，第1和第2回旋流路18、 48使得從重整器26流出的含氫氣體構(gòu)成為，以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180度，流入至含氫氣體流路20，但不限于此，如果第1回旋流路18的第1入口 51a 51d的各自的中心52a 52d和第2回旋流路48的第2出口57a 57d的各自的中心58a 58d，在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上偏離170 190度左右的范圍，那么，能夠得到與從重整催化劑層4流出的含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋180度時相同的作用效果。
另外，第1和第2回旋流路18、 48使得含氫氣體以內(nèi)筒21的中心軸50為中心而回旋的角度(第1入口 51a 51d的各自的中心52a 52d和第1出口 53a 53d的各自的中心54a 54d在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上的角度，以及，第2入口 55a 55d的各自的中心56a 56d和第2出口 57a 57d的各自的中心58a 58d在內(nèi)筒21的中心軸50的周圍的角度位置上的角度)，是以內(nèi)筒21的中心軸50為中心，基于從重整器26 (重整催化劑層4)流出的含氫氣體的溫度而預(yù)先設(shè)定的溫度(重整催化劑層4的高溫部分、內(nèi)筒21的中心軸50以及重整催化劑層4的低溫部分所成的角度)，可以通過預(yù)先測量從重整催化劑層流出的含氫氣體的溫度的偏差，或者模擬重整催化劑層4中的含氫氣體的溫度分布，從而決定最佳的角度。而且，本實施方式中，第1回旋流路18使得含氫氣體回旋的角度和第2回旋流路48使得含氫氣體回旋的角度均為90度，但是，如果決定上述預(yù)先設(shè)定的角度，那么，可以分別設(shè)定第1和第2回旋流路18、 48使得含氫氣體回旋的角度。(實施方式5)
圖8是表示本發(fā)明的實施方式5涉及的燃料電池系統(tǒng)的大致構(gòu)成的模式圖。
如圖8所示，本發(fā)明的實施方式5涉及的燃料電池系統(tǒng)100具備氫生成裝置23和燃料電池24。氫生成裝置23使用上述實施方式1涉及的氫生成裝置23。
燃料電池24具有陽極和陰極(圖中均未顯示)，從氫生成裝置23經(jīng)由燃料氣體供給路44而向陽極供給燃料氣體，從圖中未顯示的氧化劑氣體供給器向陰極供給氧化劑氣體。而且，燃料電池24中，向陽極供給的燃料氣體和向陰極供給的氧化劑氣體進行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電力和熱。此外，燃料電池24中未使用完的剩余的燃料氣體作為廢氣，在廢氣流路25中流通，被供給至氫生成裝置23的噴燒器6。
另外，本實施方式5涉及的燃料電池系統(tǒng)100中，氫生成裝置23的控制器10以進行燃料電池系統(tǒng)100整體的控制的方式構(gòu)成。此外，在此，控制器10作為單獨的控制器，以進行燃料電池系統(tǒng)IOO整體的控制的方式構(gòu)成，但不限于此，也可以以多個控制器分散配置，且它們協(xié)同控制燃料電池系統(tǒng)100的動作的方式構(gòu)成。
這樣構(gòu)成的本實施方式5涉及的燃料電池系統(tǒng)100中，通過使用實施方式1涉及的氫生成裝置23，能夠降低氫生成裝置23內(nèi)的重整器26 (重整催化劑層4)中的周方向的溫度的偏差，維持氫生成裝置23中的重整催化劑的耐久性。另外，由于降低了重整器(重整催化劑層4)中的周方向的溫度的偏差，因而也降低了由溫度檢測器9檢測的含氫氣體的溫度的偏差。因此，能夠進行穩(wěn)定的重整器26的溫度控制，能夠向燃料電池24供給適當(dāng)?shù)臍?，并使燃料電池系統(tǒng)100的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定且持續(xù)。
此外，上述實施方式1 4中，第1回旋流路18通過由隔壁19a 19d劃分第2空間41而形成，而且，第2回旋流路48通過由隔壁47a 47d
22劃分第3空間42而形成，但不限于此，也可以形成為類似于噴嘴的形
狀。另外，內(nèi)筒21、外筒22以及路壁筒28為圓筒，但不限于此，內(nèi)筒21、外筒22以及路壁筒28也可以不為筒狀，例如，可以為正多邊形。
(參考例1)
圖1是表示參考例1涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。如圖1所示，氫生成裝置23具備原料供給器1，用于調(diào)整含有至少由碳元素和氫元素構(gòu)成的有機化合物的原料的流量并將其向氫生成裝置23供給；水供給器2，用于調(diào)整水的流量并將其向氫生成裝置23供給；蒸發(fā)器3，使來自水供給器2的水蒸發(fā)，并生成水蒸氣和原料的混合氣體；重整催化劑層4，設(shè)在內(nèi)筒21 (第1筒)和外筒22 (第2筒)之間的環(huán)狀空間，被供給有上述混合氣體；第1蓋板13和第2蓋板14，相對于內(nèi)筒21和外筒22的重整催化劑層4中的含氫氣體的流動，分別設(shè)在下游側(cè)；第1空間16，使從重整催化劑層4流出的含氫氣體進行擴散混合；含氫氣體通過口 5，設(shè)在第2蓋板14的中央部，將第1空間16的含氫氣體聚集；噴燒器6，配置在蒸發(fā)器3和重整催化劑層4的內(nèi)側(cè)，生成加熱蒸發(fā)器3和重整催化劑層4的燃燒氣體；圖中未顯示的轉(zhuǎn)換器；凈化器。而且，由內(nèi)筒21和外筒22之間的環(huán)狀空間和重整催化劑層4構(gòu)成重整器26。在本發(fā)明的燃燒器，即噴燒器6上，連接有供給含有可燃性氣體的燃料(燃燒用燃料廢氣或原料氣體)的廢氣流路25和向燃料的燃燒供給必要的空氣的空氣供給路35。在廢氣流路25的途中，設(shè)有燃料供給器7，該燃料供給器7通過原料氣體供給路45而與原料供給器1連接。另外，在空氣供給路35的下游端，設(shè)有空氣供給器8。而且，本參考例1涉及的氫生成裝置23中，基于來自設(shè)置在含氫氣體通過口 5附近的溫度檢測器9的信號，控制器10以控制來自燃料供給器7 (正確地說，經(jīng)由原料供給器1)的燃料供給量或者來自空氣供給器8的空氣供給量的方式構(gòu)成。由噴燒器6產(chǎn)生的燃燒氣體，通過設(shè)在相當(dāng)于重整催化劑層4和蒸發(fā)器3的內(nèi)壁的內(nèi)筒21的內(nèi)部的燃燒氣體流路11而從排氣口 12排出。從含氫氣體通過口 5流出的含氫氣體經(jīng)由外筒22而通過設(shè)在重整催化劑層4的外周的含氫氣體流路20，從氫生成裝置23輸出。上述的原料供給器1 、水供給器2以及空氣供給器8分別只要是能 夠調(diào)整供給物(原料、水、燃料以及空氣)的流量的構(gòu)成即可，這些
供給部l、 2以及8，例如可以為能夠調(diào)整供給物的吐出流量的泵，也 可以為流量調(diào)整用閥。另外，燃料供給器7由三通閥構(gòu)成，以將噴燒 器6的連接處切換為原料供給器1或者后述的燃料電池24的方式構(gòu)成。 對于溫度檢測器9而言，只要是能夠檢測與從含氫氣體通過口 5 流出的含氫氣體的溫度的關(guān)聯(lián)性高的溫度的地方，那么可以設(shè)置在任 一個地方。例如，可以設(shè)置在含氫氣體通過口 5附近的含氫氣體流路 內(nèi)，另外，也可以設(shè)置在能夠檢測從含氫氣體通過口 5流出的氣體所 接觸的第3蓋板15的表面溫度的地方。另外，溫度檢測器9，可以考 慮到檢測溫度范圍以及熱耐久性等而從熱電偶或熱敏電阻等適當(dāng)選 擇。
在此，含氫氣體通過口 5設(shè)置在位于氫生成裝置24的下部的第2 蓋板14的大致中央。于是，即使在燃燒氣體流路11中流動的燃燒氣 體流量的周方向的偏向使得在重整催化劑層4中沿周方向產(chǎn)生溫度的 偏差，也將從重整催化劑層4流出的含氫氣體匯集到一個地方，從而 使得產(chǎn)生溫度差的含氫氣體混合，成為大致均勻的溫度狀態(tài)，并且， 通過在第2蓋板14的中央部設(shè)置有含氫氣體通過口 5，使得從含氫氣 體通過口 5流出的含氫氣體流入至重整催化劑層4的外周的含氫氣體 流路20為止的距離大致相同，能夠使通過重整催化劑層4的外周的含 氫氣體流路20的含氫氣體溫度及流量在環(huán)狀的含氫氣體流路20的周 方向上大致相同。所以，即使在重整催化劑層4中產(chǎn)生周方向的溫度 的偏差，來自重整催化劑層4的外周的加熱狀態(tài)也大致相同，因而也 能夠降低重整催化劑層4中的周方向的溫度的偏差。
另 -方面，圖9所示的上述現(xiàn)有的氫生成裝置中，從重整催化劑 層4流出的含氫氣體流入至重整催化劑層的外周的含氫氣體流路11為
止，沒有積極地謀求混合氣體溫度的均勻化，因而，重整催化劑層的 周方向的溫度分布偏差大，在這種情況下，由于從高溫的重整催化劑 層4流出的高溫的含氫氣體在含氫氣體流路11中通過高溫的重整催化 劑層4的周圍，低溫的含氫氣體通過低溫的重整催化劑層4的周圍， 因而維持了重整催化劑層4中的周方向的溫度的偏差。另外，由于在含氫氣體通過口 5的附近設(shè)置溫度檢測器9，并檢測 含氫氣體的溫度，因而即使重整催化劑層4在周方向上產(chǎn)生若干溫度 偏差，也能夠檢測在含氫氣體通過口 5被大致均勻化的含氫氣體的溫
度，所以能夠使用該溫度檢測器9的檢測溫度，以作為由重整催化劑 層4的溫度狀態(tài)所決定的重整器的代表溫度。
另一方面，圖9所示的現(xiàn)有的氫生成裝置中，如果檢測從重整催 化劑層4流出的含氫氣體的溫度，并將其作為重整器的代表溫度而使 用，則從噴燒器6形成的火焰的偏向的變化使得在重整催化劑層4中 產(chǎn)生的周方向的溫度的偏差也發(fā)生變化，因而，不優(yōu)選將該檢測溫度 作為代表溫度并由控制器10控制。這是因為，在現(xiàn)有的氫生成裝置中， 檢測從重整催化劑層4流出的含氫氣體的溫度的情況下，在某個時機 檢測偏向于高溫的含氫氣體的溫度，在其他時機將偏向于低溫的含氫 氣體的溫度作為代表溫度而進行檢測，如果控制器10基于該檢測溫度， 控制燃燒氣體調(diào)整器7或者空氣供給器8，則重整催化劑的溫度過于上 升而產(chǎn)生燒結(jié)，或者重整催化劑層4的溫度過于下降而不能生成充足 的含氫氣體，使氫生成裝置23難以穩(wěn)定地持續(xù)運轉(zhuǎn)。
由此可見，本參考例1的氫生成裝置23能夠抑制重整催化劑層4 中的周方向的溫度的偏差，能夠良好地保持重整催化劑的耐久性。并 且，通過在含氫氣體通過口 5的附近設(shè)有溫度檢測器9，從而能夠檢測 平均化的溫度以作為重整器的代表溫度，而不是偏向的溫度，因而， 基于溫度檢測器9的檢測溫度，能夠進行穩(wěn)定的氫生成裝置23的運轉(zhuǎn)。
此外，本參考例中，含氫氣體通過口5為在第2蓋板14的中央部 設(shè)置一個開口部的構(gòu)成，但是，只要第1空間16的含氫氣體能夠在第 2蓋板14的中央部聚集并混合，就可以為任意的構(gòu)成。例如，可以為 在中央部設(shè)置多個小孔的集合的構(gòu)成。 (參考例2)
圖2是表示參考例2涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。 由于本參考例2涉及的氫生成裝置23是在參考例1涉及的氫生成
裝置23中設(shè)置了附加的構(gòu)成的裝置，因此，只說明與參考例l不同的地方。
如圖2所示，本參考例2涉及的氫生成裝置23，在內(nèi)筒21的第1蓋板13和外筒22的第2蓋板14之間的第1空間16中設(shè)置填充了粒 狀的氧化鋁的氧化鋁層17。
如果沒有氧化鋁層17，那么，因來自噴燒器6的燃燒氣體而高溫 化的第1蓋板13的輻射使得第2蓋板14高溫化，而且，第2蓋板14 的輻射使得第3蓋板15高溫化，從氫生成裝置23放熱。如果未有效 地使用在噴燒器6中生成的熱量，那么，為了在重整器26中生成氫， 需要大量的燃料，氫生成裝置的效率惡化。
因此，通過像本參考例2那樣，設(shè)置氧化鋁層17，從而使得氧化 鋁層17接收來自高溫化的第1蓋板13的熱量，因而能夠抑制向重整 器外的放熱，有效地利用噴燒器6的熱量。
此外，本參考例中，填充物為氧化鋁，但是，只要具有隔熱性能 并能夠使存在于第1空間16的氣體流通，則可以為任意的材料。 (參考例3)
圖3是表示本參考例3涉及的氫生成裝置的大致構(gòu)成的模式圖。
如圖3所示，本參考例3涉及的氫生成裝置23，在參考例1涉及 的氫生成裝置23的內(nèi)筒21的第1蓋板13和外筒22的第2蓋板14之 間的第1空間16中也填充了重整催化劑。
由此，第1空間16的重整催化劑接收因來自噴燒器6的燃燒氣體 而高溫化的第1蓋板13的熱量，從而能夠抑制來自重整器26的放熱， 并且，能夠在第1空間16的重整催化劑層中進行重整反應(yīng)。因此，利 用與參考例1的氫生成裝置23相同的構(gòu)造體大小及來自噴燒器6的供 熱量，能夠增加氫生成量，能夠更加提高氫生成裝置23的效率。
通過上述說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，本發(fā)明的大量的改 良或其它的實施方式是顯而易見的。因此，上述說明只能被解釋為示 例，出于示范的目的而向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供實施本發(fā)明的最佳方 式。在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)，能夠?qū)ζ錁?gòu)成及/或功能的細(xì)節(jié) 進行實質(zhì)性的變更。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
本發(fā)明的氫生成裝置能夠降低因在筒狀的重整催化劑層的內(nèi)周流 動的燃燒氣體流量的偏向而產(chǎn)生的重整催化劑的周方向的溫度的偏
26差，并維持重整催化劑的耐久性，例如，可以用作家用燃料電池系統(tǒng) 用的氫生成裝置。
權(quán)利要求
1. 一種氫生成裝置，其特征在于，具備第1筒，一端被第1蓋板封閉；燃燒器，以在所述第1筒的內(nèi)部空間形成從該第1筒的另一端側(cè)向所述一端側(cè)的火焰并使燃燒用燃料燃燒的方式構(gòu)成；燃燒氣體流路，以所述燃燒氣體沿所述第1筒的內(nèi)面流動的方式構(gòu)成；第2筒，一端被在中央部具有含氫氣體通過口的第2蓋板封閉，在所述第1筒的外側(cè)與該第1筒為同軸狀，并且，以所述第2蓋板與所述第1蓋板相對的方式配置；重整器，具備重整催化劑層，該重整催化劑層配置在形成于所述第1筒和所述第2筒之間的筒狀的第1空間內(nèi)；以及，第3筒，一端被第3蓋板封閉，在所述第2筒的外側(cè)與該第2筒為同軸狀，并且，以所述第3蓋板與所述第2蓋板相對的方式配置，在形成于所述第1蓋板和所述第2蓋板之間的第2空間以及形成于所述第2蓋板和所述第3蓋板之間的第3空間之中的至少任一個的空間內(nèi)，以沿所述第1筒的周方向排列的方式形成有多個含氫氣體的回旋流路，各所述回旋流路具有與所述第1空間連通的入口、以及與形成于所述第2筒和所述第3筒之間的筒狀的第4空間連通的出口，所述入口的中心和所述出口的中心在所述第1筒的中心軸的周圍的角度位置上偏離規(guī)定的角度，從所述第2筒的另一端側(cè)向所述第1空間供給原料及水，這些在所述重整催化劑層中因來自所述燃燒氣體流路的傳熱而進行重整反應(yīng)，生成含氫氣體，該含氫氣體以從所述第1空間的所述第1筒的一端側(cè)，通過所述第2空間、所述第2蓋板的所述含氫氣體通過口、所述第3空間、以及所述第4空間，向外部流出的方式構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氫生成裝置，其特征在于， 所述多個回旋流路在所述第2空間內(nèi)形成，在該第2空間內(nèi)形成的各回旋流路(以下，稱為第1回旋流路)的入口 (以下，稱為第1 入口)連通于所述第1空間，各所述第1回旋流路的出口 (以下，稱 為第1出口)經(jīng)由所述含氫氣體通過口而連通于所述第4空間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫生成裝置，其特征在于，所述第1回旋流路的所述第1入口的中心和所述第1出口的中心在所述第1筒的中心軸的周圍的角度位置上偏離H0 190度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫生成裝置，其特征在于，所述第1回旋流路以由沿所述第1筒的軸方向延伸的隔壁劃分所 述第2空間的方式形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氫生成裝置，其特征在于， 所述多個回旋流路在所述第3空間內(nèi)形成，在該第3空間內(nèi)形成的各回旋流路(以下，稱為第2回旋流路)的入口 (以下，稱為第2 入口)經(jīng)由所述含氫氣體通過口而連通于所述第1空間，各所述第2 回旋流路的出口 (以下，稱為第2出口)連通于所述第4空間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫生成裝置，其特征在于，所述第2回旋流路的所述第2入口的中心和所述第2出口的中心 在所述第1筒的中心軸的周圍的角度位置上偏離170 190度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫生成裝置，其特征在于，所述第2回旋流路以由沿所述第1筒的軸方向延伸的隔壁劃分所 述第3空間的方式形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征在于， 在所述含氫氣體通過口的附近具備溫度檢測器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氫生成裝置，其特征在于， 還具備向所述燃燒器供給燃料的燃料供給器、以及控制器， 所述控制器基于由所述溫度檢測器檢測的溫度，調(diào)整從所述燃料供給器向所述燃燒器供給的燃料的供給量。
10. —種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 具備根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫生成裝置；禾口，使用從所述氫生成裝置供給的含氫氣體并進行發(fā)電的燃料電池。
全文摘要
一種氫生成裝置，具備一端被第1蓋板(13)封閉的第1筒(21)、燃燒器(6)、燃燒氣體流路(11)、一端被在中央部具有含氫氣體通過口(5)的第2蓋板(14)封閉的第2筒(22)、具備重整催化劑層(4)的重整器(26)、以及一端被第3蓋板(15)封閉的第3筒(28)，在形成于第1蓋板(13)和第2蓋板(14)之間的第2空間(41)以及形成于第2蓋板(14)和第3蓋板(15)之間的第3空間(42)之中的至少任一個的空間內(nèi)，以沿第1筒(21)的周方向排列的方式形成有多個含氫氣體的回旋流路，各回旋流路具有與第1空間(61)連通的入口、以及與形成于第2筒(22)和第3筒(28)之間的筒狀的第4空間(20)連通的出口，入口的中心和出口的中心在第1筒(21)的中心軸(50)的周圍的角度位置上偏離規(guī)定的角度。
文檔編號C01B3/38GK101489917SQ20078002696
公開日2009年7月22日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者前西晃, 向井裕二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社