CN100338811C - 氢生成装置及燃料电池电能产生系统 - Google Patents

氢生成装置及燃料电池电能产生系统 Download PDF

Info

Publication number
CN100338811C
CN100338811C CNB2004100344053A CN200410034405A CN100338811C CN 100338811 C CN100338811 C CN 100338811C CN B2004100344053 A CNB2004100344053 A CN B2004100344053A CN 200410034405 A CN200410034405 A CN 200410034405A CN 100338811 C CN100338811 C CN 100338811C
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
water
passage
producing apparatus
evaporation part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004100344053A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1577937A (zh
Inventor
铃木基启
麻生智伦
向井裕二
鹈饲邦弘
前西晃
田村佳央
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2003281457A external-priority patent/JP4366136B2/ja
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN1577937A publication Critical patent/CN1577937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100338811C publication Critical patent/CN100338811C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485—Monolithic reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0403—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
    • B01J8/0407—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0411—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
    • B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0465—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being concentric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0492—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0888—Methods of cooling by evaporation of a fluid
    • C01B2203/0894—Generation of steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1023—Catalysts in the form of a monolith or honeycomb
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
    • C01B2203/1294—Evaporation by heat exchange with hot process stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1614—Controlling the temperature
    • C01B2203/1619—Measuring the temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/169—Controlling the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种氢生成装置，其本体内部设有：改性部，CO指转换部，包括第1水蒸发部、用于将改性原料供给至改性部的改性原料通道，将所述改性气体供给至上述CO转换部的改性气体通道；用于将CO转换部得到的转换后气体取出的转换后气体通道，位于CO转换部的上游面侧、与改性气体通道邻接形成的第2水蒸气通道。第2水蒸气通道内设有第2水蒸发部，这里，改性气体所含有的热量的一部分作为蒸发潜热被回收，进行CO转换部的温度控制。

Description

氢生成装置及燃料电池电能产生系统
技术领域
本发明涉及一种氢生成装置及具有该氢生成装置的燃料电池电能产生系统，所述氢生成装置使用水蒸汽，对城市煤气及LP气体(液化石油气)等的烃基原料气体进行改性(以下，称为水蒸汽改性或改性反应)，生成以氢为主体的改性气体。
背景技术
使用水蒸汽，对城市煤气及液化石油气等的烃基原料气体进行改性(以下，称为水蒸汽改性或改性反应)，生成以氢为主体的改性气体的氢生成装置，用于例如燃料电池中的、用作原料气体的氢的制备等。由于在氢生成装置中的改性反应为吸热反应，因此，要维持改性反应，必须将装置的改性部保持于550-800℃的温度。为此，在氢生成装置中，设置燃烧器等的加热源，利用从该加热源得到的高温燃烧气体，和放出该燃烧气体的辐射热的辐射体等，对改性部进行加热。
另一方面，在氢生成装置的改性部得到的改性气体，如前所述，是以氢为主体，但含有在改性反应中生成的副产物CO。如将含有CO的改性气体直接供给至燃料电池，则CO可使燃料电池内的催化剂的活性降低。因此，在氢生成装置中，为了除去CO，在所述改性部下游设置CO转换部及CO净化部，在所述CO转换部，藉由转换反应，使含于改性气体中的CO转换至CO2。
在以往的氢生成装置中的CO转换部，为有效进行转换反应，温度一般设定在对转换反应最佳的180-400℃。为将CO转换部的温度设定所述范围，从在改性部生成的550-800℃的改性气体中回收热量，并将该热量用于CO转换部的加热。同时，例如，在作为改性部加热热源利用后的燃烧气体(所谓燃烧废气)和CO转换部之间进行热交换，藉此，冷却CO转换部(例如，参见日本专利公报特开2002-25593号，第4-7页及图1)；或者，在燃烧器等加热源所使用的燃烧用燃料气体、燃烧用空气和CO转换部之间进行热交换，藉此，冷却CO转换部(例如，参见日本专利公报特开2002-187705号，第5-10页及图1)。
可是，在具有所述结构的以往的氢生成装置中，为冷却CO转换部，由燃烧废气、燃烧用燃料气体或燃烧用空气从CO转换部回收的热量，并不是传热至原料或水蒸汽侧，因此，该回收热无法有效利用。从而，要使全部的热量实质性地还流至改性部是困难的。所以，不能得到充分高的热效率。
又，根据上述结构，使改性部的氢的发生量负荷变化，则伴随之使燃烧废气温度、燃烧用燃料气体及燃烧用空气的供给流量等发生变化。这样，燃烧废气、燃烧用燃料气体及燃烧用空气的状态发生变化、则由上述气体从CO转换部回收的热的回收量也发生变化。为此，要控制来自CO转换部的热的回收量是困难的。因此，无法将CO转换部的温度维持于一定。其结果，无法将CO转换部的温度维持于最佳的。为此，不能得到充分高的CO去除性能。而且，未完全去除在氢生成装置生成的CO的气体，如供给至燃料电池的电能产生系统中的燃料电池，则引起燃料电池的性能劣化。
发明内容
因此，鉴于上述以往的氢生成装置的课题，本发明的目的是：提供一种可提高热效率的同时，也提高CO除去性能的氢生成装置及具备该装置的燃料电池电能产生系统。
为达到上述目的，本发明的氢生成装置系这样一种氢生成装置，所述氢生成装置包括：改性部，所述改性部使用使供给自供水部的水在水蒸发部蒸发而得到的水蒸汽，对改性原料进行改性，生成以氢为主体的改性气体；将上述水蒸汽和上述改性原料供给至所述改性部的改性原料通道；藉由转换反应使所述改性气体中的一氧化碳转换至二氧化碳的一氧化碳转换部；将所述改性气体供给至上述一氧化碳转换部的改性气体通道；用于取出从上述一氧化碳转换部得到的转换后气体的转换后气体通道；及使用燃烧气体对上述改性部进行加热的燃烧部。其特征在于，在所述氢生成装置中，所述改性气体通道和所述水蒸发部的构成使其可进行热交换，藉由所述热交换，在上述改性气体通道内移动的改性气体中所含有的部分热量被用于上述水蒸发部的上述水蒸汽的生成，从而，所述改性气体被冷却，且所述一氧化碳转换部的辐射热通过所述改性气体通道，传递至所述水蒸发部，同时，所述传递的辐射热被利用于在所述水蒸发部的所述水蒸汽的生成。
根据上述结构，由于高温改性气体所含有热量的一部分被用于在水蒸发部的水蒸汽的生成，藉此可以回收改性气体含有热量的一部分，冷却改性气体。而且，将该冷却的改性气体供给至一氧化碳转换部，藉此，可以控制一氧化碳转换部的温度。根据上述在水和改性气体之间进行热回收的结构，则，既使是在气体之间，例如，比在燃烧用燃料气体、燃烧用空气或原料气体等和改性气体之间进行热交换的场合，热的回收量增大，由此可提高热效率。
又，根据上述结构，因为是使用直接供给自外部的水对一氧化碳转换部的温度进行控制的，因此，可以不为装置内其他部分的状态变化的影响所左右，进行温度的控制，因此，控制性能得以提高。特别是，既使改性部的氢生成量的负荷发生变化，也可以实现高性能的温度控制。从此，可将因耐热性能问题而使其使用范围较狭窄的Cu-Zn系等的贱金属用作一氧化碳转换部的催化剂。
又，由于辐射热也可被利用于在水蒸发部的上述水蒸汽的生成，因此，其热效率也相应地进一步提高。
本发明的氢生成装置还可以包括第1水蒸发部和第2水蒸发部，所述第1水蒸发部利用在上述燃烧部得到的所述燃烧气体及/或所述改性部的辐射热，使从第1供水部供给的水蒸发，生成第1水蒸汽；所述第2水蒸发部的构成可在与所述改性气体通道之间进行所述热交换、并利用由所述热交换回收的所述改性气体的含有热量，使由第2供水部供给的水蒸发，生成第2水蒸汽。所述改性原料通道也可包括：将所述第1水蒸汽与所述改性原料同时供给至所述改性部的第1水蒸汽通道，和将所述第2水蒸汽供给至所述改性部的第2水蒸汽通道。
上述第2水蒸汽通道也可在上述改性部的上游连接于所述第1水蒸汽通道，根据如此的结构，在例如，第2水蒸汽通道未蒸发完的水，通过第1水蒸汽通道，从第2水蒸汽通道供给至第1水蒸汽部，并在第1水蒸发部蒸发。由此，可以防止水滴直接供给至改性部，可稳定地进行改性反应。
上述第2水蒸汽部设置于所述一氧化碳转换部的上方，且较好的是，所述第2水蒸发部的水蒸发面大致水平。根据如此的结构，可以实现使从下方加热的水箱(pool)沸腾。可抑制由暴沸导致的压力变动。
上述第2水蒸汽通道和上述转换后气体通道的构成可使其进行热交换，上述第2水蒸汽也可回收上述转换后气体的含有热量的至少一部分。由此，可以回收在一氧化碳转换部生成的反应热，由此，可进一步提高热效率。
在上述氢生成装置的本体内部，由以一定间隔、同心状对向而置的数个轴向壁、和在上述轴向壁的所定端部与上述轴向壁交叉配置的数个径向壁所划分。由此，在上述本体内部，形成所述改性原料通道、所述改性气体通道、所述转换后气体通道、所述燃烧气体通道及所述第1蒸发部和第2蒸发部，并沿本体中心轴向形成所述改性部。同时，在所述改性部的轴向侧形成所述一氧化碳转换部。所述第1水蒸发部的配置成使其可与所述燃烧气体的通道进行热交换，及/或，其配置成可利用来自所述改性部的辐射热。所述改性原料通道的所述第1水蒸汽通道围绕所述改性部外周地配置，其一端连通于所述第1水蒸发部的同时，其另一端连通于作为所述改性部的上游面的轴向一个端面。所述改性气体通道围绕所述改性部外周地配置，其一端连通于作为所述改性部下游面的轴向的另一个端面的同时，其另一端沿作为所述一氧化碳转换部上游面的轴向一个端面配置，并连通该面。所述一氧化碳转换部在轴向与作为所述改性部的所述上面的所述一个端面对向而置。所述转换后气体通道，其一端连通于作为所述一氧化碳转换部的下游面的另一端面。同时，所述第2水蒸发部邻接配置于沿所述一氧化碳转换部的上游面配置的所述改性气体通道。所述第2水蒸汽通道，其一端连通于所述第2水蒸发部的同时，其另一端连通于作为所述改性部的所述上游面的另一端面。
本发明的氢生成装置还可以具有用于所述一氧化碳转换部的温度检测用的温度检测器。基于由所述温度检测器所检测的上述一氧化碳转换部的温度，对从上述第2供水部供给至第2水蒸发部的供水量进行调节。由此，可实现高性能的温度控制，可将一氧化碳转换部保持在最适宜于转换反应的温度。
从上述第1供水部供给至第1水蒸发部的供水量，也可大于从上述第2供水部供给至第2水蒸发部的供水量。如将来自上述第2供水部的供水量作成来自第1供水部的供水量的1/5以下，则既使改变来自第2供水部的供水量，供给至改性部的改性原料和水蒸汽的压力比也不发生变化。且，如此，可抑制对于改性原料的压力变动，藉此，可在改性部进行稳定的改性反应。
供水至上述第2水蒸发部的上述第2供水部具有：供水装置和将供给自上述供水装置的水导引至上述第2水蒸发部的供给管。上述供水管的出水口和上述第2水蒸发部的水蒸发面之间的距离可以是这样的距离：在形成于上述出水口的水滴滴下之前可与上述水蒸发面接触的距离。例如，上述出水口的孔径可以在0.5mm以上、5mm以下。由此，可实现所述的结构。藉此，因水连续供给自水蒸发面，所以，可以抑制对于改性原料的压力变动。
上述出水口的通道截面积可在0.7mm2以上、20mm2以下。上述供水装置供给的供水量也可在约0.1g/min以上、2g/min以下。由此，可在至少供水管的前端部形成连续的水流。从而，可将水连续地从出水口供给至水蒸发面。
上述供水管的结构也可以是向着出水口，其通道截面积减小。
构成上述出水口的上述供水管的管壁边缘部，也可以是不处于同一水平面上的结构。例如，包括上述出水口的所述供水管的前端部可以具有缺口的形状。由此，即使在供水管前端部和第2水蒸发部的水蒸发面靠近的场合，也能稳定地进行水的连续供给。
包括上述出水口的上述供水管的上述前端部可相对上述水蒸发面作垂直配置。另外，也可相对所述水蒸发面作平行配置。
具有一个所述水蒸发部的上述水蒸发部，也可作成这样的结构：所述结构除了上述改性气体的含有热量之外，也可回收来自上述燃烧部得到的上述燃烧气体的含有热量及/或来自所述改性部的辐射热。
在上述氢生成装置的本体内部，由以一定间隔、同心状对向而置的数个轴向壁、和与上述轴向壁交叉配置在上述轴向壁规定端部上的数个径向壁所划分。由此，在上述本体内部，形成所述改性原料通道、所述改性气体通道、所述转换后气体通道、所述燃烧气体通道及所述水蒸发部。在沿本体中心轴向形成所述改性部的同时，在所述改性部的轴向，围绕所述改性部的外侧形成所述一氧化碳转换部。所述改性原料通道在轴向围绕所述改性部外周配置，其一端连通于作为所述改性部的上游面的一个端面。所述改性气体通道，其一端连通于作为所述改性部的下游面的轴向的另一个端面，同时，其另一端沿作为配置于所述改性部的外侧的所述一氧化碳转换部的上游面的一个端面配置，并连通该面。所述转换后气体通道，其一端连通于作为所述一氧化碳转换部的下游面的另一端面。所述水蒸发部与所述燃料气体及所述改性气体通道邻接配置。
本发明的氢生成装置还可以具有所述一氧化碳转换部温度检测用的温度检测器。基于由所述温度检测器所检测的上述一氧化碳转换部的温度，对从上述供水部供给至所述水蒸发部的供水量进行调节。由此，可实现高性能的温度控制，可将一氧化碳转换部保持在最适宜于转换反应的温度。
本发明的燃料电池电能产生系统包括具有上述结构的氢生成装置和燃料电池，所述燃料电池使用以上述氢生成装置供给的氢为主体成分的燃料气体和氧化剂气体，并产生电能。
根据上述结构，可以实现这样一种燃料电池电能发生系统，所述燃料电池电能产生系统可以提高热效率，同时，可以进行耐久性高、且稳定的产生电能。
参照所附附图和就以下详述的实施形态所作详细说明，可以明白本发明的上述目的、其他目的特征及优点。
附图说明
图1为本发明实施形态1中的氢生成装置的截面结构图。
图2所示为图1的第2水蒸汽通道上的第2水蒸发部及第2供水部的结构的部分放大图。
图3所示为图1的第2水蒸汽通道上的第2水蒸发部及第2供水部的结构的其他例子的部分放大图。
图4所示为发明实施形态2中的氢生成装置的截面结构图。
图5所示为具有图1的氢生成装置、本发明实施形态1中的燃料电池电能产生系统的结构示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施形态。附图系就有关实施形态的氢生成装置及具有该氢生成装置的燃料电池电能产生系统的结构特征进行描述，而有关以往已知的结构，省略图示及说明。
(实施形态1)
图1为本发明实施形态1中的氢生成装置的结构示意截面图。又，图2、图3所示为图1的氢生成装置的第2水蒸发部结构的部分放大剖视图。又，图5所示为具有图1的氢生成装置的、本发明实施形态1中的燃料电池电能产生系统的结构示意图。
在本发明实施形态中，首先，就氢生成装置进行说明，其次，和具有该氢生成装置的燃料电池电能产生系统进行说明。
[氢生成装置]
如图1所示，氢生成装置主要由上端及下端封闭的圆筒状本体50，和安装有圆筒状辐射筒21的燃烧器20，及覆盖本体50外周的绝热材料53构成。以下，就氢生成装置的详细结构作一说明。
安装有辐射筒21的燃烧器20，与本体50作同心状收纳配置。在圆筒状本体50内部，具体地，在本体50的内壁和辐射筒21之间的空间，由呈同心圆筒状、其径向及轴向的长度各异的多个竖壁102和，适当配置于该竖壁102的所定端部的多个圆板或中空圆板状的横壁103所划分。具体地，在本体50内部，同心状竖立配置多个竖壁102，藉此，在竖壁102之间形成间隙51，为了利用该间隙51，形成所希望的气体通道。竖壁102的所定端部由横壁103作适当密闭。由此，在本体50内部形成改性部10、CO转换部15及下述的各个气体通道。
各气体通道成环状形成于本体50的径向I-I′截面，从外侧向着内侧顺序设置有：具有双重结构的燃烧气体通道4的下游侧通道4A、具有双重结构的改性原料通道1的上游侧通道1A及下游侧通道1B、改性气体通道2、改性部10、及上述燃烧气体通道4的上游侧通道4B。燃烧气体通道4的下游侧通道4A和上游侧通道4B介由横壁103形成的本体径向的通道，在底部连通。而且，上游侧通道4B的端部连通于安装有辐射筒21的燃烧器20的同时，下游侧通道4A的端部通过排出气体取出口8，与外部连通。又，改性原料通道1的上游侧通道1A和下游侧通道1B由沿着横壁103形成的本体径向的通道，在底部连通。该连通的底部区域成为第1水蒸发部9。如下所述，水通过上游侧通道1A，供给至第1水蒸发部9，发生第1水蒸汽，该第1水蒸汽移动通过下游侧通道1B。于是，由上游侧通道1A和下游侧通道1B形成的第1水蒸汽的通道称为第1水蒸汽通道1D。
改性部10具有圆筒形状，通过燃烧气体通道4的上游侧通道4B，作围绕辐射筒21侧部和上部状配置。在改性部10的本体轴向上方，由横壁103形成沿改性部10的上端面的改性原料通道1的下游侧通道1C。如此形成的本体径向的下游侧通道1C连通于上述改性原料通道1的下游侧通道1B。由此，改性原料通道1的下游侧端部连通于改性部10的上端面。改性原料通道1的下游侧通道1B再向着本体轴向上方延伸。如下所达，由此延伸部分形成第2水蒸汽通道30。因此，第2水蒸汽通道30和改性原料通道1连通。
又，在改性部10的轴向上方，配置与改性部10的上端面对向而置的CO转换部15。CO转换部15和改性部10通过改性气体通道2连通。该改性气体通道2，其上游侧端部连通于改性部10的下端面，围绕改性部10外周，作本体轴向的延伸，且，其下游侧区域沿CO转换部15的上端面形成于本体径向。又，CO转换部15的下端面和横壁103形成转换后气体通道3。上游侧端部连通于CO转换部15的转换后气体通道3的下游侧端部，通过转换后气体取出口7，连通于CO净化部40(图5)。
改性原料通道1的上游侧通道1A连接于原料供给部5及第1供水部6。这里，省略图示，但原料供给部5包括原料供给装置和原料供给管。第1水蒸发部6包括供水装置和供水管。又，第2水蒸汽通道30连接于第2供水部32。又，这里省略图示，但第2水供给部32包括水供给装置和水供给管。又，在安装于本体50上的燃烧器20上，形成有燃烧用空气供给口20a及燃烧用燃料气体供给口20b。这里省略图示，但空气供给口20a连接于空气供给部，燃烧用燃料气体供给口20b连接于燃烧气体供给部。
改性部10系在形成于竖壁102之间的间隙51中充填催化剂载粒而形成。上述催化剂载粒系在由粒状成形的金属氧化物组成的载体上载持作为改性催化剂的铂族金属而形成。改性部10形成于装置内比较改性原料通道1及改性气体通道2的内侧，其上端面连通于改性原料通道1的同时，其下端面连通于改性气体通道2。
CO转换部15具有这样的结构：在由形成于陶瓷制的蜂窝状基体材料上的膜状金属氧化物组成的载体上，分散、载持有作为转换催化剂的铂族金属。又，CO转换部15上设置有用于检测内部温度的温度传感器33。由温度传感器33检测的CO转换部15的温度信息传递至控制装置35。然后控制装置35，如下所述，基于上述信息控制第2供水部32，对从第2供水部32供给至第2水蒸汽通道30的水流量进行调节。
本体50及燃烧器20除了转换后气体取出口7、排出气体取出口8、供气口20a、及燃烧用燃料气体供给口20b，及原料供给部、第1供水部及第2供水部32的连接部分之外，其外周由绝热材料53被覆。
改性原料通道1的下游侧通道1B越过与下游侧通道1C的连接部(以下，由于在该连接部发生混合原料气体的移动方向的变化(偏向)，故称该连接部为偏向部)，再由CO转换部15延伸至本体轴向的上方。且，该延伸端部区域的设置使其经由沿CO转换部15的上端面形成的改性气体通道2和横壁103邻接设置。这里，如此形成的改性原料通道1的下游侧通道1B中，将从上述偏向部位于CO转换部15一侧(即，上侧)的部分特别称为第2水蒸汽通道30。
在第2水蒸汽通道30内部，通过改性气体通道2和横壁103邻接的部分上，形成第2水蒸发部31。第2水蒸发部31的结构使从第2供水部32供给的水可储存。例如，由底面和配置于其底面外周的侧面所形成、具有一定深度的容器，构成设置于第2水蒸汽通道30内的第2水蒸发部31。在图2的说明中，如下所述，在第2水蒸发部31，容器的底面34成为水的蒸发面，水从第2供水部32的供水管32a的出水口32c，向着该底面34流出。
图2所示为第2水蒸发部及第2供水部的结构的部分放大图。如图2所示，供水部32的供水管32a的前端部32b，相对第2水蒸发部31的底面34作垂直设置。底面34和前端部32b的出水口32c之间的距离h，小于向着出水口32c形成的底面34滴下的水滴的直径。由此，供给至第2水蒸发部31的水在供给至离开前端部32b的下方配置的第2水蒸发部31时，不是形成水滴向着第2水蒸发部31的底面34滴下，而是藉由与底面34之间的表面张力，滑畅地供给至底面34。因此，可以不是间隙性的将水以水滴形式供给至作为蒸发面的底面34，而是可以连续地供给定量的水。
这里，水是间歇地供给至第2水蒸发部31的底面34的情况下，此时，第2水蒸发部31的水的蒸发量发生周期性的变动，由此，可能导致装置内压力的变动。这样，伴随所述压力变动，供给至改性部10的水蒸汽和改性原料气体的比率发生变动，其结果，在改性部10生成的改性气体中的氢含量和，此时产生的副产物CO的量发生变动。
对此，如上所述地设定第2水蒸发部31的底面34和供水部32的供水管32a的出水口32c之间的距离h，则如前所述，水因表面张力而连续地以一定量供给至底面34，可以使第2水蒸发部31上的水的蒸发量稳定。由此，可以防止上述的压力的变动。其结果，可以使在改性部10生成的改性气体中的氢含量及CO含量稳定。另外，藉由如上所述的连续供给水，底面34不会受水滴被重力加速下落至底面34而被供给那样的水滴下落的冲击。为此，即使长时间开动，也可防止在第2水蒸发部31的底面34上的局部损伤及变形。由此，可以在改性部稳定地进行改性反应。
由实验可以确认，从出水口32c滴下的水滴的直径为1-5mm。出水口32c和第2水蒸发部31的底面34的距离h小于该值。由此，可连续供给水。这样的结构，例如由将供水部32的供水管32a的通道面积(特别是出水口32c的截面)截面设定在小于水滴直径而实现。这里，出水口直径32c的孔径设定0.5-5mm。上述通道面积的设定可以针对整个供水管32a的长度而作，或也可以将供水管32a的前端部32b作成直径小于其以外的部分，即，仅仅针对端部32b而进行。
又，例如，第2供水部32供给至第2水蒸发部31的水流量约为0.1-2g/min。但要将如此少量的水用泵等的供给制装置(图中未示)进行连续供给是非常困难的。为此，此时，按一定的周期，使第2供水部32的供给装置间歇工作，将水导入供水管32a。此时，将间歇地从供给装置导入至供水管32a的水，按导入周期间歇地供给至第2水蒸发部31，则在第2水蒸发部31发生水蒸汽发生量的周期性的、脉动性的变化。而且，伴随之发生装置内的压力的变动。如前已述，此时有可能导致在改性部10生成的氢及CO含量的变动。
因此，为了使在第2水蒸发部31上的水蒸汽供给量的脉动变化得到抑制，有必要使从第2供水部32的供给装置间歇地导入供水管32a的水，在供水管32a内形成连续的水流，连续地供给至第2水蒸发部31。为实现上述结构，此时，第2供水部32的供水管32a的内径作成1-5mm，将供水管32a的通道截面面积作成0.7-20mm2。上述内径及通道截面面积的设定也可以针对整个供水管32a的长度而作，或也可以将供水管32a的前端部32b作成直径小于其以外的部分，即，仅仅针对端部32b而进行。藉由上述的设定，间歇地导入供水管32a的水缓缓流过管道内，在例如，至少前端部32b处，形成不间歇的连续的水流。
又，如供水管32a的内径不到1mm，则由于水中所含的杂质，容易在管道内发生阻塞。又，如第2供水部32及其周边被加热，则由于热应力供水管32a内可能发生翘曲，同时，因变形而发生阻塞。另外，管道内发生杂质等的热膨胀时，也容易发生阻塞。因此，此时由于需停止对第2水蒸发部31的供水，或者，必须增大水的供给压，使供给装置的负担增大。另一方面，如将供水管32a的内径作成大于5mm，则约0.1-2g/min的流量供给的水无法流经整个长度管道内，而是在流经一部分管道内后下落，使水的流动形成间歇。
再有，第2供水部32的供水管32a的前端部32b相对第2水蒸发部31的底面34作垂直配置，由此结构，藉由装置的变形而使前端部32b的出水口32c和底面34之间的距离h过于减短，则有可能使从出水口32c流向底面34的水流动恶化。因此，如图3(a)、(b)所示，较好的是，在供水管32a的前端部32b设有缺口部36。在图3(a)、(b)中，供水管32a的前端部32b的部分管壁系在三角形及抛射物形状上切开，形成切口36。如此，藉由在前端部32b上设置缺口部36，可在万一前端部32b和第2水蒸发部31的底面34接触时的情况下，也能确保水从前端部32b形成的切口36流出，确保水的通道。又，在前端部32b上形成的缺口部36的形状，并不限于如图3(a)、(b)所示的的形状。也可以除了切去前端部32b的管壁的一部分以外，如图3(c)、(d)所示，在圆周向切去前端部32b的管壁上的一定区域，由此，构成在整体上使前端部32b尖凸形状。
下面，就上述氢生成装置的工作作一说明。
燃料气体通过燃烧用燃料气体供给口20b供给至燃烧器20，同时，空气通过燃烧用空气供给口20a供给至燃烧器20。这里，在图5中，如下所述，作为燃烧用燃料气体，使用在燃料电池电能产生系统的燃料电池151中未被利用的剩余燃料(即，所谓燃料废气)。而且，使用供给的燃料废气和空气，进行扩散燃烧。这里，因燃烧器20被辐射筒21所包围，因此，在辐射筒21内进行燃烧，藉此，生成高温的燃烧气体。燃烧气体的热量经由辐射筒21，辐射传递至本体50的径向外侧，由所述辐射热使改性部10的改性催化剂被加热。同时，燃烧气体经由辐射筒21内，向轴向上方移动，直接加热改性催化剂。由此，使改性部10被维持在550-800℃的温度。上升的燃烧气体沿燃烧气体通道4的上游侧通道4B内，沿竖壁102向轴向下方移动，再经由下游侧通道4A内，向轴向上方移动，最终从排出气体取出口8被排出于外部(图中的箭头i)。这里，如下所述，在燃烧气体在燃烧气体通道4内移动的过程中，进行着燃烧气体含有的热量和移动于改性原料1内的水之间的热交换，燃烧气体热在第1水蒸发部9被作为蒸发潜能利用。
从原料供给部5供给的、至少含有由碳及氢构成的化合物的原料气体(例如，城市煤气、LP气体等的烃类气体、甲醇等醇类)和，从第1供水部6供给的水作为改性原料，通过改性原料通道1被输送至改性部10。这里，首先，从各供给部5、6供给的原料气体和水，保持不同的物质状态(即，气体和液体)，沿竖壁102，向轴向下方移动，通过改性原料通道1的上游侧通道1A内(图中箭头a)。而且，在上游侧通道1A的底部，即，第1水蒸发部9，水利用所述燃烧气体的含有热及辐射热及下述改性部10的热量，蒸发，成为水蒸汽。在该第1水蒸发部9发生的水蒸汽称为第1水蒸汽。第1水蒸汽与原料气体混合，混合后的原料气体沿竖壁102，在下游侧通道1B内移向轴向上方(图中箭头b)。然后，所述混合原料气体进入沿改性部10上端面形成的改性原料通道1的下游侧通道1C，沿横壁103(该横壁特别以103a符号表示)，在通道1C内向着内侧移动，之后供给至改性部10(图中箭头c)。
原料气体及第1水蒸汽从改性部10的上端面导入至其内部，沿竖壁102，在改性催化剂中移向轴向下方(图中箭头d)。在此移动期间，第1水蒸汽及原料气体被加热、温度上升，进行改性反应，生成改性气体。改性气体以氢为主体，也含有副产物CO。另外，生成的改性气体被从改性部10的下端面放出至改性气体通道2，沿竖壁102，在改性气体通道2内移向轴向上方(图中箭头e)。并沿横壁103，在改性气体通道2内移动，到达CO转换部15(图中箭头f)。
供给至CO转换部15的改性气体，在改性催化剂中移向轴向下方。在此过程中，进行改性气体中所含的CO转换为CO2的反应，即，转换反应，生成转换后气体。该转换反应为发热反应。转换后气体从CO转换部15的下游面垂直向下地向着转换后气体通道3喷出(图中箭头g)，其后，沿横壁103(103a)，在该通道内移动，沿竖壁102在该通道内移向轴向上方。之后，从转换后气体取出口7取出(图中箭头h)。从转换后气体取出口7取出的转换后气体如图5以下所述，被输送至CO净化部40。
这里，如上所述，改性气体在改性气体通道2内移动时，水从第2供水部32供给至第2水蒸汽通道30。具体地，如图2所示，水从第2供水部32的供给装置(图中未示)，导入至供水管32a。通过供水管32a，如前所述地，水被连续地供给至第2水蒸汽通道30内的第2水蒸发部31。这里，从第2供水部32供给至第2水蒸汽通道30的供水量为从第1供水部6供给至改性原料通道1的供水量的1/5以下。如此供给至第2水蒸发部31的水在第2水蒸发部31暂且储存。
第2水蒸发部31经由横壁103与改性气体通道2相接，因此，流经改性气体通道2的改性气体含有热的一部分通过横壁103，传递至第2水蒸发部31，被用作第2水蒸发部31的蒸发潜热。如此含有热的一部分作为蒸发潜热被回收，藉此，使得处于与改性部10相同高温的改性气体被冷却。又，来自CO转换部15上游面的辐射热也经由改性气体通道2，被传递至第2水蒸发部31，用作蒸发潜热。其结果，由转换反应，在CO转换部15内产生发热时，CO转换部15的温度也可维持于最适合于转换反应的180-400℃。因此，在CO转换部15，可以稳定、有效地进行转换反应，去除CO。
这里，CO转换部15的温度用温度传感器33进行检测，基于所示温度信息，控制装置35对从第2供水部32供给的供水量进行控制。即，当CO转换部15的温度低于最适合于转换反应的温度时，控制装置35对第2供水部32进行控制，减少从第2供水部32的供水量。例如，在第2供水部32具有供给泵及供给通道的开闭阀的场合，控制装置35减少泵的输出，或关闭开闭阀，由此，减少水的供给量。因此，减少对第2水蒸发部31供给的量。藉此，减少作为在第2水蒸发部31的蒸发潜热回收的改性气体的热量。因此，含有热量大的改性气体供给至CO转换部15，由此，可使CO转换部15的温度提高。
另一方面，当CO转换部15的温度高于最适合于转换反应的温度时，控制装置35对第2供水部32进行控制，增加来自第2供水部32的供水量。例如，控制装置35增大泵的输出，或进一步打开开闭阀，由此，增加水的供给量。因此，增加对第2水蒸发部31供给的水的量。藉此，增加作为在第2水蒸发部31的蒸发潜热回收的改性气体的热量。因此，含有热量少的改性气体供给至CO转换部15，由此，可使CO转换部15的温度上升得到抑制。
由于在所述第2水蒸发部31的水的蒸发为由下方加热的水箱(pool)沸腾，因此，可以防止暴沸，因此，可以防止装置内的压力变动地发生。为此，如前所述，特别是在改性部10，可稳定地生成改性气体。又，可以防止溶解于水等中的金属离子因暴沸而分散，进入改性部10及CO转换部15等中。例如，伴随沸腾，所述金属离子进入改性部10及CO转换部15等，则会使金属离子吸附于这些部分的催化剂上，使催化剂活性失活，所以，导致装置耐久性的劣化。比较之下，根据本实施形态，由于可防止暴沸，可以防止溶解于水等中的金属离子分散，提高耐久性。
又，如前所述，来自第2供水部32的供给的水的供水量为供给自第1供水部6的供水量的1/5的少量，因此生成于第2水蒸发部31的第2水蒸汽的压力，比较生成于第1水蒸发部9的第1水蒸汽的压力小。因此，第2水蒸汽几乎不影响供给至改性部10的原料气体和水蒸汽的压力比。因此，为控制CO转换部15的温度，调节对于第2水蒸发部31的供水量，使第2水蒸汽的发生量变化，也能在改性部10稳定地进行转换反应。
又，如前所述，在第2水蒸发部31生成的第2水蒸汽，沿横壁103在第2水蒸汽通道30内移动之后，沿竖壁102流向轴向下方。并进入改性原料通道1的下游侧通道1C，与移动于所述下游侧通道1B内的混合原料气体一起，沿横壁103(103a)移动，供给至改性部10。如此，第2水蒸汽在第2水蒸汽通道30内的流动过程中，第2水蒸汽通道30通过横壁103a及竖壁102，与转换后气体通道3邻接，由此，使得热量从转换后气体传递至第2水蒸汽，进行热回收。又，在改性气体通道1的下游侧通道1C，该下游侧通道1C夹持转换后气体通道3，与CO转换部15的下游面对向而置地形成。因此，热量也通过来自CO转换部15的热辐射，传递至水蒸汽，进行热回收。
又，从第2供水部32供给的水在第2水蒸发部31未能完全蒸发的场合，水在第2水蒸汽通道30内移动，再移动经过改性原料通道1的下游侧通道1B内，到达该通道底部，即第1水蒸发部9。如此，达到第1水蒸发部9的水，如同从所述第1供水部6供给的水，在第1水蒸发部9蒸发。所得到的水蒸汽，通过下游侧通道1B、1C供给至改性部10。如此，水在第2水蒸发部31未能完全蒸发的场合，水不是直接供给至改性部10，因此，不会因此降低改性部10的改性气体的生成效率。另外，此时，由在第2水蒸发部31未完全蒸发而通过的水，可以从改性气体回收热。
[燃料电池电能产生系统]
如图5所示，本实施形态1的燃料电池电能产生系统包括图1的氢生成装置150和燃料电池151。在氢生成装置中，由转换反应所得到的转换后气体的CO浓度可与改性温度对应地，降低至改性气体中的CO浓度的1/5-1/50。然而，在燃料电池151中用作燃料气体时，有必要将CO浓度降低至10ppm以下。由此，如图5所示，在用于该燃料电池电能产生系统中的氢生成装置151中，转换后气体再供给至设于CO转换部15下游的CO净化部40，进行处理。且，在该燃料电池电能产生系统中，在氢生成装置150所得到的以氢为主体的气体作为燃料气体，供给至燃料电池151的燃料极。在燃料电池151上，利用供给至燃料极的所述燃料气体和供给至氧极的氧气体的反应，以产生电能。且，未被利用于所述反应的燃料气体被作为废气供给至氢生成装置150的燃烧器20，在这里被燃烧。
如上所说明地，根据本实施形态，由于在氢生成装置上利用供给至第2水蒸发部31的水对供给至CO转换部15的改性气体热进行回收，因此，可以比较气体相互之间的热交换，大大提高液体水和气体的改性气体之间的热交换率，所述气体相互之间的热交换包括燃料废气、燃烧用空气或燃烧气体和改性气体之间的热交换，及改性反应的原料气体或水蒸汽和改性气体之间的热交换。
又，由于CO转换部15的温度调节可藉由对独立于装置其他部分的影响的要素，即，对来自第2供水部32的供水量的控制进行，因此，不会如同以往那样，伴随装置其他部分的状态的变化，而使CO转换部15的温度受到影响。特别是，既使在改性部10的氢发生量的负荷发生变化，比较以往那样、使用伴随氢发生量的负荷的变化，而使状态发生变化的要素(具体地，为燃料废气及燃烧用空气、燃烧气体等)，对CO转换部15的温度进行控制的场合，可以实现良好的控制性能。
根据具有如上所述、可提高热回收的效率、同时也可提高CO转换部15的放热温度控制性能的氢生成装置的燃料电池电能产生系统，可以提高整个系统的热效率，实现高的能量效率，同时，实现高的耐久性。
又，根据上述，改性部10具有如前所述地、在成形粒状的金属氧化物载体上载持有铂族金属的结构，但改性部10也可采用除此之外的结构。例如，根据改性部10的形状，也可采用以形成于陶瓷或金属等的蜂窝状基体材料上的膜状金属氧化物为载体，在该载体上分散有铂族金属的结构。
又，根据上述，CO转换部15具有以形成于陶瓷等的蜂窝状基体材料上的膜状金属氧化物为载体、在该载体上分散有铂族金属的结构，但CO转换部15也可采用除此之外的结构。例如，CO转换部15基体材料可以是由不锈钢等的金属薄板构成的结构体，又，根据CO转换部15的形状，也可充填有在成形粒状的金属氧化物载体上载持有铂族金属的铂族金属载体。再者，作为CO转换部15的转换催化剂，除了铂族金属之外，也可使用Cu-Zn系等的贱金属。
这里，在如上所述将铂族金属使用作CO转换部15的转换催化剂的场合，由于比较使用贱金属作为催化剂的场合，催化剂具有高的耐热性，所以，可以跟提高CO转换部15的温度。根据具有如此高的耐热性的CO转换部15，可轻松控制来自第2供水部32的水的供给量，供水量的变动幅度也有很大的余地。另一方面，在使用贱金属作为转换催化剂的场合，由于这些金属的耐热性比铂族金属低，因此，可使用的温度范围变小，但因为在本实施形态中可在CO转换部15实现良好的温度控制，所以，在本实施形态具有有效的效果。
根据上述，在第2水蒸发部31生成的第2水蒸汽与在第1水蒸发部9生成的第1水蒸汽混合，经由共同的改性原料通道1C供给至改性部10。但作为本实施形态的变化例，也可以是这样的结构：使在第1水蒸发部9生成的第1水蒸汽与在第2水蒸发部31生成的第2水蒸汽通过各自通道，分别供给至改性部10。
又，根据上述，是针对供水管32a的前端部32b相对第2水蒸发部31的水蒸发面34垂直配置的场合而说明的，但供水管32a的配置并不限于这些，例如，作为本实施形态的变化例子，也可以是前端部32a与水蒸发面34平行配置的结构。
(实施形态2)
[氢生成装置]
图4为本发明实施形态2中的氢生成装置的结构示意截面图。本实施形态的氢生成装置在以下几点与实施形态1不同。
即，在实施形态1中，在装置的本体轴向，CO转换部15设置于改性部10的上方。如图4所示，在本发明实施形态中，在装置的本体径向配置圆筒状CO转换部15′，使其包围改性部10的外周。且，邻接向着CO转换部15′配置的改性气体通道2和改性原料通道1的下游侧通道1B及水蒸发部9。另外，在实施形态1中，在配置第1及第2水蒸发部9、31的同时配置第1及第2供水部6、32。但在本实施形态中，水蒸发部9及供水部6仅各设置一个。
具体地，根据本实施形态，在上端及下端封闭的圆筒状本体50的内部，如同实施形态1，由竖壁102及横壁103区划，由此，在装置中心形成包围安装有辐射筒21的燃烧器20的圆筒状的改性部10。且，形成装置径向II-II′截面上的环形形状的圆筒状的各个气体通道，及CO转换部15′，以包围改性部10。这里，从装置的径向外侧向着内侧，顺序形成有具有双重结构的燃烧气体通道4的下游侧通道4A、具有三层结构的改性原料通道1的上游侧通道1A、1B、具有双重结构的改性气体通道2的下游侧通道2A、CO转换部15′、转换后气体通道3、所述改性原料通道1的下游侧通道1C、所述改性气体通道2的上游侧通道2B、改性部10、及燃烧气体通道4的上游侧通道4B。又，在具有多层结构的通道中，作本体中心区划的通道由横壁103形成于底部的本体径向通道所连通。
在上述各气体通道中，在燃烧气体通道4，上游侧通道4B的端部连通于安装有辐射筒21的燃烧器20的同时，下游侧通道4A的端部通过排气取出口8，连通于外部。又，改性原料通道1的上游侧通道1A的端部分别连通于原料供给部5及供水部6。下游侧通道1C的端部连通于改性部10的下端面。且，在连通上游侧通道1A和上游侧通道1B的底部，形成水蒸发部9。又，改性气体通道2的上游侧通道2B的端部在连通于改性部10的上端面的同时，改性气体通道2的下游侧通道2A的端部连通于CO转换部15′的上游面。又，转换后气体通道3，其上游侧端部在连通于CO转换部15′的下游面的同时，其下游侧端部通过转换后气体取出口7，连通至CO净化部40(图5)。
根据本实施形态，CO转换部15′并不是如同实施形态1的CO转换部15那样，在由形成于蜂窝状基体材料上的膜状金属氧化物载体上载持铂族金属结构的，而是由粒状成形的金属氧化物组成的载体上载持铂族金属的载粒配置于位于改性气体通道2和转换后气体通道3之间的圆筒状区域而形成。又，CO转换部15′上设置有温度传感器33。基于由温度传感器33检测的信息，控制装置35进行对CO转换部15′的温度调节。
在本实施形态中，原料气体及水从原料供给部5及供水部6供给至改性原料通道1的上游侧通道1A。这些原料及水沿竖壁102流向轴向下方(图中箭头A)。且，在通道底部的水蒸发部9，来自改性部10的辐射热及来自燃烧气体通道4A内的燃烧气体的热量传递至这个水。另外，如下所述，传递有通过竖壁102邻接的改性气体通道2内的改性气体的含热，及来自CO转换部15′的上游面的辐射热。由此，这些热被用作蒸发潜热，水在水蒸发部9蒸发。如此生成的水蒸汽与原料气体混合，成为混合原料，在上游侧通道1B内，沿竖壁102流向轴向上方(图中箭头B)。其后，所述混合原料进入下游侧通道1C，沿竖壁102，再流向通道1C内的轴向下方。之后，混合原料气体从改性部10下方供给至改性部10的内部(图中箭头C)。所述混合原料气体在改性部10内，在沿竖壁102流向轴向上方的过程中，进行改性反应，生成以氢为主体的改性气体。
生成的改性气体沿竖壁102，在改性气体通道2的上游侧通道2B内流向轴向下方之后，再沿竖壁102，在下游侧通道2A内流向轴向上方(图中箭头D及E)，到达CO转换部15′的上游面。供给至CO转换部15′的改性气体向着本体内侧，向着筒体状CO转换部15′的的径向，即与氢生成装置的中心轴(图中未示)垂直的方向流动(图中箭头F)。在此过程中，因转换反应而生成转换后气体。转换反应为发热反应，所以，CO转换部15′由所供给的改性气体的含有热和转换反应时的放出热所得到的热而被加热。
这里，改性气体到达CO转换部15′的过程中，如前所述，改性气体含有热的一部分通过改性气体通道2和经竖壁102邻接的水蒸发部9的水的蒸发潜热被利用。由此，从改性气体回收热，该气体被冷却。又，来自CO转换部15′的上游面的辐射热，也通过改性气体通道2和竖壁102传递至水蒸发部9，在水蒸发部9，作为水的蒸发潜热被利用回收。又，在本实施形态中，将如上所述改性气体的含有热的一部分和CO转换部15′的上游面的辐射热利用于水蒸发部9的水的蒸发，回收，藉此，可如同实施形态1，可调节CO转换部15′的温度，将其保持在最佳温度。
这里，如同实施形态1，CO转换部15′的温度用温度传感器33进行检测，基于所示温度信息，控制装置35对来自供水部6的供水量进行调节。由此，将在水蒸发部9回收的改性气体的含有热和CO转换部15′的上游面的辐射热的热量(即，热回收量)进行调节，结果，可对CO转换部15′的温度进行控制。
即，当CO转换部15′的温度低于最适合于转换反应的温度时，控制装置35对供水部6进行控制，减少从供水部6的供水量。例如，在供水部6具有供给泵及供给通道的开闭阀的场合，控制装置35减少泵的输出，或关闭开闭阀，由此，减少水的供给量。藉此，减少供给至水蒸发部9的供水量，并由此减少在水蒸发部9回收的改性气体的热量。由此，含热量大的改性气体供给至CO转换部15′，由此，可使CO转换部15′的温度提高。
另一方面，当CO转换部15′的温度高于最适合于改性反应的温度时，控制装置35对供水部6进行控制，增加从供水部6的供水量。例如，控制装置35增大泵的输出，或进一步打开开闭阀，由此，增加水的供给量。藉此，增加供给至水蒸发部9的水的量。因此，增加含有的热量少的改性气体供给至CO转换部15′，由此，可使CO转换部15′的温度上升得到抑制。
这里，为对CO转换部15′的温度进行控制调节的供水量，相对为进行改性反应而供给至改性部10的整个供水量来说，是少量的。因此，既使调节供水量，几乎不对供给至改性部10的水蒸汽和原料气体的比率产生影响。由此，可以抑制装置内的压力的变动。
从CO转换部15′得到的转换后气体，从CO转换部15′下游面，形成对改性原料通道1的下游侧通道1C的共同竖壁102作垂直冲击的流动，进入转换后气体通道3。此时，由于传导热从转换后气体传递至流过通道1C的混合原料气体的同时，藉由来自CO转换部15′的下游面的辐射，热也传递至流过通道1C的混合原料气体，进行热回收。其后，转换后气体沿竖壁102，在转换后气体通道3内，流向轴向上方，从转换后气体取出口7取出(图中箭头G)。
在上述结构的本实施形态中，可以得到如同实施形态1的效果。
又，在上述实施形态中，改性部10如同实施形态1，具有在由粒状成形的金属氧化物组成的载体上载持铂族金属的结构。但根据改性部10的形状，也可具有这样的结构：在由形成于陶瓷或金属制的蜂窝状基体材料上的膜状金属氧化物组成的载体上，分散、载持有铂族金属。
又，在上述实施形态中，CO转换部15′具有在由粒状成形的金属氧化物组成的载体上载持铂族金属的结构。但根据CO转换部15′的形状，也可具有这样的结构：在由形成于陶瓷或金属制的蜂窝状基体材料上的膜状金属氧化物组成的载体上，分散、载持有铂族金属。再者，作为转换催化剂，除了铂族金属之外，也可使用Cu-Zn系等的贱金属。关于使用铂族金属作为催化剂时及使用贱金属作为催化剂时的效果，如同实施形态1所述。
另外，如同本实施形态，是作成沿改性部10的外周配置CO转换部15′的结构，还是如同实施形态1，沿改性部10的轴向配置CO转换部15的结构，可作任意选择。但由于改性气体通道和水蒸发部的接触面积越大，热回收效率越好，因此，较好的是，适当选择该接触面积更大的结构。藉此，可有效发挥本发明的效果。
[燃料电池电能产生系统]
本实施形态的燃料电池电能产生系统系在实施形态1的燃料电池电能产生系统(图5)中，具有本实施形态的氢生成装置，以取代实施形态1的氢生成装置150。由此，可形成具有本实施形态的氢生成装置的效果的燃料电池电能产生系统。
在上述实施形态1、2中，是就水蒸汽通道中设有水蒸汽部的场合作了说明。但也可以是这样的结构：独立设置水蒸发部，同时将水蒸汽通道连接于该水蒸发部。
在上述实施形态1、2中，作为供给至燃烧器20的燃烧用燃料气体，是使用燃料电池151中的燃料废气。例如，该燃烧用燃料气体可以使用城市煤气、甲醇、LP气体、灯油等其他烃类燃料或氢等。
再有，在上述实施形态1、2中，是就圆筒型氢生成装置进行说明，但本发明也可使用除此之外形状的氢生成装置。
本发明的氢生成装置，可用于各种用途中所使用的氢的制造。特别是可有效地用于可使用于燃料电池的燃料气体的氢的制造。另外，具有该氢生成装置的燃料电池电能产生系统可用于各种用途的发电装置。例如，可有效地用作家庭用燃料电池热电联产系统。
根据上述说明，本领域技术人员可以明白本发明的许多改良及其他实施形态。因此，上述说明仅应理解为对举例的解释，其目的在于启示本领域技术人员实施本发明的最佳实施形态。在不脱离本发明的精神的范围内，可对本发明的结构及/具体的功能作出实质性的变更。

Claims (21)

1.一种氢生成装置，所述氢生成装置包括：改性部，所述改性部使用使供给自供水部的水在水蒸发部蒸发而得到的水蒸汽，对改性原料进行改性，生成以氢为主体的改性气体；将上述水蒸汽和上述改性原料供给至所述改性部的改性原料通道；藉由转换反应使所述改性气体中的一氧化碳转换至二氧化碳的一氧化碳转换部；将所述改性气体供给至上述一氧化碳转换部的改性气体通道；用于取出从上述一氧化碳转换部得到的转换后气体的转换后气体通道；及使用燃烧气体对上述改性部进行加热的燃烧部，其特征在于，
在所述氢生成装置中，所述改性气体通道和所述水蒸发部的构成使其可进行热交换，藉由所述热交换，在上述改性气体通道内移动的改性气体中所含有的部分热量被用于上述水蒸发部的上述水蒸汽的生成，从而，所述改性气体被冷却，且所述一氧化碳转换部的辐射热通过所述改性气体通道，传递至所述水蒸发部，同时，所述传递的辐射热被利用于在所述水蒸发部的所述水蒸汽的生成。
2.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述氢生成装置包括：
第1水蒸发部和第2水蒸发部，所述第1水蒸发部利用在上述燃烧部得到的所述燃烧气体及/或所述改性部的辐射热，使从第1供水部供给的水蒸发，生成第1水蒸汽；
所述第2水蒸发部的构成可在与所述改性气体通道之间进行所述热交换、并利用由所述热交换回收的所述改性气体的含有热量，使由第2供水部供给的水蒸发，生成第2水蒸汽，
所述改性原料通道包括：将所述第1水蒸汽与所述改性原料同时供给至所述改性部的第1水蒸汽通道，和
将所述第2水蒸汽供给至所述改性部的第2水蒸汽通道。
3.如权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，上述第2水蒸汽通道在上述改性部的上游连接于所述第1水蒸汽通道。
4.如权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，上述第2水蒸发部设置于所述一氧化碳转换部的上方，且，所述第2水蒸发部的水蒸发面大致水平。
5.如权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，上述第2水蒸汽通道和上述转换后气体通道的构成可使其进行热交换，上述第2水蒸汽也可回收上述转换后气体的含有热量的至少一部分。
6.如权利要求3所述的氢生成装置，其特征在于，
在上述氢生成装置的本体内部，由以一定间隔、同心状对向而置的数个轴向壁、和在上述轴向壁的所定端部与上述轴向壁交叉配置的数个径向壁所划分，由此，在上述本体内部，形成所述改性原料通道、所述改性气体通道、所述转换后气体通道、所述燃烧气体通道及所述第1蒸发部和第2蒸发部，并沿本体中心轴向形成所述改性部，同时，在所述改性部的轴向侧形成所述一氧化碳转换部，
所述第1水蒸发部配置成使其可与所述燃烧气体的通道进行热交换，及/或，其配置成可利用来自所述改性部的辐射热，
所述改性原料通道的所述第1水蒸汽通道围绕所述改性部外周地配置，其一端连通于所述第1水蒸发部的同时，其另一端连通于作为所述改性部的上游面的轴向一个端面，
所述改性气体通道围绕所述改性部外周地配置，其一端连通于作为所述改性部下游面的轴向的另一个端面的同时，其另一端沿作为所述一氧化碳转换部上游面的轴向一个端面配置，并连通该面，所述一氧化碳转换部在轴向与作为所述改性部的所述上面的所述一个端面对向而置，
所述转换后气体通道，其一端连通于作为所述一氧化碳转换部的下游面的另一端面，
所述第2水蒸发部邻接配置于沿所述一氧化碳转换部的上游面配置的所述改性气体通道，
所述第2水蒸汽通道，其一端连通于所述第2水蒸发部的同时，其另一端连通于作为所述改性部的所述上游面的所述一端面。
7.如权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，所述氢生成装置还具有用于所述一氧化碳转换部的温度检测用的温度检测器，基于由所述温度检测器所检测的上述一氧化碳转换部的温度，对从上述第2供水部供给至第2水蒸发部的供水量进行调节。
8.如权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于，从上述第1供水部供给至第1水蒸发部的供水量，大于从上述第2供水部供给至第2水蒸发部的供水量。
9.如权利要求2所述的氢生成装置，.其特征在于，供水至上述第2水蒸发部的上述第2供水部具有：供水装置和将供给自上述供水装置的水导引至上述第2水蒸发部的供给管，
上述供水管的出水口和上述第2水蒸发部的水蒸发面之间的距离为：在形成于上述出水口的水滴滴下之前与上述水蒸发面接触的距离。
10.如权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，所述出水口的孔径在0.5mm以上、5mm以下。
11.如权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，上述出水口的通道截面积在0.7mm2以上、20mm2以下。
12.如权利要求11所述的氢生成装置，其特征在于，上述供水装置供给的供水量在0.1g/min以上、2g/min以下。
13.如权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，上述供水管的结构是向着出水口，其通道截面积减小。
14.如权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，构成上述出水口的上述供水管的管壁边缘部，不处于同一水平面上。
15.如权利要求14所述的氢生成装置，其特征在于，包括上述出水口的上述供水管的上述前端部具有缺口形状。
16.如权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，包括上述出水口的上述供水管的上述前端部相对上述水蒸发面作垂直配置。
17.如权利要求9所述的氢生成装置，其特征在于，包括上述出水口的上述供水管的上述前端部相对上述水蒸发面作平行配置。
18.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，所述氢生成装置具有一个水蒸发部，所述水蒸发部被构成为除了上述改性气体的含有热量之外，也可回收来自上述燃烧部得到的上述燃烧气体的含有热量及/或来自所述改性部的辐射热。
19.如权利要求18所述的氢生成装置，其特征在于，在上述氢生成装置的本体内部，由以一定间隔、同心状对向而置的数个轴向壁、和与上述轴向壁交叉配置在上述轴向壁规定端部上的数个径向壁所划分，由此，在上述本体内部，形成所述改性原料通道、所述改性气体通道、所述转换后气体通道、所述燃烧气体通道及所述水蒸发部；在沿本体中心轴向形成所述改性部的同时，在所述改性部的轴向，围绕所述改性部的外侧形成所述一氧化碳转换部；
所述改性原料通道在轴向围绕所述改性部外周配置，其一端连通于作为所述改性部的上游面的一个端面，
所述改性气体通道，其一端连通于作为所述改性部的下游面的轴向的另一个端面，同时，其另一端沿作为配置于所述改性部的外侧的所述一氧化碳转换部的上游面的一个端面配置，并连通该面，
所述转换后气体通道，其一端连通于作为所述一氧化碳转换部的下游面的另一端面，
所述水蒸发部与所述燃料气体及所述改性气体通道邻接配置。
20.如权利要求18所述的氢生成装置，其特征在于，所述氢生成装置还具有所述一氧化碳转换部温度检测用的温度检测器，基于由所述温度检测器所检测的上述一氧化碳转换部的温度，对从上述供水部供给至所述水蒸发部的供水量进行调节。
21.一种燃料电池电能产生系统，其特征在于，所述燃料电池电能产生系统包括：权利要求1所述的氢生成装置，和
燃料电池，所述燃料电池使用以上述氢生成装置供给的氢为主体成分的燃料气体和氧化剂气体，进行产生电能。
CNB2004100344053A 2003-07-29 2004-04-09 氢生成装置及燃料电池电能产生系统 Expired - Fee Related CN100338811C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP281457/2003 2003-07-29
JP2003281457A JP4366136B2 (ja) 2002-10-10 2003-07-29 水素発生装置及び燃料電池発電システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1577937A CN1577937A (zh) 2005-02-09
CN100338811C true CN100338811C (zh) 2007-09-19

Family

ID=33549977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100344053A Expired - Fee Related CN100338811C (zh) 2003-07-29 2004-04-09 氢生成装置及燃料电池电能产生系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7273505B2 (zh)
EP (1) EP1505036B1 (zh)
CN (1) CN100338811C (zh)
DE (1) DE602004028555D1 (zh)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4469335B2 (ja) * 2003-02-14 2010-05-26 パナソニック株式会社 水素生成装置及び燃料電池発電システム
KR100933017B1 (ko) 2005-03-18 2009-12-21 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 연료 개질 장치
JP4450755B2 (ja) * 2005-03-18 2010-04-14 本田技研工業株式会社 燃料改質装置
JP4437766B2 (ja) * 2005-05-23 2010-03-24 本田技研工業株式会社 燃料電池用蒸発装置及び蒸気生成方法
JP5237829B2 (ja) 2006-01-23 2013-07-17 ブルーム エナジー コーポレーション モジュール式燃料電池システム
WO2007087305A2 (en) * 2006-01-23 2007-08-02 Bloom Energy Corporation Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor
US7659022B2 (en) 2006-08-14 2010-02-09 Modine Manufacturing Company Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor
FR2898517B1 (fr) * 2006-03-17 2008-12-12 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe
FR2898518B1 (fr) * 2006-03-17 2009-01-16 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe
US9605522B2 (en) 2006-03-29 2017-03-28 Pioneer Energy, Inc. Apparatus and method for extracting petroleum from underground sites using reformed gases
US7506685B2 (en) * 2006-03-29 2009-03-24 Pioneer Energy, Inc. Apparatus and method for extracting petroleum from underground sites using reformed gases
JP2007269615A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Miura Co Ltd 水素生成機およびこれを用いた燃料電池システム
US8097371B2 (en) * 2006-04-11 2012-01-17 Panasonic Corporation Hydrogen generator, fuel cell system comprising the same, and operation method thereof
FR2900934B1 (fr) * 2006-05-09 2012-09-21 Inst Francais Du Petrole Procede de coproduction d'electricite et d'un gaz riche en hydrogene par vaporeformage d'une coupe hydrocarbure avec apport de calories par combustion a l'hydrogene in situ
US8273489B2 (en) * 2006-06-12 2012-09-25 Fuji Electric Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell system including the same
JP4994731B2 (ja) 2006-06-20 2012-08-08 三星エスディアイ株式会社 燃料電池発電システム
US8241801B2 (en) * 2006-08-14 2012-08-14 Modine Manufacturing Company Integrated solid oxide fuel cell and fuel processor
US8257668B2 (en) * 2006-09-05 2012-09-04 Panasonic Corporation Hydrogen generator and fuel cell system
GR20070100315A (el) * 2007-05-25 2008-12-19 . Υψηλα θερμικα ολοκληρωμενος επεξεργαστης καυσιμουγια παραγωγη υδρογονου
US8920997B2 (en) 2007-07-26 2014-12-30 Bloom Energy Corporation Hybrid fuel heat exchanger—pre-reformer in SOFC systems
US8288041B2 (en) 2008-02-19 2012-10-16 Bloom Energy Corporation Fuel cell system containing anode tail gas oxidizer and hybrid heat exchanger/reformer
US8968958B2 (en) * 2008-07-08 2015-03-03 Bloom Energy Corporation Voltage lead jumper connected fuel cell columns
DK177205B1 (da) 2009-01-07 2012-06-11 Aquarden Technologies Aps Fremgangsmåde og apparat til produktion af hydrogen fra methanol
US8440362B2 (en) 2010-09-24 2013-05-14 Bloom Energy Corporation Fuel cell mechanical components
FR2969593B1 (fr) * 2010-12-22 2014-08-29 IFP Energies Nouvelles Amelioration d'un procede de production d'hydrogene integre thermiquement par reformage d'une charge hydrocarbonee
CN102275871A (zh) * 2011-07-20 2011-12-14 兖州煤业榆林能化有限公司 变换工艺流程中利用水煤气潜热副产过热蒸汽的方法
WO2014002471A1 (ja) 2012-06-25 2014-01-03 パナソニック株式会社 燃料処理装置
US9755263B2 (en) 2013-03-15 2017-09-05 Bloom Energy Corporation Fuel cell mechanical components
US10651496B2 (en) 2015-03-06 2020-05-12 Bloom Energy Corporation Modular pad for a fuel cell system
US10465902B2 (en) 2015-11-18 2019-11-05 Bosal Emission Control Systems Nv Combined evaporator and mixer
CN111346590B (zh) * 2020-03-31 2021-10-08 上海岚泽能源科技有限公司 整体型反应器
CN111521052B (zh) * 2020-04-24 2021-03-16 西安交通大学 一种用于超临界水热合成纳米粉体的螺纹套筒式微通道回热器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6007931A (en) * 1998-06-24 1999-12-28 International Fuel Cells Corporation Mass and heat recovery system for a fuel cell power plant
JP2002025593A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池における水素含有ガス生成装置
JP2002187705A (ja) * 2000-10-10 2002-07-05 Tokyo Gas Co Ltd 単管円筒式改質器
CN1428884A (zh) * 2001-02-16 2003-07-09 松下电器产业株式会社 氢生成设备和燃料电池系统
CN1430303A (zh) * 2001-12-25 2003-07-16 松下电器产业株式会社 氢生成装置和包括它的燃料电池系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3438759A (en) * 1965-12-03 1969-04-15 Cons Natural Gas Svc Gas reformer and control means
US6162267A (en) * 1998-12-11 2000-12-19 Uop Llc Process for the generation of pure hydrogen for use with fuel cells
EP1094031A4 (en) * 1999-04-20 2005-02-02 Tokyo Gas Co Ltd MONOTUBE CYLINDRICAL REFORMER AND METHOD FOR OPERATING THE SAME
CN1209279C (zh) * 2000-08-18 2005-07-06 松下电器产业株式会社 氢气纯化装置
CA2357960C (en) * 2000-10-10 2007-01-30 Tokyo Gas Co., Ltd. Single-pipe cylinder type reformer
JP2002293506A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Matsushita Electric Works Ltd 改質装置
EP1394103B1 (en) * 2001-06-04 2007-08-29 Tokyo Gas Company Limited Cylindrical water vapor reforming unit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6007931A (en) * 1998-06-24 1999-12-28 International Fuel Cells Corporation Mass and heat recovery system for a fuel cell power plant
JP2002025593A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池における水素含有ガス生成装置
JP2002187705A (ja) * 2000-10-10 2002-07-05 Tokyo Gas Co Ltd 単管円筒式改質器
CN1428884A (zh) * 2001-02-16 2003-07-09 松下电器产业株式会社 氢生成设备和燃料电池系统
CN1430303A (zh) * 2001-12-25 2003-07-16 松下电器产业株式会社 氢生成装置和包括它的燃料电池系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP1505036A3 (en) 2008-04-09
US7273505B2 (en) 2007-09-25
CN1577937A (zh) 2005-02-09
EP1505036B1 (en) 2010-08-11
EP1505036A2 (en) 2005-02-09
US20050026011A1 (en) 2005-02-03
DE602004028555D1 (de) 2010-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100338811C (zh) 氢生成装置及燃料电池电能产生系统
CN1304275C (zh) 重整装置
CN1129662C (zh) 燃料气化系统
CN1213129C (zh) 一种用来气化有机物料和物料混合物的方法
CN1914118A (zh) 改性器
CN1242162C (zh) 与燃气轮机一体化的氧气分离方法
AU2012362084B2 (en) Externally heated microwave plasma gasifier and synthesis gas production method
CN1630702A (zh) 生产燃料气体的方法和气体发生器
CN1823016A (zh) 废弃物热回收系统和方法及其在处理高含水量废弃物中的应用
CN1400998A (zh) 气化含碳材料的方法和所用的装置
JP4963573B2 (ja) 活性炭製造装置及び活性炭製造方法
CN1645659A (zh) 氢发生装置及其运行方法和燃料电池发电系统
CN101230281A (zh) 一种固体生物质半水煤气发生炉
US20060180459A1 (en) Gasifier
CN1747892A (zh) 氢生成装置及燃料电池发电系统
CN101967386B (zh) 自燃式生物质焦生产炉
JP2006321945A (ja) ガス化装置
CN1916123A (zh) 制备无焦油产品气的贫氧流化燃烧下吸式气化方法及装置
CN1941483A (zh) 燃料重整器
CN101955779A (zh) 固体生物质内燃干馏气化炉
CN105733685B (zh) 生物质气化炉
CN106147871A (zh) 一种生物质气化炉及三级催化裂解焦油的方法
JP2007031249A (ja) 改質器
CN212357156U (zh) 一种催化热解烟气循环的垃圾热解气化炉
CN102816613A (zh) 一种均温的生物质粗燃气电催化辅助重整净化装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070919

Termination date: 20140409