氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供能够谋求简化气体流路并且提高耐久性，同时能够使水蒸气的蒸发状态均匀化的氢生成装置以及具备所述装置的燃料电池系统。氢生成装置（１０）是具备：第１筒状壁构件（１１）、在第１筒状壁构件（１１）的外侧与第１筒状壁构件（１１）同轴状配置的第２筒状壁构件（１２）、在第１筒状壁构件（１１）与第２筒状壁构件（１２）之间的筒状空间，并排于第１和第２筒状壁构件（１１、１２）的轴方向上地设置的筒状的水蒸发部（１３）及筒状的重整催化剂体（１４）、向水蒸发部（１３）供水用的水入口（４１ｉ）及提供原料气体用的原料气体入口（４０ｉ）的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统
本专利技术涉及氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统，特别是涉及使筒状的水蒸发部的中心轴与筒状的重整催化剂体的中心轴一致，将重整催化剂体与水蒸发部并排配置的氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池系统是对燃料电池的阳极提供富氢气体(重整气体)，对燃料电池的阴极提供氧化剂气体，使该气体在燃料电池内部进行电化反应，同时发生电和热的系统。在这里，使用由原料气体(例如天然气或城市煤气)和水蒸汽通过水蒸汽重整反应生成重整气体的氢生成装置，从该氢生成装置流出的重整气体提供给燃料电池的阳极。但是，在水蒸汽重整反应中，使水蒸发的蒸发热和进行重整反应的反应热必须从加热用的燃烧器的高温燃烧气体中得到，从有效利用热能的观点出发，使水和重整催化剂体与燃烧气体进行高效率的热交换是重要的课题。作为与这一课题有关的一个报告例，有夹着燃烧气体流路在圆周方向上覆盖内装重整催化剂体的筒状的重整器的周围地配置水蒸发部的氢生成装置(参照例如专利文献1：日本特开2003-252604号公报)，在该氢生成装置中，通过将燃烧气体流路和重整部覆盖在水蒸发部上，减少流过燃烧气体流路的高温燃烧气体的放热量和保持于高温的重整催化剂体的放热量，使氢生成装置的热效率得到改善。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题但是，在上述已有的氢生成装置中，使包含原料气体和水蒸汽的混合气体从水蒸发部向重整部流动时，使该混合气体的流动方向从水蒸发部的轴方向改变为-->圆周方向引起混合气体流路的结构复杂化。例如连接水蒸发部的混合气体出口与重整部的混合气体入口的混合气体供给管道在径方向延伸，在该混合气体供给管道与在轴方向延伸的重整部的连接处有必要实施焊接等配管施工。而且这样的混合气体流路的配管施工有可能增加氢生成装置的成本，导致耐用性的下降，具体地说，由于如上所述焊接处的存在，对于每日启动停止反复进行的氢生成装置的DSS(Daily Start-up & Shut-down)运行产生的冷热循环，能否保持足够的耐用性是令人担心的。又，另一方面，水蒸发部的水蒸气蒸发状态变化取决于水蒸发部的内径，通常认为，如果其内径小，则容易使水蒸气的蒸发状态均匀。尽管如此，在已有的氢生成装置那样将水蒸发部配置于最外围，覆盖重整部和燃烧气体流路的情况下，水蒸发部的内径的缩小是有一定限度的，使水蒸气的蒸发状态均匀化也会变得困难。本专利技术鉴于这样的情况而作，其目的在于提供通过简化气体流路的结构，谋求对冷热循环保持更好的耐用性并降低成本，同时能够使水蒸气的蒸发状态均匀的氢生成装置和具备氢生成装置的燃料电池系统。解决课题的手段本专利技术的氢生成装置，是具备：第1筒状壁构件、在所述第1筒状壁构件的外侧，与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第2筒状壁构件、在所述第1筒状壁构件与第2筒状壁构件之间的筒状空间，并排于所述第1和第2筒状壁构件的轴方向上地设置的筒状的水蒸发部以及筒状的重整催化剂体、所述向水蒸发部供水用的水入口以及提供原料气体用的原料气体入口，使水蒸气与所述原料气体的混合气体从所述水蒸发部流向所述重整催化剂体，利用重整反应将其重整为含氢的重整气体的装置。通过使水蒸发部与重整催化剂体的轴向一致将两者并排配置，能够使从水蒸发部向重整催化剂体通过水蒸发部内部上升的混合气体沿着轴向顺利地流向重整催化剂体，可以减少采用例如焊接等配管施工的复杂的气体流路，能够提高在DSS运行引起的冷热循环的条件下的氢生成装置的耐用性，同时提高简化气体流路，可以降低氢生成装置的成本。还有，最好是使所述重整气体从所述重整催化剂体的轴方向端部流出。-->在这里，如果所述水蒸发部配置于所述重整催化剂体的下方，则对重整催化剂体只提供水蒸汽，由于水蒸发部的水滴流向重整催化剂体而造成的重整催化剂体的劣化能够在根本上得到防止。如果所述第1和第2筒状壁构件都是圆筒状无缝管，则能够避免焊接等其他配管施工造成的焊缝等，能够提高在DSS运行引起的冷热循环的条件下的耐用性。在这里，也可以是具备利用可燃性气体的燃烧生成燃烧气体的燃烧器、以及在所述第1筒状壁构件的内侧与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第3筒状壁构件，形成所述燃烧气体能够流动所述第1筒状壁构件和第3筒状壁构件之间的作为燃烧气体流路的筒状空间的结构。又可以使所述燃烧器的火焰向上方形成地设置所述燃烧器。采用这样的结构，能够高效率地向重整催化剂体提供燃烧气体的热交换的反应热，同时能够高效率地对水蒸发部提供燃烧气体的热交换的蒸发热。而且高温燃烧气体流过的燃烧气体流路可以配置于1筒状壁构件的内部，能够有效地抑制燃烧气体的放热。又可以是，所述燃烧器配置于所述第3筒状壁构件的内部空间，而且具备堵塞所述第1筒状壁构件的上端部以在与所述第3筒状壁构件的上端部的第1盖构件之间具有间隙，形成所述燃烧器生成的所述燃烧气体能够从所述第3筒状壁构件的内部通过所述间隙流入所述燃烧气体流路的结构。又可以是，将流过所述燃烧气体流路的燃烧气体引向外部的燃烧气体流出口形成于所述第1筒状壁构件，所述燃烧气体排气管连接于所述第1筒状壁构件，以将从所述燃烧气体流出口流出的所述燃烧气体引向所述第1筒状壁构件的径方向并且向下方。通过使燃烧气体排气部向下方倾斜，即使是燃烧气体中包含的水蒸汽凝集形成水滴，也能够将燃烧气体排气部的水滴与燃烧气体一起向外部排出，能够减少滞留在燃烧气体排气部的内部的水。借助于此，能够消除滞留在燃烧气体排气部的水引起的，接近燃烧气体排气部的水蒸发部的下端部被冷却的不利情况。在这里，最好是采用具备通过限制所述燃烧气体流路的宽度尺寸变化，在其整个圆周方向上使所述宽度尺寸均匀化的宽度均匀化手段的结构。如果采用燃烧气体流路的宽度均匀化手段。则流过燃烧气体流路的燃烧气体的圆周方向的流量-->的波动得到改善，燃烧气体的流动没有偏差，能够在重整催化剂体的圆周方向上使均匀地得到燃烧气体提供的热量。作为所述宽度均匀化手段的一个例子最好是具有下面所述的结构，即包含具有均匀的高度，从所述第3筒状壁构件向所述第1筒状壁构件突出的多个凸起部，所述凸起部的前端与所述第1筒状壁构件接触。而且在这种情况下，最好是将所述凸起部以规定的间隔在所述第3筒状壁构件的圆周方向上形成于所述第3筒状壁构件。作为所述宽度均匀化手段的另一个例子最好是具有下面所述的结构，即包含配置于所述第3筒状壁构件的圆周方向上的具有均匀的剖面的可挠性棒状构件，由所述第1筒状壁构件和所述第3筒状壁构件夹着所述棒状构件。而且在这种情况下，最好是所述棒状构件采用具有均匀的直径的圆棒。又，最好是采用下面所述的结构，即在所述第1筒状壁构件的外周面上设置多孔金属膜，在所述多孔金属膜与所述第2筒状壁构件的内周面之间形成所述水蒸汽部的水洼。采用这样的结构，由水供给手段提供，在水蒸发部的水洼部滞留的水浸渍金属膜，水被吸了上来，利用含水的多孔金属膜能够增加水的蒸发面积，能够利用流过燃烧气体流路的燃烧气体加热多孔金属膜，有效地使渗入多孔金属膜的水蒸发。通过将所述多孔金属膜设置于所述第1筒状壁构件的整个所述外周面，能够在圆周方向上使水均匀蒸发。又，可以采用如下所述的结构，即具备覆盖所述第2筒状壁构件，在与所述第2筒状壁构件之间形成双重管道的筒状盖，形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢生成装置，其特征在于，具备第１筒状壁构件、在所述第１筒状壁构件的外侧，与所述第１筒状壁构件同轴状配置的第２筒状壁构件、在所述第１筒状壁构件与第２筒状壁构件之间的筒状空间，并排于所述第１和第２筒状壁构件的 轴方向上地设置的筒状的水蒸发部以及筒状的重整催化剂体、向所述水蒸发部供水用的水入口以及提供原料气体用的原料气体入口，使水蒸气与所述原料气体的混合气体从所述水蒸发部流向所述重整催化剂体，利用重整反应将其重整为含氢的重整气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-2-17 040005/20041.一种氢生成装置，其特征在于，具备第1筒状壁构件、在所述第1筒状壁构件的外侧，与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第2筒状壁构件、在所述第1筒状壁构件与第2筒状壁构件之间的筒状空间，并排于所述第1和第2筒状壁构件的轴方向上地设置的筒状的水蒸发部以及筒状的重整催化剂体、向所述水蒸发部供水用的水入口以及提供原料气体用的原料气体入口，使水蒸气与所述原料气体的混合气体从所述水蒸发部流向所述重整催化剂体，利用重整反应将其重整为含氢的重整气体。2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，使所述重整气体从所述重整催化剂体的轴方向端部流出。3.根据权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，在所述重整催化剂体的下方配置所述水蒸发部。4.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述第1和第2筒状壁构件都是圆筒状无缝管。5.根据权利要求4所述的氢生成装置，其特征在于，具备利用可燃性气体的燃烧生成燃烧气体的燃烧器、以及在所述第1筒状壁构件的内侧与所述第1筒状壁构件同轴状配置的第3筒状壁构件，形成所述燃烧气体能够流动所述第1筒状壁构件和第3筒状壁构件之间的作为燃烧气体流路的筒状空间的结构。6.根据权利要求5所述的氢生成装置，其特征在于，使所述燃烧器的火焰向上方形成地设置所述燃烧器。7.根据权利要求6所述的氢生成装置，其特征在于，所述燃烧器配置于所述第3筒状壁构件的内部空间，而且具备堵塞所述第1筒状壁构件的上端部的第1盖构件以在与所述第3筒状壁构件的上端部之间具有间隙，形成所述燃烧器生成的所述燃烧气体能够从所述第3筒状壁构件的内部通过所述间隙流入所述燃烧-->气体流路的结构。8.根据权利要求7所述的氢生成装置，其特征在于，将流过所述燃烧气体流路的燃烧气体引向外部的燃烧气体流出口形成于所述第1筒状壁构件，所述燃烧气体排气管连接于所述第1筒状壁构件，以将从所述燃烧气体流出口流出的所述燃烧气体引向所述第1筒状壁构件的径方向并且向下方。9.根据权利要求7所述的氢生成装置，其特征在于，具备通过限制所述燃烧气体流路的宽度尺寸变化，在其整个圆周方向上使所述宽度尺寸均匀化的宽度均匀化手段。10.根据权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，所述宽度均匀化手段包含具有均匀的高度，从所述第3筒状壁构件向所述第1筒状壁构件突出的多个凸起部，所述凸起部的前端与所述第1筒状壁构件接触。11.根据权利要求10所述的氢生成装置，其特征在于，将所述凸起部以规定的间隔在所述第3筒状壁构件的圆周方向上形成于所述第3筒状壁构件。12.根据权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，所述均匀化手段包含配置于所述第3筒状壁构件的圆周方向上的具有均匀的剖面的可挠性棒状构件，由所述第1筒状壁构件和所述第3筒状壁构件夹着所述棒状构件。13.根据权利要求12所述的氢生成装置，其特征在于，所述棒状构件是具有均匀的直径的圆棒。14.根据权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，在所述第1筒状壁构件的外周面上设置多孔金属膜，在所述多孔金属膜与所述第2筒状壁构件的内周面之间形成所述水蒸汽部的水洼部。15.根据权利要求14所述的氢生成装置，其特征在于，所述金属膜设置于所述第1筒状壁构件的整个所述外周面。16...

【专利技术属性】
技术研发人员：前西晃，向井裕二，鹈饲邦弘，麻生智伦，
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[日本]