專利名稱：氫生成裝置以及燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，其具備以城市燃?xì)饣蛘週PG等的碳 氫化合物系燃料為原料氣體來制造富氫重整氣體的氫生成裝置、以及 使用由氫生成裝置所制造的氫來進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)的主要構(gòu)成要素是制造富氫重整氣體的氫生成裝置 和使用由氫生成裝置所制造的氫來進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
另外，氫生成裝置具備重整器，其以城市燃?xì)饣蛘週PG等的碳 氣化合物系燃料為原料氣體，通過使原料氣休和水發(fā)生水蒸汽重整反
應(yīng)從而生成含有氫、甲烷、 一氧化碳(10%程度)、二諷化碳以及水蒸 汽的重整氣休； 一諷化碳去除部，從重整氣體中去除對于燃料電池具 有中毒作用的一氧化碳。在此，當(dāng)作為燃料電池而使用固休高分子型 燃料電池吋，有必耍去除包含于重整氣體中的一飄化碳從而使其濃度 降低至10ppm程度，所以， 一氧化碳減少器一般被構(gòu)成為兩階段，即， 具備通過轉(zhuǎn)化催化劑的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)而去除一氧化碳直至其濃度達(dá)到 0.5。/。程度的轉(zhuǎn)化器、以及迎過選擇氧化催化劑的選擇氧化反應(yīng)進(jìn)一步 去除一氧化碳從而將CO濃度降低至10ppm以下的程度的選擇氧化器。
作為氫生成裝置，從小型化、高效率化以及提高啟動性的觀點出 發(fā)， 一直以來提出了各種各樣的裝置，在小型高效率的氫生成裝置中， 為了提高熱回收率，使發(fā)生放熱反應(yīng)的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)部或者選擇軹化 反應(yīng)部的熱與水進(jìn)行熱交換。
圖7是表示日本專利文獻(xiàn)1中公開的氫生成裝置的一個例子，它 由以同心狀進(jìn)行配置的多個圓形筒體構(gòu)成，并在中心部設(shè)有噴燒器20。 另外，將充填了重整催化劑的重整器8配置于多個圓形筒體的內(nèi)側(cè)， 將充填了一氧化碳去除催化劑(日本專利文獻(xiàn)l中的CO轉(zhuǎn)化催化劑) 的一氧化碳減少器(日本專利文獻(xiàn)l中的轉(zhuǎn)化器)IO配置于多個圓形筒體的外側(cè)。于是，從原料氣體供給口 21供給原料氣體，其通過通道 22被送往重整器8;從水供給口 23供給水，其從通道24a，24b通過通 道22被送往重整器8。在此，通道22以連接于一氧化碳減少器10的 外周的方式配置，被送往通道22的原料氣休和水被一氧化碳減少器10 的反應(yīng)熱而加熱，作為原料氣休和水蒸汽的混合氣休而被導(dǎo)入到重整 器8。重整器8被噴燒器20而加熱，并由重整催化劑的作用使原料氣 體和水蒸汽發(fā)生水蒸汽重整反應(yīng)，從而生成富氫重整氣體。由重整器8 所生成的重整氣體通過通道25被送往一氧化碳減少器10，由CO轉(zhuǎn)化 催化劑的作用而發(fā)生CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而除去重整氣體中的一諷化碳。 除去一氧化碳的繭整氣休從取出口 26取出。
在此，在作為轉(zhuǎn)化器而形成的一氧化碳減少器10中，入口溫度成 為280'C程度、出口溫度成為200'C程度的溫度梯度比較適合于CO轉(zhuǎn) 化反應(yīng)。因此，在圖7的構(gòu)成中，將絕熱材料27設(shè)置在一氧化碳減少 器10的內(nèi)周，并且該絕熱材料27的厚度在--^化碳減少器10的入口 側(cè)較鄉(xiāng)、而在出口側(cè)較厚，逝過以如此形式來配設(shè)厚度梯度，由噴燒 器20進(jìn)行的加熱在一氧化碳減少器10的入口側(cè)就容易傳導(dǎo)，而在出 口處就難以傳導(dǎo)。其結(jié)果，能夠?qū)⒁谎趸紲p少器10的入口溫度和出 口溫度設(shè)定成上述的溫度，從而就能夠在重整氣體的流動方向上恰當(dāng) 地設(shè)定溫度梯度。
日本專利文獻(xiàn)1:日本專利申請公開2003-321206號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，如上所述，在圖7所表示的氫生成裝置中，在一氧化碳減 少器10的外周設(shè)置有用于回收一氧化碳減少器10中的放熱反應(yīng)的熱 的通道22，加熱通過該通道22的水并使之蒸發(fā)。為此，在進(jìn)行該熱交 換的時候一氧化碳減少器10的外周部被水冷卻， 一氧化碳減少器10 成為外周部的溫度較低而內(nèi)周部的溫度較高的狀態(tài)，從而有在厚度方 向(直徑方向)上產(chǎn)生較大溫度分布的憂慮。-
于是，就會出現(xiàn)以下所述的問題當(dāng)以上述形式一氧化碳減少器 10的溫度分布在垂直于重整氣體的流動方向的方向上較大，那么雖然 從反應(yīng)速度以及反應(yīng)平衡的觀點出發(fā)優(yōu)選在轉(zhuǎn)化器中出口溫度如上所
7述呈200"C程度，但是在一氧化碳減少器10的出口的厚皮方向上恐怕 就會產(chǎn)生低于2001C的部分，從而在該低于2001C的部分就會存在對去 除一氣化碳的反應(yīng)不作貢獻(xiàn)的催化劑，存在由一氣化碳去除器10不能 充分去除一氧化碳之慮.
本發(fā)明就是鑒于上述的不足之處而完成的，其目的在于提供一種 能夠減小在簡狀的一氧化碳減少器的厚度方向上的溫度分布，并能夠
穩(wěn)定地減少sa整氣體中的一 軾化碳的統(tǒng)生成裝置以及使用該裝賢的燃
料電池系統(tǒng)。
為了解決上述課通，本發(fā)明所涉及的S生成裝置具備燃燒氣休 通道，輸送由燃燒器產(chǎn)生的燃燒氣體預(yù)熱蒸發(fā)器，被供給原料氣體 和水，山從所述燃燒氣體通道以及一氧化碳減少器通過隔據(jù)進(jìn)行傳導(dǎo) 的熱使所述水蒸發(fā)并且加熱所述原料氣體重整器，具有重整催化劑，
的熱，使由所述預(yù)熱雜發(fā)器供給的原料氣休和水蒸汽發(fā)生水然汽重整 反應(yīng)，并生成含有弒的寬整氣休一^化碳減少器，具有一氧化碳去 除催化劑，由所述一氧化碳去除催化劑的作用去除從所述重被器供給 的重整氣休中的一瓶化碳簡狀的簡體，用所述隔壁劃定其內(nèi)部空間， 在其內(nèi)部形成冇所述燃燒氣體通道、所述預(yù)熱蒸發(fā)器、所述5K整器、 以及所述一執(zhí)化碳減少器，該簡體的兩端被封閉在所述預(yù)熱然發(fā)器 和所述一氧化碳減少器之間形成有傳熱級沖部，其由劃定所述預(yù)熱蒸 發(fā)器的所述隔壁和劃定所述一氣化碳減少部的所述隔壁以互相具有間 隔并相對的方式配置而構(gòu)成，
如果由如此的構(gòu)成，那么通過從一敢化碳減少器將熱傳導(dǎo)到預(yù)熱 蒸發(fā)器，從而能夠?qū)υ谝谎趸紲p少器中的放熱反應(yīng)的熱作為在預(yù)熱 蒸發(fā)器中加熱原料氣體和水的熱來進(jìn)行回收，并且，由在一氧化碳減 少器和預(yù)熱蒸發(fā)器之間的傳熱緩沖部，通過這個熱傳導(dǎo)來減緩一氣化 碳減少器的預(yù)熱蒸發(fā)器側(cè)的部分的冷卻，從而能夠使一氧化碳減少器 的預(yù)熱蒸發(fā)器側(cè)的部分和相反倒的部分的溫度差不至于變大，并能夠 縮小在一諷化碳減少器的厚度方向上的溫度分布.
在所述傳熱綬沖部上，所述互相相對的隔壁之間的空間(以下稱 之為傳熱緩沖空間)可以形成于，除了與從所述重整器至所述一氧化碳減少器的重整氣休的通道或者從所述一氧化碳減少器流出的重整氣 體的通道相連通的部分之外而密閉的空間內(nèi)。
如果由如此的構(gòu)成，那么通過將傳熱緩沖空間形成為重整氣體可 能流入的空間，從流入傳熱緩沖空間的重整氣體到一氧化碳減少器的 熱傳導(dǎo)便成為了可能，并能夠在氫生成裝置啟動的時候以流入到傳熱 緩沖空間的重整氣休來加熱一氧化碳減少器的預(yù)熱蒸發(fā)器側(cè)的部分， 從而在氫生成裝置啟動的吋候能夠縮短使一氧化碳減少器升溫至規(guī)定 溫度的吋間，同時也能夠縮短^生成裝置的啟動時間。
在所述傳熱緩沖部中，在所述互相相對的隔壁之間可以充填傳熱 性部件。
如果由如此的構(gòu)成，以依據(jù)傳熱性部件的傳熱效果就能夠促進(jìn)一 氧化碳減少器的預(yù)熱蒸發(fā)器側(cè)的部分被冷卻的程度。另外，因為在傳 熱緩沖部的互相相對的隔壁之間不流入重整氣體，所以能夠高效率i也 實行消洗工作。
所述傳熱緩沖部可以被形成為，使得從所述一氧化碳減少器到所 述預(yù)熱蒸發(fā)器所傳導(dǎo)的熱量在所述一氧化碳減少器的重整氣休的流動 方向的上游側(cè)大iF下游側(cè)。
如果由如此的構(gòu)成，在一氧化碳減少器的上游側(cè)的部分就能夠?qū)?反應(yīng)熱充分地回收到預(yù)熱蒸發(fā)器的水中，與此同吋，在-氧化碳減少 器的下游側(cè)的部分能夠一邊降低厚度方向上的溫度分布--邊控制其不 過度地冷卻至規(guī)定溫度以下。
在所述傳熱緩沖部中，所述互相相對的隔壁的間隔可以被形成為， 在所述一氧化碳減少器的重整氣體的流動方向的上游側(cè)比下游側(cè)狹 窄。
可以以圍繞所述筒體的方式來設(shè)置絕熱層。
如果由如此的構(gòu)成，那么就能夠通過絕熱層的絕熱作用來進(jìn)一步 降低在一氧化碳減少器的厚度方向上的溫度分布。
也可以是所述傳熱緩沖空間與從所述一氧化碳減少器流出的重 整氣體的通道相連通，與劃定所述一氧化碳減少器的隔壁的劃定所述 預(yù)熱蒸發(fā)部的隔壁相對的部分由金屬構(gòu)成，并且其延長部分在所述一 氧化碳減少器的重整氣體的上游側(cè)連接于劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)部的隔
9壁。
如果由如此的構(gòu)成，高放熱量的一氧化碳減少器的上游部較大地 被預(yù)熱蒸發(fā)部冷卻，在低放熱量的一氧化碳減少器的下游部通過傳熱 緩沖部11而限制由預(yù)熱蒸發(fā)部的冷卻，所以能夠進(jìn)一步降低在一颯化 碳減少器的厚度方向上的溫度分布。
一氧化碳減少器的氣體流動方向上處于該一氧化碳減少器的最上游端 和最下游端之間，并可以位于根據(jù)所述一氧化碳去除催化劑的填充量 而設(shè)定的部位。
如果由如此的構(gòu)成，可根據(jù)一氧化碳去除催化劑的填充量以及種 類來能夠有效地實行一^化碳減少器的上游部的冷卻和下游部的厚度 方向上的溫度分布的降低。
所述延長部分與劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)部的隔壁的連接部—nJ"以在所述 一軾化碳減少器的氣休流動方向上位于該一氧化碳減少器的最上游端 和從該最上游端離開該--氧化碳減少器的長度的大約1/4的部位之間。
如果由如此的構(gòu)成，就能夠有效地實行-一氧化碳減少器的上游部 的冷卻和在下游部的厚度方向上的溫度分布的降低。
在所述傳熱緩沖空間中可以設(shè)有傳熱緩沖部隔壁，使符從所述一 氧化碳減少器流出的重整氣體在沿著劃定所述一執(zhí)化碳減少器的隔壁 在與該一氧化碳減少器內(nèi)的3t整氣體的流動方向相反的方向流動之 后，沿著劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁在與該一氧化碳減少器內(nèi)的重整 氣體的流動方向相同的方向上流動。
如果由如此的構(gòu)成，來自于一氧化碳減少器的重整氣體在傳熱緩 沖空間中沿著劃定預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁流動，從而一邊降低一氧化碳催 化劑的厚度方向上的溫度分布一邊通過在預(yù)熱蒸發(fā)器中流動的水從寬 整氣體回收熱，從而能夠有效地利用熱。
也可以是在所述傳熱緩沖空間中流動的重整氣體的流動的方向 從與該一氧化碳減少器的重整氣體的流動方向相反的方向改變成與該 一氧化碳減少器的重整氣體的流動方向相同的方向的位置，在所述一 氧化碳減少器的氣體的流動方向上處于該一氧化碳減少器的最上游端 和最下游端之間，并位于根據(jù)所述一氧化碳去除催化劑的填充量而設(shè)定的部位。
如果由如此的構(gòu)成，可根據(jù)一氧化碳去除他化劑的填充量以及種 類來能夠有效地實行一氧化碳減少器的上游部的冷卻和在下游部的厚 度方向上的溫度分布的降低，并且能夠有效地利用熱。
也可以是在所述傳熱緩沖空間中流動的重整氣休的流動的方向 從與該一氧化碳減少器的重整氣體的流動方向相反的方向改變成與該 一氧化碳減少器的重整氣休的流動方向相同的方向的位S，在該一氧 化碳減少器的氣休流動方向上位于該一氧化碳減少器的最上游端和從 該最上游端離開該一氧化碳減少器的長度的大約1/4的部位之間。
如果由如此的構(gòu)成，就能夠冇效地實行一氧化碳減少器的上游部 的冷卻和在下游部的厚度方向上的溫度分布的降低，并且能夠有效地 利用熱。
在所述傳熱緩沖空間中，在所述重整氣體沿著劃定所述預(yù)熱蒸發(fā) 器的隔壁流動的通道上可以設(shè)有傳熱性部件。
如果由如此的構(gòu)成，就能夠更加有效地回收來自于從一氧化碳減 少器流出的重整氣體的熱，同吋也就能夠更加有效地利用熱。
所述傳熱性部件可以是以氧化鋁或者金屬為主耍成分的粒子。
如果由如此的構(gòu)成，就能夠史加有效地實行與來自于一氧化碳減 少器的重整氣體的熱交換。
在所述傳熱緩沖空間中，在劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁上可以形 成有散熱片狀突起，所述重整氣體沿著所述隔壁流動。
如果由如此的構(gòu)成，就能夠更加有效地實行與來自于一氧化碳減 少器的重整氣休的熱交換。
可以形成有將空氣供給至流入到所述一氧化碳減少器的重整氣休 的通道的空氣供給路徑，并且所述一氧化碳去除催化劑可以是選杼氧 化催化劑。
如果由如此的構(gòu)成，就能夠更加有效地實行在選擇氧化催化劑的 上游部的溫度上升的抑制和在選擇氧化催化劑的下游部的厚度方向上 的溫度分布的減少，并且能夠更加有效地實行對來自于流出的重整氣 體的熱回收。
另外，本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)具備權(quán)利要求1至15的任何一項所記載的氫生成裝置以及使用從所述氫生成裝置供給的重整氣體 和含有氧的氧化劑氣體來進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
如果由如此的構(gòu)成，能夠以如上述的形式穩(wěn)定地去除從氫生成裝 置所供給的重整氣體中的一氧化碳，所以就不會擔(dān)心由中毒而引起的 劣化，從而就能夠持久并穩(wěn)定地以燃料電池來實行發(fā)屯。
本發(fā)明的上述目的、其它的目的、特征以及優(yōu)點將參照附圖由以 下優(yōu)選的實施方式給出詳細(xì)說明。
如果由木發(fā)明，由一氧化碳減少器和預(yù)熱蒸發(fā)器之間的傳熱緩沖 部就能夠減少一氧化碳減少器的預(yù)熱蒸發(fā)器側(cè)的部分被冷卻，就能夠 使一氧化碳減少器的預(yù)熱蒸發(fā)器側(cè)的部分和柑反側(cè)的部分之間的溫度 差不至于變大，就能夠減小在一氧化碳減少器的厚度方向上的溫度分 布，也就能夠穩(wěn)定地減少重整氣體中的一氧化碳。


圖1是示意性地表示木發(fā)明的實施方式1的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。
圖2是示意性地表示本發(fā)明的實施方式2的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。
圖3是示意性地表示本發(fā)明的實施方式3的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。
圖4是示意性地表示本發(fā)明的實施方式4的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。
圖5是示意性地表示本發(fā)明的實施方式5的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。
圖6是表示預(yù)測一氧化碳減少器的厚度方向上的溫度分布的投擬 結(jié)果的圖表。
圖7是表示現(xiàn)有例子的概略截面圖。
圖8是示意性地表示本發(fā)明的實施方式6的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。
圖9是示意性地表示本發(fā)明的實施方式7的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。圖10是示意性地表示本發(fā)明的實施方式8的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。
圖11是示意性地表示木發(fā)明的實施方式9的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。
符號說明
1.內(nèi)筒2.外筒
3.筒休4.燃燒器
5.燃燒氣體通道6.預(yù)熱蒸發(fā)器
7.重整催化劑8.重整器
9.—氧化碳去除催化劑10. —氧化碳減少器
11.傳熱緩沖部12.傳熱性部件
13.絕熱層14.燃料電池
30.隔離筒30a.小徑部
30b.大徑部31.原料氣體供給部
32.水供給部33a，33b.原料氣體供給管
34.流出口36.流入口
37.流出口38.重整氣體供給管
40.重整氣休流通路徑41.重整氣體返送管
43.連通口44.蓋板
46.突出部47.隔離壁
47a.縱壁47b.橫壁
48.傳熱緩沖空間49.重整氣體通道
50.接合部51.傳熱緩沖部隔壁
52.傳熱散熱片53.空氣供給部
54.選擇氧化催化劑55.空氣供給路徑
57.高傳熱性部件
具體實施例方式
以下參照

用于實施本發(fā)明的最佳方式。另外，在所有附 圖中，對相同或者相當(dāng)?shù)囊貥?biāo)注相同的參照符號，并省略重復(fù)說明。(實施方式l)
圖1是示意性地表示木發(fā)明的實施方式1的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。如圖1所示，在本實施方式中，成為裝置
的框體的筒體3是通過將圓筒形的內(nèi)筒(隔壁)1和外筒(隔壁)2以 軸方向為縱向配置成同心2層筒狀而形成。該筒體3的上下端是閉塞 的。由燃燒爐(burner)構(gòu)成的燃燒器4被設(shè)置于內(nèi)筒1的內(nèi)周的中央 部，在燃燒器4和內(nèi)筒1之間沿著內(nèi)筒1的內(nèi)周形成有燃燒氣休通道5。 該燃燒氣體通道5通過沒有圖示的出口與外部(大氣)相連通。
在內(nèi)筒1和外筒2之間，以同心狀包圍內(nèi)筒1的外周的形式設(shè)置 有圓筒狀的隔離筒(隔壁)30，隔離筒30被形成為，其上部是直徑小 的小徑部30a、其下部是直徑大的大徑部30b。在隔離筒30的小徑部 30a和內(nèi)筒1之間所形成的圓筒形狀的空間構(gòu)成預(yù)熱蒸發(fā)器6,并將原 料氣休供給部31和水供給器32連接于預(yù)熱蒸發(fā)器6的上端。在此， 原料氣體供給部31由原料氣休供給管33a而連接于預(yù)熱蒸發(fā)器6,但 是也可以由原料氣休供給管33b而連接于燃燒器4。
另外，在隔離筒30的大徑部30b和內(nèi)筒1之間所形成的圓筒形狀 的空間和充填于該空間的重整催化劑7構(gòu)成了重整器8，將流出口 34 進(jìn)行開口并設(shè)置于劃定重整器8的下端部的外周的隔離筒30的大徑部 30b。
另外，以包圍預(yù)熱蒸發(fā)器6的形式在外筒2的上部的內(nèi)周形成圓 筒形狀的一氧化碳減少器10。具體而言，在筒體3的內(nèi)部形成了，由 從該筒體3的上壁沿著外筒2的上部朝下方延仲的圓筒狀的縱壁47a 以及從該縱壁47a的下端以到達(dá)外筒2的形式在水平方向上進(jìn)行延伸 的圓環(huán)狀的橫壁47b構(gòu)成的隔離壁(隔壁)47，并且，由以該隔離壁 47和筒體3的上壁以及外筒2的上部進(jìn)行區(qū)劃的空間、以及填充于該 空間的一氧化碳去除催化劑9構(gòu)成了一氧化碳減少器10。在劃定一氧 化碳減少器10的下端的隔離壁47的橫壁47b上進(jìn)行開口并設(shè)置流入 口36，同時，將流出口37設(shè)置于劃定上端的筒體3的上壁。該流出口 37由重整氣體供給管38而連接于燃料電池14。在此， 一氧化碳減少 器10被構(gòu)成成為，作為一氧化碳去除催化劑9而使用CO轉(zhuǎn)化催化劑
14并通過CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)而去除一氧化碳的轉(zhuǎn)化器，但是也可以是在該轉(zhuǎn)
化器的后段附加選擇氧化器的構(gòu)成，該選擇氧化器作為一氧化碳去除
催化劑9而使用CO選擇氧化催化劑并通過CO選擇氧化反應(yīng)而去除一 氧化碳。
劃定一氧化碳減少部10的隔離壁47的縱壁47a以與劃定預(yù)熱蒸 發(fā)器6的隔離筒30的小徑部30a之間具有一定的小小的間隔并以相對 的形式形成，該隔離筒30的小徑部30a和隔離壁47的縱壁47a以及 這些之間的空間(以下稱之為"傳熱緩沖空間")48構(gòu)成了預(yù)熱蒸發(fā)器 6與一氧化碳減少部IO之間的傳熱緩沖部11。在圖1的實施方式中， 傳熱緩沖空間48的下端連迎于重整器8與外筒2之間的空間即圓筒形 狀的重整氣體流迎路徑40。
另外，筒體3的外筒2是其外周以及下面被絕熱層13敏蓋的形式 形成。另外，內(nèi)筒l、外筒2、筒休3、隔離筒30以及隔離壁47由金 屈、陶瓷等的具有耐熱性以及強度的材料構(gòu)成。在木實施方式中，這 些都由金屬(比如不銹鋼)構(gòu)成。
在以如上所述的形式所形成的^生成裝置中，燃燒器4燃燒從原 料氣體供給部31通過原料氣休供給管33b而供給的城市燃?xì)饣蛘週PG 等的碳教化合物系燃料，從而產(chǎn)生燃燒氣休，該燃燒氣體經(jīng)由燃燒氣 體通道5而流過內(nèi)筒1的內(nèi)周之后被排出。
然后，從水供給器32所供給的水和從原料氣休供給部31通過原 料氣體供給管33a而所供給的城市燃?xì)饣蛘週PG等的碳?xì)浠衔锵档?原料氣體首先進(jìn)入到預(yù)熱蒸發(fā)器6。預(yù)熱蒸發(fā)器6被在燃燒氣體通道5 中流動的燃燒氣體隔著內(nèi)筒l而加熱，另外，在一氧化碳減少器10中 的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)以及CO選擇氧化反應(yīng)的反應(yīng)熱通過傳熱緩沖部11進(jìn) 行傳導(dǎo)，從而也會被來自于一氧化碳減少器10的傳熱而加熱。因此， 原料氣體和水在通過預(yù)熱蒸發(fā)器6的時候被加熱，原料氣體與水發(fā)生 蒸發(fā)而成的水蒸汽進(jìn)行混合而成為混合氣體。該混合氣體流入重整器8 中，原料氣體和水蒸汽由重整催化劑7的催化作用而發(fā)生水蒸汽重整 反應(yīng)，從而生成富含氫的重整氣體。因為水蒸汽重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)， 所以通過以在燃燒氣體通道5中流動的燃燒氣體進(jìn)行加熱，就能夠?qū)?重整器8的重整反應(yīng)的溫度維持在600 700'C的溫度。在重整器8中生成的重整氣體從重整器8的下端部的流出口 34流 出至重整氣體流通路徑40，并在重整氣體流通路徑40內(nèi)上升的時候與 重整器8進(jìn)行熱交換，從而其溫度被下降至28(TC的程度。
接著，重整氣體從下端部的流入口 36流入到一氧化碳減少器10 內(nèi)，由一氧化碳去除催化劑9所起到的催化作用，寬整氣體中的一氧 化碳成為二氧化碳，井被除去。在此，當(dāng)一軾化碳減少器IO被構(gòu)成為 由CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)而去除一氧化碳的轉(zhuǎn)化器吋，從反應(yīng)速度以及反應(yīng)平 衡的觀點出發(fā)，優(yōu)選在一氧化碳減少器IO中在重整氣體的流動方向上 形成有溫度梯度，從而使流入口 36的溫度成為280'C的程度并且使流 出口 37的溫度成為200'C的程度。另外，一氧化碳減少器10沿著重整 氣休的流動方向與預(yù)熱蒸發(fā)器6相對，并且與在預(yù)熱蒸發(fā)器6中流動 的水進(jìn)行熱交換，但是，在一煞化碳減少器10的靠近流出口 37的一 側(cè)，因為是相對于預(yù)熱蒸發(fā)器6的水流方向的上游側(cè)，所以熱交換量 會變得較大。因此，以280'C程度的溫度從流入口 36流入到一氧化碳 減少器10中的重整氣體的CO轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱通過與預(yù)熱蒸發(fā)器6的熱交 換而被冷卻，從而在流出口 37其溫度下降至200'C的程度，從而能夠 以上游側(cè)溫度較高而下右側(cè)溫度較低的形式設(shè)定在一氧化碳減少器10 的重整氣休的流動方向上的溫度梯度。當(dāng)一氧化碳減少器10是將由 CO選擇氧化反應(yīng)去除一氧化碳的選擇氧化器設(shè)置于重整器的后段的 形式的情況下也是相同的，通過在選擇氧化器中流動的重整氣休與在 預(yù)熱蒸發(fā)器6中流動的水進(jìn)行熱交換，從而抑制CO選擇氧化反應(yīng)的 放熱，能夠?qū)囟仍O(shè)定為選擇氧化器所耍求的150'C程度的溫度。
在此，在一氧化碳減少器10和預(yù)熱蒸發(fā)器6之間設(shè)有由隔離筒30 的小徑部30a和隔離壁47的縱壁47a也就是2個隔壁以及這2隔壁之 間的空間48構(gòu)成的傳熱緩沖部11，如現(xiàn)有技術(shù)所示，一氧化碳減少器 10和預(yù)熱蒸發(fā)器6不是僅僅通過1個隔壁來連接的。為此，面向一氧 化碳減少器10的預(yù)熱蒸發(fā)器6的一側(cè)的溫度能夠被控制成，不會由于 與水的熱交換而被過度地冷卻并且其溫度不至于過度下降，能夠防止 一氧化碳減少器10的預(yù)熱蒸發(fā)器6的一側(cè)的溫度與相反側(cè)的溫度之差 變大，從而在一氧化碳減少器10的厚度方向(與重整氣體的流動方向 垂直的方向，筒體3的直徑方向)上就不會產(chǎn)生較大的溫度分布，繼
16而就能夠減少溫度分布。另外，預(yù)熱蒸發(fā)器6被在燃燒氣休通道5中 流動的燃燒氣體經(jīng)由內(nèi)筒1而加熱，由此，即使來自于一氧化碳減少 器10的傳熱量被抑制，也能確保用于蒸發(fā)水所需的充分的熱量。
于是，能夠縮小在一氧化碳減少器10的厚度方向上的溫度分布， 并且能夠以上述的形式恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定在一氧化碳減少器10的重整氣體流 動方向上的溫度梯度，所以就能夠穩(wěn)定而高效率地去除貫整氣體中的 一氧化碳，比如，在由轉(zhuǎn)化器和選擇氧化器形成一執(zhí)化碳減少器10的 吋候，用轉(zhuǎn)化器能夠?qū)谟芍卣?所生成的重整氣休中的10% 程度的CO濃度降低至0.5%的程設(shè)，接著用選擇執(zhí)化器能夠再將CO 濃皮降低至10ppm的程度。
以如上所述的形式，由一敏化碳減少器IO去除一氧化碳的宮氫重 整氣休從流出口 37迎過重整氣體供給轉(zhuǎn)38而被供給給燃料電池14， 從而使用:屯整氣休中的氫和空氣等的含有氧的氧化氣體進(jìn)行發(fā)電。在 燃料電池14和原料氣休供給管33b之間連接有重整氣休返送管41 ，在 燃料電池14中沒有被消耗的重整氣體從重整氣體返送管41通過原料 氣體供給管33b而被供給給燃燒器4。
在本發(fā)明的氫生成裝置中，以如上所述形式，能夠穩(wěn)定地送出去 除了一氧化碳的重整氣體，所以就不必?fù)?dān)心由一氧化碳使燃料電池14 的催化劑中毒并引起劣化，從而就能夠用燃料電池14來實行長期而穩(wěn) 定的發(fā)電。
在此，在圖l的實施方式中，傳熱緩沖空間48的下端連通于重整 氣體流通路徑40，并且傳熱緩沖空間48是筒體3內(nèi)的空間。因此，在 重整器8中所生成的重整氣體能夠從重整氣體流通路徑40流入到傳熱 緩沖部11內(nèi)。在重整氣體中含有水蒸汽，但是當(dāng)該水蒸汽冷凝吋，冷 凝水從傳熱緩沖空間48向重整氣體流通路徑40流出，由此，冷凝水 不會滯留于傳熱緩沖空間48內(nèi)。為此，在啟動氫生成裝置的時候，就 不會有由于滯留在傳熱緩沖空間48內(nèi)的冷凝水的影響而使一氧化碳減 少器IO的升溫困難以及啟動性變差等的不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而能夠穩(wěn) 定地啟動氫生成裝置。
另外，因為以包圍筒體3的形式設(shè)置絕熱層13從而對一氧化碳減 少器10的外側(cè)實施了絕熱措施，由此，就能夠減少來自于一氧化碳減少器10的外周部的放熱，也就能夠進(jìn)一步縮小在一氧化碳減少器10 的厚度方向上的溫度分布。另外，因為能夠減少從一氧化碳減少器10
向外部放出的熱量，所以還能夠提高將一氧化碳減少器io的反應(yīng)熱回
收至預(yù)熱蒸發(fā)器6的熱回收效率。 [模擬]
圖6 (a)是表示在圖1的氫生成裝置中，有關(guān)以在預(yù)熱蒸發(fā)器6 和一氧化碳減少器10之間不設(shè)置傳熱緩沖部11、并使預(yù)熱蒸發(fā)器6和 一氧化碳減少器IO直接接觸的形式構(gòu)成的模型(比較例)的二元熱流 休反應(yīng)模擬的結(jié)果。把一氧化碳減少器10的高度調(diào)整成100mm，將流 入到一氧化碳減少器10的流入氣體溫度調(diào)節(jié)成250'C，并假定由水蒸 汽來冷卻--諷化碳減少器10的內(nèi)側(cè)，從而實施了投擬。由圖6(a)表 示了一氧化碳減少器IO的厚度方向上的內(nèi)側(cè)、中央以及外側(cè)的溫度。 以由圖6 (a)的模擬結(jié)果所表示的形式，一械化碳減少器IO的內(nèi)側(cè)被 過皮冷卻，--氧化碳減少器10的厚度方向上的溫度分布較大，以至于 間'以預(yù)測到厚度方向_h的溫度分布最大為65 'C的程度。
另外，圖6 (b)是表示把在預(yù)熱蒸發(fā)器6和--軾化碳減少器10 之間設(shè)置傳熱緩沖部11的圖1的氫生成裝置作為模型的二元熱流體反 應(yīng)模擬的結(jié)果。把一氧化碳減少器10的高度調(diào)整成100mm，把流量調(diào) 整部11的高度也同樣地調(diào)整成100mm,將流入到一氧化碳減少器10 的流入氣體溫度調(diào)節(jié)成250'C，把流入氣體的流量設(shè)定為相當(dāng)于發(fā)電 lkW時的流量，并假定由水蒸汽來冷卻傳熱緩沖部ll的內(nèi)側(cè)，從而實 施了模擬。由圖6(b)表示了一氧化碳減少器IO的厚度方向上的內(nèi)側(cè)、 中央以及外側(cè)的溫度。以由圖6 (b)的模擬結(jié)果所表示的形式，通過 在預(yù)熱蒸發(fā)器6和一氧化碳減少器IO之間設(shè)置傳熱緩沖部11，從而抑 制一氧化碳減少器10與水蒸汽的熱交換， 一氧化碳減少器10的內(nèi)側(cè) 的溫度在氣體流動方向的全區(qū)域中上升，使一氧化碳減少器10的厚度 方向上的溫度分布縮小，以至于成為在厚度方向上的溫度分布改善到 最大為40'C 。
(實施方式2)
18圖2是示意性地表示本發(fā)明的實施方式2的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。如圖2所示，在本實施方式中，將傳熱緩 沖空間48的下端用蓋板44堵塞、并使其不連通于貫整氣休流迎路徑 40，同吋，在劃定-'氧化碳減少器10的內(nèi)周的隔離戰(zhàn)47的縱睹47a 的上部設(shè)置連皿口 43，并以使傳熱緩沖空間48和一氧化碳減少器10 連通的形式進(jìn)行設(shè)置。至于其他的構(gòu)成與圖l所表示的相同。
在該構(gòu)造中，因為由連通口 43使傳熱緩沖空間48和一氧化碳減 少器IO連通，所以在傳熱緩沖空間48中滯留由一氧化碳減少器10去 除了一氧化碳的低CO濃度的重整氣體。滯留于傳熱緩沖空間48的重 整氣休與預(yù)熱蒸發(fā)器6的水進(jìn)行熱交換從而其溫度被降低了，但是在 上述圖1的實施方式中，因為從重整器8出來的CO濃度較高的重悠 氣休滯留于傳熱緩沖空間48，所以當(dāng)該溫度被降低了的重整氣休流入 到一軾化碳減少器10中吋，就會使一氧化碳減少器10的反應(yīng)受到不 良的影響。另外，在這個圖2的實施方式中，因為較低CO濃度的重 整氣休滯留于傳熱緩沖空間48，所以即使該溫度被降低了的重整氣休 流入到-嘲化碳減少器10中也不會給一鬼化碳減少器10的反應(yīng)帶來 不良影響，由此，與圖1的實施方式的內(nèi)容相比，能夠更加穩(wěn)定地實 行一氧化碳的去除。
(實施方式3)
圖3是示意性地表示本發(fā)明的實施方式3的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。如圖3所示，在本實施方式中，將傳熱緩 沖空間48的下端用蓋板44堵塞、并使其不連通于重整氣體流通路徑 40，同吋，在劃定傳熱緩沖空間48的上端的筒體3的上壁進(jìn)行開口從 而連通于筒體3的外部。因此，傳熱緩沖空間48與筒體3的內(nèi)部是相 隔離的。另外，將傳熱性部件12填充于傳熱緩沖空間48。傳熱性部件 12比如是由經(jīng)過適當(dāng)選擇的具有良好熱傳導(dǎo)率的金屬所構(gòu)成。至于其 他的構(gòu)成都和圖1所表示的相同。
在本實施方式中，將筒狀的傳熱部件12插入到傳熱緩沖空間48 內(nèi)，并以脫卸自如的方式安裝該傳熱性部件12，但是當(dāng)然不會限定于 此方式。以如此的形式通過將傳熱性部件12填充于傳熱緩沖空間48，
19從而由傳熱性部件12所起到的傳熱作用就能夠促進(jìn)一氧化碳減少器 10的預(yù)熱蒸發(fā)器6側(cè)的部分被冷卻的程度。另外，通過改變作為傳熱 性部件12的熱傳導(dǎo)率有所不相同的材料或者通過改變傳熱性部件12 的配置，調(diào)整一氧化碳減少器10的流入溫皮或者流出溫度等，從而使 恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定在一氧化碳減少器10的重整氣體的流動方向上的溫皮梯度 就變得容易。還有，在圖1或者圖2的實施方式的構(gòu)成屮，可以以將 傳熱性部件12填充到傳熱緩沖空間48中的形式來進(jìn)行構(gòu)成。
另外，在木實施方式中，因為將傳熱性部件12填充到傳熱緩'沖空 間48，在傳熱緩沖空間48中不流入重整氣體，所以重整氣體就不會滯 留在傳熱緩沖空間48內(nèi)。因此，在啟動氫生成裝置之前實行用清洗氣 體(purgegas)覽換筒體3的內(nèi)筒1與外筒2之間的氣休的消洗工作時， 因為在傳熱緩沖空間48中沒有滯留范整氣體的部分，所以就能夠高效 率地實行淸洗工作，特別是在使用城市燃?xì)饣蛘週PG等作為淸洗氣休 的情況下，能夠降低清洗氣休的使用量，從而能夠減少能源的損耗。
(實施方式4)
圖4是示意性地表示木發(fā)明的實施方式4的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。如圖4所示，在本實施方式中，通過使隔 離壁47的縱壁47a的下部向里而突出，從而在—-氧化碳減少器10的 下部的內(nèi)周的全周設(shè)置突出部46，使得傳熱緩沖空間48的寬度(厚度) 在一氧化碳減少器10的下部為小、上部為大。換言之，傳熱緩沖部11 中的隔離壁47的縱壁47a與隔離筒30的小徑部30a之間的間隔，在 一氧化碳減少器10的下部為小、上部為大。其他的構(gòu)成與圖1所表示 的相同。
在該構(gòu)造中， 一氧化碳減少器10和預(yù)熱蒸發(fā)器6之間的熱交換量 在一氧化碳減少器10的重整氣體流動的上游側(cè)為較大、在下游側(cè)為較 小，在一氧化碳減少器10的上游側(cè)部分將反應(yīng)熱充分地回收于預(yù)熱蒸 發(fā)器6的水中，并且在一氧化碳減少器10的下游側(cè)部分一邊降低厚度 方向上的溫度分布一邊就能夠以不至于過度冷卻到規(guī)定溫度以下的形 式進(jìn)行控制。(實施方式5)
圖5是示意性地表示本發(fā)明的實施方式5的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。如圖5所示，本實施方式中的構(gòu)成是，在 實施方式4中使一氧化碳減少器10的內(nèi)周下部的突出部46夾持隔離 筒30而鄰接于預(yù)熱蒸發(fā)器6，并在其之間中不形成傳熱緩沖部ll。具 體而言，隔離憤47的縱壁47a是以從筒體3的上壁在下方延伸至一諷 化碳減少器10的全高度(企長)的一半程度的位賞并從那里向里面以 水平方向延伸并被連接于隔離筒30的形式加以形成的[以該水平方向 延伸的部分(以下稱之為"水平延伸部分")就是在權(quán)利耍求中所稱的 (縱壁47a的)延長部分]。符號50表示縱壁47a的水平延伸部分和隔 離筒30的連接部。在如此的構(gòu)造中，因為一軾化碳減少器10的上游 側(cè)部分只迎過隔離筒30與預(yù)熱蒸發(fā)器6進(jìn)行熱交換，所以能夠防止在 該部分上的過熱，與此同時也就能夠提高給預(yù)熱蒸發(fā)器6的水的熱回 收效率。當(dāng)作為一氧化碳減少器10的轉(zhuǎn)化催化劑而使用銅 鋅類俳化 劑的時候，如果過熱到300'C以上會產(chǎn)生催化劑的熱劣化而使催化劑性 能受到不良影響，但是由以如此的形式相當(dāng)于一宰U七碳減少器10的高 溫部位的上游側(cè)的部分以通過1個隔壁(隔離筒30)而與預(yù)熱蒸發(fā)器 6進(jìn)行熱交換的形式進(jìn)行構(gòu)成，從而能夠防止像這樣的過熱并能夠維持 轉(zhuǎn)化催化劑的耐久性。另外，在一諷化碳減少器10的下游側(cè)部分通過 傳熱緩沖部ll來限制熱交換量，由此， 一邊降低厚度方向上的溫度分 布一邊就能夠以不至于過度冷卻到規(guī)定溫度以下的形式進(jìn)行控制。
(實施方式6)
圖8是示意性地表示本發(fā)明的實施方式6的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截面圖。如圖8所示，本實施方式是對實施方式5 (圖5)進(jìn)行了變形的最佳方式。具體而言，隔離壁47的縱壁47a由 金屬(比如不銹鋼)構(gòu)成。另外，隔離壁47的縱壁47a形成為帶有凸 緣的圓筒狀，其上端與筒體3的上壁之間具有規(guī)定間隔，從其位置向 下方延伸其位置與隔離壁47的橫壁47b的距離的四分之三程度的距 離，并從那里向里面在水平方向上延伸從而連接于隔離筒30[該水平延 伸部分就是在權(quán)利要求中所稱的(縱壁47a的)延長部分]。于是，由該筒體3、隔離壁47的縱壁47a、隔離筒30以及隔離壁47的橫壁47b 所劃定的空間，和填充于該空間中的一氧化碳催化劑9構(gòu)成了一氧化 碳減少器10。 一氧化碳催化劑9的上端與隔離壁47的上端相一致。這 樣， 一氧化碳減少器10的內(nèi)周下部的突出部46夾持隔離筒30而鄰接 于預(yù)熱蒸發(fā)器6，并且在這些之間中不形成傳熱緩沖部U。于是，在 一氧化碳減少器10和筒休3的上壁之間形成了從一氧化碳減少器10 流出的寬整氣體的迎道49，從而將傳熱緩沖空間48連通于該重整氣休 的通道49。還冇，繭整氣休的迎道49連通于設(shè)在筒休3的上壁的流出 口37。然后，劃定一氧化碳減少器10的隔離壁47的縱壁47b的上端 不連接于其周圍的氫生成裝置的金屬構(gòu)造體(筒體3以及外筒2等)， 也沒有任何接觸。另外，隔離祖:47的縱壁47a的水平延伸部分和隔離 筒30的連接部50位于，從一軾化碳減少器10的上游部屮的一諷化碳 去除催化劑9的殿上游端到該一爭t化碳催化劑9的長度的四分之一的 部位的位置。還有，該連接部50并不只限于此，比如也可以位于從一 氧化碳減少器10的上游部屮的一氧化碳去除催化劑9的最上游端至該 一氧化碳催化劑9的K度的四分之一的部位之問。
通過如此的構(gòu)成，與實施方式5相同，因為一飄化碳減少器10的 內(nèi)周下部的突出部46是隔著1個隔壁(隔離壁47)而鄰接于預(yù)熱蒸發(fā) 器6，所以不用通過傳熱緩沖部11而能夠把在一諷化碳減少器10的上 游部所產(chǎn)生的反應(yīng)熱與預(yù)熱蒸發(fā)器6進(jìn)行熱交換，從而就能夠防止--氧化碳去除催化劑9的過度升溫。另外，在一氧化碳減少器10的下游 側(cè)，包圍一氧化碳去除催化劑9的隔離壁47的縱壁47a既不連接也不 接觸于預(yù)熱蒸發(fā)器6等的其周圍的金屬構(gòu)造體，所以就能夠抑制來自 于憑靠通過縱壁47a的熱傳導(dǎo)的一氧化碳去除催化劑9的放熱。其結(jié) 果，就能夠減小在一氧化碳催化劑9的下游部中的厚度方向上的溫度 分布(內(nèi)周部和外周部的溫度差)。
另外，在一氧化碳減少器10的上游部所發(fā)生的轉(zhuǎn)化反應(yīng)或者選擇 氧化反應(yīng)的大約8成以上是在從其上游端到四分之一以內(nèi)的部分上發(fā) 生，但是在本實施方式中，從一氧化碳減少器10的上游部上的一氧化 碳去除催化劑9的最上游端到該一氧化碳去除催化劑9的長度的四分 之一的位置為止的部分因為是通過1個隔壁(隔離壁47)而鄰接于預(yù)
22熱蒸發(fā)器6，所以就變成了在大量發(fā)生反應(yīng)熱的部分上熱交換量就比較 多而在發(fā)生少量反應(yīng)熱的部分上熱交換量就少的構(gòu)成。其結(jié)果，就能 夠有效地發(fā)揮傳熱緩沖部11的熱交換抑制功能。
還有，在實施方式5中，可以以本實施方式(包含下述注釋)的 形式來設(shè)置隔離壁47的縱壁47a的水平延仲部分和隔離筒39的連接 部50的位置。
<注釋〉
關(guān)于隔離壁47的縱壁47a的水平延仲部分和隔離筒39的連接部 50的位賞注釋以下幾點。
在圖8的構(gòu)成中，設(shè)想特定的一氧化碳去除催化劑9并且根據(jù)該 設(shè)想的一氧化碳去除催化劑9，特定了其最適合的隔離壁47的縱壁47a 的水平延伸部分和隔離筒39的連接部50的位置。但是，該連接部50 優(yōu)選位于，在--諷化碳減少器10的氣體的流動方向上的、 一氧化碳減 少器10的最上游端和最下游端之間，并根據(jù)一氧化碳去除催化劑9的 壩充量設(shè)定的部位。這是因為，通常來說，一颯化碳去除催化劑9的 填充量是根據(jù)在^生成裝置中所產(chǎn)生的重整氣休的量或者根據(jù)一氧化 碳去除催化劑9的一軾化碳去除特性(初期特性或者壽命特性)所決 定的。更加詳細(xì)地進(jìn)行說明的話，相對于一氧化碳減少器10中的催化 劑的充填長度的催化劑的反應(yīng)(比如，對于轉(zhuǎn)化催化劑而言是轉(zhuǎn)化反 應(yīng)，對于選擇氧化催化劑而言是氧化反應(yīng))率是由所充填的催化劑基 本上唯一地決定的。比如，轉(zhuǎn)化催化劑的填充量在比較少的情況下， 與轉(zhuǎn)化催化劑的填充量為較多的情況相比，出口的一氧化碳濃度就會 增加。但是，在相同催化劑的充填長度的部位上采柒重整氣休試樣的 時候，其氣體中的一氧化碳濃度成為大致一定的值，在相同催化劑的 充填長度的部位由轉(zhuǎn)化反應(yīng)或者選擇氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的放熱量大致一 定。另外，如果催化劑有所不同且其反應(yīng)性也有所不同，那么相對于 催化劑的充填長度的反應(yīng)率也會不同。因此，決定通過1個隔壁(隔 離筒30)使一氧化碳減少器10和預(yù)熱蒸發(fā)器6進(jìn)行熱交換的面積的、 隔離壁47的縱壁47a的水平延伸部分與隔離筒30的連接部50優(yōu)選設(shè) 置于根據(jù)一氧化碳去除催化劑9的填充量進(jìn)行設(shè)定的部位。還有，根
23據(jù)一氧化碳去除催化劑9的填充量， 一氧化碳減少器10的最上游端與 最下游端之間的長度有所不同，所以在將最上游端與最下游端之問的 長度作為基準(zhǔn)的吋候，設(shè)置該連接部50的位置的位置關(guān)系是相對變化 的。
(實施方式7)
圖9是示意性地表示木發(fā)明的實施方式7的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。如圖9所示，在木實施方式中，以在實施 方式6的構(gòu)成(包含注釋)中從筒體3的上壁延伸至下方的形式將岡 筒狀的通道隔壁(以下稱之為"傳熱緩沖部隔i逸")51形成于傳熱緩沖 空間48。傳熱緩沖部隔壁51是以在其下端和隔離壁47的縱壁47a的 水平延伸部分之間具有間隔的形式來加以構(gòu)成的。另外，重整氣體的 流出口 37是以在筒體3的上.壁上位于隔離筒30的上端和傳熱緩沖部 隔壁51的上端之間的形式來加以形成的。由此，在傳熱緩沖空間48 中形成了如下的重整氣休的通道，即，從一諷化碳去除催化劑9流出 的重整氣休，在隔離壁47的縱壁47a的內(nèi)而以與一執(zhí)化碳去除他化劑 9內(nèi)的流動方向相對的形式進(jìn)行流動，之后，其方向翻轉(zhuǎn)，一邊鄰接于 預(yù)熱蒸發(fā)器10 —邊在與一氧化碳去除催化劑9內(nèi)的流動方向相同的方 向上流動。另外，在該傳熱緩沖空間48內(nèi)的通道的鄰接于預(yù)熱蒸發(fā)器 10的部分中，充填高傳熱性部件57。該高傳熱性部件57由以執(zhí)化鋁 或者金屬為主要成分的粒子(比如粒徑為d) 1.0mm 4)3.0mm的粒子) 構(gòu)成。
如果有如此的構(gòu)成，那么從一氧化碳減少器IO流出的重整氣體在 沿著隔離壁47的縱壁47a進(jìn)行流動之后，鄰接于預(yù)熱蒸發(fā)器6進(jìn)行流 動，所以，當(dāng)重整氣體與預(yù)熱蒸發(fā)器6進(jìn)行熱交換并被預(yù)熱蒸發(fā)器6 回收熱之后，作為低溫化了的重整氣體被排出至氫生成裝置外。因此, 就能夠極力減少由于重整氣體的向氫生成裝置外排出而被攜帶出的熱 量，從而就能夠?qū)崿F(xiàn)熱利用率高的氫生成裝置。
另外，因為在傳熱緩沖空間48內(nèi)的通道的鄰接于預(yù)熱蒸發(fā)器10 的部分上填充有高傳熱性部件57，所以能夠促進(jìn)來自于重整氣體的傳 熱并能夠提高熱交換性能。
24另外，也可以縮小傳熱緩沖空間48內(nèi)的通道的鄰接于預(yù)熱蒸發(fā)器 10的部分的寬度，并以此取代在傳熱緩沖空間48內(nèi)的通道的鄰接于預(yù) 熱蒸發(fā)器10的部分上充壩高傳熱性部件57的構(gòu)成，由此來增大重整 氣休的流速從而提高熱交換性能。
(實施方式8)
圖10是示意性地表示木發(fā)明的實施方式8的氫生成裝置以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。如圖10所示，在本實施方式中，對于實施 方式7的構(gòu)造中的在傳熱緩沖空間48內(nèi)的迎道的鄰接于預(yù)熱蒸發(fā)器6 的部分上設(shè)置的高傳熱性部件57，換之以設(shè)置金屈制的傳熱散熱片52。 傳熱散熱片52設(shè)置于隔離筒30的介于傳熱緩沖空間48的通道和預(yù)熱 蒸發(fā)器6之間的部分的表面。如果有如此的構(gòu)成，那么就能夠擴大劃 定預(yù)熱蒸發(fā)器6的隔離筒30的農(nóng)面的傳熱面積，其結(jié)果，就能夠在兒
(實施方式9)
圖11是示意性地表示本發(fā)明的實施方式9的氫生成裝S以及燃料 電池系統(tǒng)的構(gòu)成的截而圖。如圖11所示，在木實施方式中，把將空氣 供給給一氧化碳減少器10的空氣供給部53設(shè)置于實施方式7 (圖9) 的構(gòu)成中，并由選擇氧化催化劑構(gòu)成一氧化碳減少器IO的一氧化碳去 除催化劑54。具休而言，重整氣體流通路徑40的下游端開口，以貫通 筒體3、絕熱層13以及外壁并延仲至外部的形式形成空氣供給路徑55， 并將空氣供給部53連接于該空氣供給路徑55的上游端。
如果由如此的構(gòu)成，那么從空氣供給部53將空氣供給至流入到選 擇氧化催化劑54的重整氣體中，從而使重整氣體和空氣的混合氣體被 供給給選擇氧化催化劑54。在選擇氧化催化劑54上混合氣體中的CO 選擇性地與空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，從而減少了CO。此吋，選擇氧 化催化劑54的上游部雖然發(fā)生由氧化反應(yīng)引起的放熱，但是選擇氧化 催化劑54的上游部因為隔著1個隔壁(隔離筒30)與預(yù)熱蒸發(fā)器6 相鄰接從而被充分熱交換，所以能夠防止選擇氧化催化劑54的過度升 溫。另外，選擇氧化催化劑54的下游部與預(yù)熱蒸發(fā)器6之間形成有傳熱緩沖部11，并且圍繞選擇氧化催化劑的隔離壁47的縱壁47a的上端 部因為既沒有連接于也沒有接觸于預(yù)熱蒸發(fā)器6，所以也就不會放出選 擇氧化催化劑54的下游部的熱，從而就能夠?qū)⒃谶x擇氧化催化劑54 的厚度方向上的溫度分布控制在較小值。再有，重整氣體通過傳熱級 沖部11的傳熱緩沖部隔壁51與預(yù)熱蒸發(fā)器6之間，因此能夠回收重 整氣體中的熱。因此，從上游到下游包括在厚度方向上，能夠?qū)⑦x擇 氧化催化劑54調(diào)整到恰當(dāng)?shù)臏囟葼顟B(tài)，從而能夠圾大限度地發(fā)揮俳化 劑性能。于是，就能夠進(jìn)一步實現(xiàn)熱利用效率高的氫生成裝置。
對于本'領(lǐng)域技術(shù)人員來說由上述說明即可消楚知曉木發(fā)明的諸多 改良或者其他的實施方式。因此，上述說明應(yīng)該只解釋為是例示，其 目的在于向木領(lǐng)域技術(shù)人員提供一個實施木發(fā)明的最佳方式。只要不 脫離本發(fā)明的精神，可以實質(zhì)性地變更其構(gòu)造以及/或者功能的細(xì)節(jié)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
木發(fā)明的統(tǒng)生成裝置以及使用該裝置的燃料電池系統(tǒng)能夠減小在 筒狀的--:H化碳減少器的厚度方向上的溫度分布，作為能夠穩(wěn)定地減 少重整氣休屮的--氧化碳的氫生成裝置以及使用該裝貨的燃料電池系 統(tǒng)等是有用的。
權(quán)利要求
1. 一種氫生成裝置，其特征在于具備燃燒氣體通道，輸送由燃燒器產(chǎn)生的燃燒氣體；預(yù)熱蒸發(fā)器，被供給原料氣體和水，由從所述燃燒氣體通道以及一氧化碳減少器通過隔壁進(jìn)行傳導(dǎo)的熱使所述水蒸發(fā)并且加熱所述原料氣體；重整器，其具有重整催化劑，利用所述重整催化劑和從所述燃燒氣體通道通過所述隔壁而進(jìn)行傳導(dǎo)的熱，使由所述預(yù)熱蒸發(fā)器供給的原料氣體和水蒸汽發(fā)生水蒸汽重整反應(yīng)，并生成含有氫的重整氣體；一氧化碳減少器，具有一氧化碳去除催化劑，由所述一氧化碳去除催化劑的作用去除從所述重整器供給的重整氣體中的一氧化碳；筒狀的筒體，用所述隔壁劃定其內(nèi)部空間，在其內(nèi)部形成有所述燃燒氣體通道、所述預(yù)熱蒸發(fā)器、所述重整器、以及所述一氧化碳減少器，該筒體的兩端被封閉，在所述預(yù)熱蒸發(fā)器和所述一氧化碳減少器之間形成有傳熱緩沖部，其由劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)器的所述隔壁和劃定所述一氧化碳減少部的所述隔壁以互相具有間隔并相對的方式配置而構(gòu)成。
2. 如權(quán)利耍求l所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖部上，所述互相相對的隔壁之間的空間(以下稱之為傳熱緩沖空間)形成于，除了與從所述重整器至所述一氧化碳減 少器的重整氣體的通道或者從所述一氧化碳減少器流出的寬整氣體的 通道相連通的部分之外而密閉的空間內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖部中，在所述互相相對的隔壁之間填充有傳熱性部件。
4. 如權(quán)利要求1所記載的氫生成裝置，其特征在于所述傳熱緩沖部被形成為，使得從所述一氧化碳減少器到所述預(yù) 熱蒸發(fā)器所傳導(dǎo)的熱量在所述一氧化碳減少器的重整氣體的流動方向 的上游側(cè)大于下游側(cè)。
5. 如權(quán)利要求4所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖部中，所述互相相對的隔壁的間隔被形成為，在所述一諷化碳減少器的重整氣休的流動方向的上游側(cè)比下游側(cè)狹窄。
6. 如權(quán)利要求1所記載的^生成裝置，其特征在于 以圍繞所述筒休的方式設(shè)有絕熱層。
7. 如權(quán)利要求2所記載的氫生成裝置，其特征在于 所述傳熱緩沖空間與從所述一氧化碳減少器流出的重整氣體的通道相連通，與劃定所述一軾化碳減少器的隔壁的劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)部 的隔壁相對的部分山金屬構(gòu)成，并且其延長部分在所述一氧化碳減少 器的重整氣休的上游側(cè)連接于劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)部的隔壁。
8. 如權(quán)利要求8所記載的氫生成裝置，其特征在于 所述延長部分和劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)部的隔壁的連接部在所述一氧化碳減少器的氣體的流動方向上處于該一氧化碳減少器的最上游端和 最下游端之間，并位于根據(jù)所述一執(zhí)化碳去除他化劑的填充量而設(shè)定 的部位。
9. 如權(quán)利要求7所記載的氫生成裝置，其特征在于 所述延長部分與劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)部的隔壁的連接部在所述一氧化碳減少器的氣體的流動方向上位于該一氧化碳減少器的最上游端和 從該最上游端離開該一氧化碳減少器的長度的大約1/4的部位之間。
10. 如權(quán)利要求8所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖空間中設(shè)有傳熱緩沖部隔壁，使得從所述一氧化碳減少器流出的重整氣體在沿著劃定所述一氧化碳減少器的隔壁在與 該一氧化碳減少器內(nèi)的重整氣體的流動方向相反的方向上流動之后，沿著劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁在與該一氧化碳減少器內(nèi)的重整氣體 的流動方向相同的方向上流動。
11. 如權(quán)利耍求8所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖空間中流動的重整氣體的流動方向從與該一颯化碳減少器的重整氣體的流動方向相反的方向改變成與該一氧化碳減少 器的重整氣休的流動方向相同的方向的位置，在所述一氧化碳減少器 的氣休的流動方向上處于該一氧化碳減少器的最上游端和最下游端之 間，并位于根據(jù)所述一諷化碳去除催化劑的填充量而設(shè)定的部位。
12. 如權(quán)利要求IO所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖空間中流動的重整氣體的流動方向從與該一氧化碳減少器的重整氣休的流動方向相反的方向改變成與該一宰t化碳減少 器的重整氣體的流動方向相同的方向的位置，在該一颯化碳減少器的 氣休流動方向上位于該一氧化碳減少器的最上游端和從該最上游端離 開該一氣化碳減少器的長度的大約1/4的部位之間。
13. 如權(quán)利耍求10所記載的氯生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖空間中，在所述重整氣體沿著劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁流動的通道上設(shè)有傳熱性部件。
14. 如權(quán)利耍求13所記載的氫生成裝置，其特征在于 所述傳熱性部件是以氧化鋁或者金屬為主要成分的粒子。
15. 如權(quán)利要求10所記載的氫生成裝置，其特征在于 在所述傳熱緩沖空間中，在劃定所述預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁上形成有散熱片狀突起，所述重整氣體沿著所述隔壁流動。
16. 如權(quán)利要求1所記載的氫生成裝置，其特征在于 形成有將空氣供給至流入到所述一氧化碳減少器的重整氣體的通道的空氣供給路徑，并且所述一氧化碳去除催化劑是選擇氧化催化劑。
17.—種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具備權(quán)利耍求1至16的任何一項所記載的氫生成裝置，以及 使用從所述氫生成裝置供給的重整氣體和含有氧的氧化劑氣體來 進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氫生成裝置，其特征在于，具備燃燒氣體通道(5)，傳輸來自于燃燒器的燃燒氣體；預(yù)熱蒸發(fā)器(6)，被供給原料氣體和水，由從燃燒氣體通道以及一氧化碳減少器(10)通過隔壁進(jìn)行傳導(dǎo)的熱使水蒸發(fā)并且加熱原料氣體；重整器(7)，利用重整催化劑(8)和從燃燒氣體通道通過隔壁而傳導(dǎo)的熱，使由預(yù)熱蒸發(fā)器供給的原料氣體和水蒸汽生成重整氣體；一氧化碳減少器(10)，由一氧化碳去除催化劑(9)去除從重整器供給的重整氣體中的一氧化碳；筒狀的筒體(3)，用隔壁(1)、(2)、(30)、(47)劃定其內(nèi)部空間，在其內(nèi)部形成有燃燒氣體通道、預(yù)熱蒸發(fā)器、重整器、以及一氧化碳減少器，該筒體的兩端被封閉。在預(yù)熱蒸發(fā)器和一氧化碳減少器之間形成有傳熱緩沖部(11)，其由劃定預(yù)熱蒸發(fā)器的隔壁(30)和劃定一氧化碳減少部的隔壁(47)以互相具有間隔并相對的方式配置而構(gòu)成。
文檔編號H01M8/06GK101500940SQ20078003027
公開日2009年8月5日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者中村透, 前西晃, 向井裕二, 鵜飼邦弘 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社