提供一种氢发生器，所述氢发生器防止将液滴供给至重整催化剂层并具有稳定的性能，其中，所述氢发生器具有供给有原料气和水的水蒸发部（７）；供给有来自所述水蒸发部（７）的气体混合物的重整催化剂层（９）；混合燃气和空气并燃烧的燃烧器（４）；在所述水蒸发部（７）的内侧上设置的用于燃烧尾气流动的燃烧尾气流路（１６）；和设置在所述水蒸发部（７）的外侧上并供给有所述重整气体的转化催化剂层（１０）。所述水蒸发部（７）包括两个圆筒（１００）和（１０１）以及夹置于所述（１００）与（１０１）之间的螺旋状圆管（１８）。所述水蒸发部（７）的下游部的螺旋状圆管（１８）的间距与其它位置相比是相对小的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及构建以通过使用碳氢燃料例如城市煤气和LPG作为原料气产生含高 浓度氢的生成气的氢发生器，以及涉及包括构建以通过使用由氢发生器产生的氢发电的燃 料电池的燃料电池发电器。
技术介绍
燃料电池发电器主要包括构建以产生含高浓度氢的生成气的氢发生器；和构建 以通过使用由氢发生器产生的氢发电的燃料电池。氢发生器包括重整部，构建所述重整部以通过使用重整催化剂将原料气和蒸气 进行蒸汽重整反应产生含氢、甲烷、一氧化碳(以约10-15%的量)、二氧化碳和蒸汽的重整 气体，其中将碳氢燃料例如城市煤气和LPG用作原料气；和CO去除部，构建所述CO去除部 以从重整气体中去除对燃料电池显示中毒作用的一氧化碳。当将质子交换膜燃料电池用作燃料电池时，需要将包含于重整气体中的一氧化碳 浓度去除至约lOppm。通常，CO去除部包括包含以下的两段部转化部，构建其以通过使用 转化催化剂的转移反应(shift reaction)将一氧化碳去除至约0. 5%；以及选择氧化部，构 建其以通过使用选择性催化剂将一氧化碳和氧混合，从而通过选择性氧化反应(selective oxidation reaction)将一氧化碳氧化并将CO的浓度降至IOppm以下。从小型化、高效率化、启动特性提高、驱动稳定性提高和由于结构简化而成本下降 的观点，提出多种设备作为氢发生器。作为其实例，为了实现小型(compact)、高效的氢发生 器，提供了包括一体化的重整部和CO去除部，此外还有水蒸发部的氢发生器，所述水蒸发 部与催化剂层邻接一体化设置而不是设置在氢发生器外部。根据该结构，实现最佳的热平 衡和稳定的运行，同时将在氢发生器中的热最大水平地利用，从而减小氢发生器的结构尺 寸，此外还降低了氢发生器的成本。然而，当氢发生器的运行状态(例如，在燃料电池系统内置的氢发生器中对于燃 料电池的发电负载)变化时，产生的氢量由于原料供给量和水供给量的变化而减少或增 加。当水供给量从少量变为大量时，更大量的水供给至水蒸发部。构建水蒸发部以达到平衡，以通过来自围绕在所述水蒸发部周围的燃烧器的燃烧 尾气的热和催化剂层的热来蒸发水。然而，当突然供给大量水时，根据环境不能将供给的水 完全蒸发，从而会将一些未汽化的水以液滴的形式供给至重整催化剂中。当将液滴供给至重整催化剂时，在液滴蒸发期间液滴吸收重整催化剂的潜热，以 使重整催化剂的温度局部突然下降。温度下降还诱发位于周围区域中的催化剂温度下降。 结果，重整催化剂(transforming catalyst)整体不能维持稳定的温度状态，这会导致氢产 生量的波动。在供给有液滴的催化剂中，瞬间温度下降，以致催化剂可能受到热冲击，并且可能 发生开裂或剥落。因此，在相关技术结构中，将第二蒸发部设置在水蒸发部下游侧的下部， 将隔离壁(partition wall)设置在第二蒸发部的下部和侧部上。根据该结构，即使液滴从蒸发部排出，液滴也会被第二蒸发部的下部捕集，并仅将通过蒸发已捕集(trapped)的液 滴而产生的蒸汽从第二蒸发部输送出(参见例如专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1 JP-A-2008-63171
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，组件数目的增加和结构的复杂化导致组件成本或制造成本增加。此外，当不 使用此类捕集结构而形成充分长的足以完全蒸发水分的蒸发部时，氢发生器的整体尺寸增 大，所述氢发生器的表面积也变大。因此，放热量变得更大，这劣化氢发生器的效率(即，热 的有效利用)。此外，所述氢发生器的尺寸增加还导致成本增加，以致氢发生器的价值下降。此外，当将水蒸发部的流路作为单一部以其中蒸发部和催化剂层彼此邻接设置的 构造形成(专利文献1)时，催化剂层和蒸发部沿催化剂层流动的方向均勻地交换热。在催 化剂层例如转化催化剂层和选择氧化催化剂层中，转化反应或选择性氧化反应发生在作为 其入口近邻的催化剂层上游部，因此，催化剂层上游部的温度由于反应热而增加。同时，催 化剂层中游部(middle flow portion)或其接近于出口的下游部的温度由于催化剂层与水 蒸发部之间的热交换而降低。因此，催化剂层上游部的温度增加，而下游部的温度降低。当催化剂层的温度太高 和太低时，催化剂特性劣化。此外，当催化剂层的温度太高时，催化剂由于高温而劣化。结 果，催化剂必须在耐热温度以下使用。如果在催化剂层中存在大的温度分布，可能不能充分 地保证催化剂的特性。本专利技术的目的在于提供一种氢发生器，其能够适当地维持重整催化剂层、转化催 化剂层和选择性氧化层中的至少之一的温度，并显示出稳定的性能。用于解决问题的方案为了解决上述问题，根据本专利技术的氢发生器包括原料供给部，构建所述原料供给 部以供给原料气；水供给部，构建所述水供给部以供给水；水蒸发部，将所述水蒸发部连接 至原料供给部和水供给部，构建所述水蒸发部以将供给的水转化为蒸汽并将该蒸汽与原料 气混合；燃烧器，将所述燃烧器连接至构建以供给燃气的燃料供给部和构建以供给燃烧空 气的空气供给部；燃烧尾气流路，所述燃烧尾气流路设置在水蒸发部的内侧并且来自燃烧 器的燃烧尾气流过该燃烧尾气流路；重整催化剂层，构建所述重整催化剂层以接收由水蒸 发部供给的气体混合物并通过气体混合物与重整催化剂的蒸汽重整反应产生含氢的重整 气体；和一氧化碳减少部，所述一氧化碳减少部设置在水蒸发部的外侧，构建所述一氧化碳 减少部以接收重整气体并降低在重整气体包含的一氧化碳量，其中所述水蒸发部包括流路 构件，所述流路构件设置在燃烧尾气流路的外侧并限定原料气和水流过的流路，和其中根 据燃烧尾气流路与水蒸发部之间的热交换量和水蒸发部与一氧化碳减少部之间的热交换 量中的至少之一改变水蒸发部中的流路构件的间距(Pitch)。专利技术的效果根据本专利技术，根据燃烧尾气流路与水蒸发部之间的热交换量和水蒸发部与一氧化碳减少部之间的热交换量中的至少之一改变水蒸发部中的流路构件的间距，由此，能够适 当维持重整催化剂层的温度，和使氢发生器的性能稳定化。附图说明图1为示出本专利技术第一实施方案的氢发生器的示意图。图2为示出本专利技术第二实施方案的氢发生器的示意图。图3为转化催化剂的特性图表。图4为选择性氧化催化剂的特性图表。附图标记说明1燃气供给部2空气流路3 风机4燃烧器5原料气供给部6水供给部7水蒸发部8，18 圆管9重整催化剂层10转化催化剂层11选择氧化催化剂层12生成气出口I3 排气口14选择性氧化空气供给部15控制部16燃烧尾气流路17绝热材料100 圆筒101 圆筒具体实施例方式第一专利技术的氢发生器包括原料供给部，构建所述原料供给部以供给原料气；水 供给部，构建所述水供给部以供给水；水蒸发部，将所述水蒸发部连接至原料供给部和水供 给部，构建所述水蒸发部以将供给的水转化为蒸汽并将该蒸汽与原料气混合；燃烧器，将所 述燃烧器连接至构建以供给燃气的燃料供给部和构建以供给燃烧空气的空气供给部；燃烧 尾气流路，所述燃烧尾气流路设置在水蒸发部的内侧并且来自燃烧器的燃烧尾气流过该燃 烧尾气流路；重整催化剂层，构建所述重整催化剂层以接收由水蒸发部供给的气体混合物 并通过气体混合物与重整催化剂的蒸汽重整反应产生含氢的重整气体；和一氧化碳减少 部，所述一氧化碳减少部设置在水蒸发部的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氢发生器，其包括：原料供给部，构建所述原料供给部以供给原料气；水供给部，构建所述水供给部以供给水；水蒸发部，所述水蒸发部连接至所述原料供给部和所述水供给部，和构建所述水蒸发部以将供给的水变为蒸汽并将所述蒸汽与所述原料气混合；燃烧器，所述燃烧器连接至构建以供给燃气的燃料供给部和构建以供给燃烧空气的空气供给部；燃烧尾气流路，所述燃烧尾气流路设置在所述水蒸发部的内侧，来自所述燃烧器的燃烧尾气流过所述燃烧尾气流路；重整催化剂层，构建所述重整催化剂层以接收供给自所述水蒸发部的气体混合物并通过所述气体混合物与重整催化剂的蒸汽重整反应生成含氢的重整气体；和一氧化碳减少部，所述一氧化碳减少部配置在所述水蒸发部的外侧，构建所述一氧化碳减少部以接收所述重整气体并减少在所述重整气体中包含的一氧化碳量，其中所述水蒸发部包括流路构件，所述流路构件设置在燃烧尾气流路的外侧并限定所述原料气和水流过的流路，和其中根据所述燃烧尾气流路与所述水蒸发部之间的热交换量和所述水蒸发部与所述一氧化碳减少部之间的热交换量中的至少之一改变所述水蒸发部中的流路构件的间距。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：前西晃，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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