CN101233075A - 氢生成装置及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够抑制伴随粒状重整催化剂的压坏而产生的氢生成装置的能力下降以及由于催化剂部的传热效率的降低而导致的重整效率的降低的氢生成装置。该氢生成装置具有：具备粒状重整催化剂(P)的催化剂部(50)；以及加热催化剂部(50)的燃烧部(5)；含有水蒸汽的原料气体一边沿着催化剂部(50)的延伸方向流通，一边生成含有氢的重整气体，其中，催化剂部(50)具有隔离部件(40)，隔离部件(40)设置在隔离截面上，该隔离截面是相对于催化剂部(50)的延伸方向的该催化剂部(50)的截面，在该隔离部件(40)上形成有多个具有阻止粒状重整催化剂(P)通过的形状的通气孔(40D)，在该隔离截面上形成有具有允许粒状重整催化剂(P)通过的形状的开口部。

Description

氢生成装置及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及用水蒸汽将天然气、LPG、汽油、石脑油、煤油或者甲醇等的烃化合物原料进行重整，生成以氢为主体的重整气体的氢生成装置以及具备这个装置的燃料电池系统。
背景技术
已知一种氢生成装置，其中，含有至少由碳以及氢构成的有机化合物的原料，以含有水蒸汽的原料气体状态，通过填充着粒状重整催化剂的催化剂部，从而对原料气体进行水蒸汽重整，生成以氢为主体的重整气体。该氢生成装置适用于燃料电池系统。还有，在燃料电池系统中，一般，重整气体进一步由改性反应装置以及一氧化碳选择氧化装置来降低一氧化碳浓度从而供给燃料电池。
现有的氢生成装置具有构成有所述催化剂部的重整器主体，重整器主体的构造为：供给原料、水以及燃烧用燃料，在重整器主体内燃烧燃烧用燃料，并排出燃烧气体以及重整气体。即，在重整器主体内，由燃烧热而进行了水或水和原料的气化以及水蒸汽重整反应。在此，在氢生成装置的启动工作时以及停止工作时，在重整器主体内由于燃烧热发生了热变形，然而存在着以下问题：由于该热变形，催化剂部内的催化剂的一部分被压坏，催化剂部的重整反应气体的流路稍有闭塞，从而造成了氢生成装置的能力降低。针对这样的问题，为了防止催化剂部的催化剂的压坏，在专利文献1中，曾经建议了实现减少由重整管的热变形引起的粒状重整催化剂的压坏的燃料重整器的构造。在此，所谓重整反应气体是指，通过将水和原料进行气化而形成的含水蒸汽的原料气体以及重整气体的总称即流过催化剂部的气体。
图11是专利文献1的实施例3所示的燃料重整器的纵向截面图。
如图所示，在重整器主体100中，利用从空气入口154取入的燃烧用空气而使从燃料入口153导入的燃料在燃烧炉105中进行燃烧，从而生成作为燃烧气体的高温的热介质151。热介质151沿着具有重整管108的内侧筒体182的内周面向下方流动，接着继续在热介质流通路152内流通，并沿着外侧筒体183的外周面向上方流动，之后从热介质出口171向重整器主体100的外部排出。在此期间，热介质151分别主要从重整管108的内侧筒体182的内周面层侧加热催化剂层103，并从外侧筒体183的外周面侧加热在外侧筒状空间187内流通的原料气体109。
此时，催化剂层103中的粒状重整催化剂P被通过内侧筒体182并由热介质151供给热量而被加热。由此，在重整器主体100中，催化剂层103被充分加热。另一方面，含有水的原料109从入口871流入，首先在外侧筒状空间187内向下方流动，此后，在中间筒体181的下端折回，进入催化剂层103，并在催化剂层103中向上方流动。在此期间，主要在外侧筒状空间187中被热介质151加热。被热介质151加热后的水和原料109气化成含水蒸汽的原料气体，并通过具有被热介质151加热而达到所要的温度的粒状重整催化剂P的催化剂的重整作用，而被重整为富含氢的重整气体110。如此得到的重整气体110从出口861向重整器主体100的外部供给。另外，从入口871流入的水或原料109也可以是水蒸汽或气体。
在此，重整器主体100的催化剂层103设置于形成在重整管108内的内侧筒状空间186中，并具有多个独立的催化剂层131和多个隔离板132。隔离板132是由金属板制成的，成环状，具有一定的外径尺寸，该外径尺寸使其与中间筒体181之间形成间隙，该间隙的尺寸小于粒状重整催化剂P的外形尺寸，其内周面通过溶接等与内侧筒体182的外周面固定接合。在隔离板132中形成多个贯穿孔，其孔径小于粒状重整催化剂P的外形尺寸。催化剂层103所具有的多个隔离板132设置成，在内侧筒状空间186的中心轴X方向上，在邻接的隔离板132之间互相以相同尺寸的间隔隔开。
独立催化剂层131是在内侧筒状空间186内通过填充粒状重整催化剂P而形成的，该内侧筒状空间186由各隔离板132划成底面并由中间筒体181和内侧筒体182划成周围而形成。并且，各独立催化剂层131被形成为在独立催化剂层131的顶面与上方邻接的隔离板132之间设置有空间311。并且，向除了最上段的独立催化剂层131以外的各个独立催化剂层131填充粒状重整催化剂P，是在重整管8至少还未装配上部板185和外侧筒体183的状态下，从形成在中间筒体181上的其孔径大于粒状重整催化剂P的外形尺寸的贯穿孔811进行的。该贯穿孔811在完成了粒状重整催化剂P的填充后，被挡板812气密性地堵塞。然后，向最上段的独立催化剂层131填充粒状重整催化剂P，是在中间筒体181、内侧筒体182和外侧筒体183由挡板184等连接后进行的。
由此，在各个独立催化剂层131的上层部中，在其上表面的上侧为空间311，没有填充粒状重整催化剂P。因此，处于独立催化剂层131的上表面部分附近的粒状重整催化剂P相对于上侧方向大致可自由地移动，而只有由于摩擦等引起的微小的力施加于粒状重整催化剂P上。所以，提出了与现有的燃料重整器所具有的催化剂层相比，有可能将施加于粒状重整催化剂P的压力的值抑制得较小。
专利文献1：日本特开平8-208202号公报
发明内容
但是，在由如专利文献1所述的隔离板分割成独立催化剂层的催化剂部的构造中，依然会发生压坏，而被压坏的粒状重整催化剂的碎片沿着催化剂部的延伸方向向下游侧(以下简称为下游侧)，即，在隔离板附近堆积。因此，重整反应气体的流路由于堆积的粒状重整催化剂碎片而闭塞，从而可能导致氢生成能力降低，该问题还没有得到解决。
此外，在由如专利文献1所述的隔离板划分的催化剂部的构造中，催化剂部被分断成多层独立催化剂层，在各个独立催化剂层的间隙中，由于施加于催化剂部的热量没有被利用于催化剂的加热，而是向周围放热，因此，与现有的催化剂部相比，有在催化剂部中传热效率降低的问题。特别是，存在由于当粒状重整催化剂压坏时，独立催化剂层的间隙扩大，因而在催化剂部中传热效率进一步下降，重整效率下降的问题。在这种情况下，由于传热效率的下降，而不得不增加燃烧炉的加热量，而燃烧炉附近的催化剂层被高温化，粒状重整催化剂的寿命可能降低。而且，由于燃烧炉附近的催化剂层的高温化，重整反应平衡偏向于生成物侧，重整气体中的一氧化碳浓度上升，有些情况下，会有燃料电池系统停止的可能。
本发明是为了解决上述问题而做出的，目的在于提供一种能够抑制伴随粒状重整催化剂的压坏而产生的氢生成装置的能力下降以及由于催化剂部的传热效率的降低而导致的重整效率的降低的氢生成装置。
为了达到上述目的，第一项本发明的氢生成装置的特征为，具有：具备粒状重整催化剂的催化剂部和加热所述催化剂部的燃烧部，并且，含有水蒸汽的原料气体一边沿着所述催化剂部的延伸方向流通，一边生成含有氢的重整气体，所述催化剂部具有隔离部件，所述隔离部件设置在隔离截面上，该隔离截面为相对于所述催化剂部的延伸方向而言的该催化剂部的截面，在该隔离部件上形成有多个具有阻止所述粒状重整催化剂通过的形状的通气孔，在该隔离截面上形成有具有允许所述粒状重整催化剂通过的形状的开口部。根据这样的构造，就本发明的催化剂部而言，即使有粒状重整催化剂的压坏，在催化剂部中也不会发生重整反应气体流路的闭塞或产生粒状重整催化剂的间隙，从而能够抑制伴随粒状重整催化剂的压坏而产生的氢生成装置的能力下降以及由于催化剂部的传热效率降低而导致的重整效率的降低。
第二项本发明的氢生成装置的特征为，所述隔离部件是被并列设置在所述催化剂部的延伸方向上的多个隔离部件，所述各个隔离部件被设置为，从所述催化剂部的延伸方向上看，邻接的所述隔离截面的所述开口部彼此之间不重叠。根据这样的构造，就本发明的催化剂部而言，能够扩散催化剂部中的重整反应气体的流路，使催化剂部内的催化剂反应分布和温度分布均等化，从而能够充分发挥催化剂部的性能。
第三项本发明的氢生成装置的特征为，所述隔离部件是被并列设置在所述催化剂部的延伸方向上的多个隔离部件，所述各个隔离部件被设置为，从所述催化剂部的延伸方向上看，邻接的所述隔离截面的所述开口部彼此之间成大致为180度的角度。根据这样的构造，能够使在邻接的隔离部件之间的与催化剂部的延伸方向大致垂直的方向上的重整反应气体的流路行程最长化，从而能够进一步地充分发挥催化剂部的性能。
第四项本发明的氢生成装置的特征为，在相对于沿着所述催化剂部的延伸方向流通的气流而言为最下游侧的所述开口部的进一步的该下游侧，配置有温度检测器。根据这样的构造，能够准确地检测出催化剂部的温度。
第五项本发明的氢生成装置的特征为，从所述催化剂部的延伸方向上看，所述温度检测器被设置为，与所述最下游侧的所述开口部重叠。根据这样的构造，能够准确地检测出在所述开口部被均匀化的气体的温度，并能检测出作为催化剂部的代表温度的优选温度。
第六项本发明的氢生成装置的特征为，具有双层筒，所述催化剂部的至少一部分在所述双层筒的筒间形成，所述隔离部件与所述双层筒的内筒的外周面相接合而被配置在所述双层筒的筒间，所述燃烧部构成为从所述内筒的内侧加热所述内筒。根据这样的构造，由于内筒的热量被传递到隔离部件，故而能够使粒状重整催化剂的加热顺利化。
第七项本发明的氢生成装置的特征为，在俯视图中，所述隔离部件具有内周缘和外周缘，并且呈形成有弧形的间隔的大致C字状，所述开口部形成于该间隔。根据这样的构造，能够简化隔离部件的构造，并且能够使隔离部件和内筒的接合操作容易。
第八项本发明的燃料电池系统的特征为，具有如第一至第六项本发明的任一项所述的氢生成装置和燃料电池，从所述的氢生成装置向所述燃料电池供给作为原料的重整气体。根据这样的构造，就本发明的催化剂部而言，即使有粒状重整催化剂的压坏，在催化剂部中也不会发生重整反应气体流路的闭塞或出现间隙，从而能够抑制伴随粒状重整催化剂的压坏而产生的燃料电池系统的能力下降以及由于催化剂部的传热效率降低而导致的重整效率的降低。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照附图对以下的优选实施方式的详细的说明中可以得到明确。
如上所述，本发明的氢生成装置具有能够抑制伴随粒状重整催化剂的压坏而产生的氢生成装置的能力下降以及由于催化剂部的传热效率降低而导致的重整效率的降低的效果。
附图说明
图1是示意性表示本发明的实施方式的氢生成装置的重整器主体的内部构造的一例的纵向截面图。
图2是示意性表示图1的重整器主体的催化剂部的内部构造的纵向截面图。
图3是表示在图2的III-III线处的横向截面的图。
图4是表示在图2的IV-IV线处的横向截面的图。
图5是表示在图2的V-V线处的横向截面的图。
图6是表示依据变形例1的图3的隔离部材的变形例的图。
图7是表示依据变形例1的图4的隔离部材的变形例的图。
图8是表示依据变形例1的图5的隔离部材的变形例的图。
图9是表示依据变形例2的图3的隔离部材的变形例的图。
图10是表示依据变形例3的图3的隔离部材的变形例的图。
图11是由专利文献1的实施例3所表示的燃料重整器的纵向截面图。
符号说明
1：第1外盖
1A：催化剂部入口处
1B：重整气体排出孔
1C：预热部出口孔
2：第2外盖
2A：燃料用燃料供给孔
3：外筒
3A：原料供给孔
3B：水供给孔
3C：第2燃烧气体排出孔
4：连通部件
5：燃烧器
6：辐射部件
7：催化剂部内筒
8：催化剂部内筒盖
9：催化剂部外筒
10：催化剂部外筒盖
10A：凹部
10B：催化剂填充孔
10C：挡板
11：重整气体隔离筒
12：重整气体隔离盖
13：预热部内筒
13A：第1燃烧气体排出孔
14：连通部材
30、31、32、33、34：配管部件
40、40U、40V、40W：隔离部件
40A、49A：外周缘
40B、49B：内周缘
40C、45C：端缘
40D、45D、48D、49D：通气孔
43、43U、43V、43W：开口部
45、45U、45V、45W：隔离部件
46、46U、46V、46W：开口部
48：隔离部件
48C：贯通孔
49：隔离部件
50：催化剂部
51：预热部
52：开口部
60、100：重整器主体
70：催化剂收容空间
70A：筒状空间
80：间隙
81：重整气体流路
82：第2燃烧气体流路
83：第3燃料气体流路
103：催化剂层
105：燃烧炉
108：重整管
109：原料
110：重整气体
131：独立催化剂层
132：隔离板
151：热介质
152：热介质流路
153：燃料入口
154：空气入口
171：热介质出口
181：中间筒体
182：内侧筒体
183：外侧筒体
184：挡板
185：上部板
186：内侧筒状空间
187：外侧筒状空间
311：空间
811：贯通孔
812：挡板
861：出口
871：入口
G：间隔
P：粒状重整催化剂
PθO：基准角度位置
PθU、PθV、PθW：角度位置
T：温度检测器
θ：中心角
具体实施方式
以下，参照附图说明实施本发明的最好的方式。
(实施方式)
图1是示意性地表示本发明的实施方式的氢生成装置的重整器主体的内部构造的一例的纵向截面图。图2是示意性地表示图1的重整器主体的催化剂部的内部构造的纵向截面图。而图1中省略了催化剂部50的构造。
如图1所示，重整器主体60是具有多层筒结构的有盖筒体。即，多个圆筒或多角筒的筒壁3、6、7、9、13以与中心轴X大致同心的形式配置，最外周的外筒3的两端面被第1及第2外盖1、2封闭。
另外，外筒3上穿有原料供给孔3A和水供给孔3B。配管部件31、32分别连接于原料供给孔3A和水供给孔3B。
由外筒3、预热部内筒13、第1及第2外盖1、2划分而形成筒状的预热部51。
在第1外盖的面向预热部51的部分上穿有预热部出口孔1C。
在该预热部出口孔1C的外面侧上，以覆盖预热部出口孔1C的形式配置有连通部件4。
连通部件4是通风道状部件，配置为连接预热部出口孔1C与催化剂部入口孔1A。
催化剂部入口孔1A以面对催化剂收容空间70的形式形成在第1外盖1上，催化剂收容空间70由第1外盖1、催化剂部内筒7、催化剂部内筒盖8、催化剂部外筒9以及催化剂部外筒盖10划分而形成。在此，催化剂部入口孔1A形成在中心轴X上，也就是第1外盖1的中心部上。
催化剂收容空间70具有上端被封闭的有底筒状的形状。
另外，在催化剂部入口孔1A中配设有如金属网等形成有多个通气孔的部件。或者，第1外盖1本身形成有多个通气孔而构成多孔状。粒状重整催化剂P填充在该催化剂收容空间70中而构成催化剂部50。在此，粒状重整催化剂P是指在粒状的载体表面担载有催化剂种的粒体。催化剂种一般使用以钌(Ru)、铂(Pt)、铑(Rh)或镍(Ni)为主成分的催化剂利。载体一般使用氧化铝、氧化硅、陶瓷等。粒状重整催化剂P的形状一般为直径约3-5mm的球形或柱形。
催化剂部外筒盖10由金属网等形成有多个通气孔的多孔部件构成。故而，在确保催化剂部入口孔1A和催化剂部外筒盖10的通气性的同时，能够防止粒状重整催化剂P的脱漏。
在催化剂部内筒7的内侧被构成为：在第2外盖2上构成燃烧器(燃烧部)5，在燃烧器5中产生的燃烧热传热至形成在催化剂部内筒7内侧的辐射部件6，由辐射部件6的放射热以及从燃烧气体向催化剂部内筒7传导的热量加热催化剂部内筒7。催化剂部内筒7加热填充在催化剂收容空间70内的粒状重整催化剂P。由此，粒状重整催化剂P由来自燃烧器5的热量加热至催化剂活性温度。在此，燃烧器5形成在中心轴X上，也就是第2外盖2的中心部分上。燃烧用燃料与空气预先混合，从外部，在此从配管部件30向穿过第2外盖2的中心部分的燃烧用燃料供给孔2A供给，并流入燃烧器5。
接下来，详细说明作为本发明的特征的催化剂部50的结构。图3是表示在图2的III-III线处的横向截面的图。图4是表示在图2的IV-IV线处的横向截面的图。图5是表示在图2的V-V线处的横向截面的图。
如图2至图5所示，本发明的催化剂部50由第1外盖1、催化剂部内筒7、催化剂部内筒盖8、催化剂部外筒9以及催化剂部外筒盖10的壁体划成。并且，催化剂部内筒7和催化剂部外筒9的中心轴与中心轴X相一致，该2筒之间形成了截面为环形的筒状空间70A(催化剂收容空间70的主要部分)。即，催化剂部50是沿着中心轴X方向延展而形成的。另外，各个隔离部件40配置在筒状空间70A的截面上，也即相对于催化剂部50的延展方向而言的催化剂部50的截面上，该截面为隔离截面。在此，多块，具体而言为3枚板状的隔离部件40(40U，40V，40W)与中心轴X大致垂直地互相并列地配置。
在此，隔离部件40的平面形状被形成为大致C字状。即，在俯视图中，隔离部件40具有内周缘40A和外周缘40B，并且呈形成有弧形的间隔G的大致C字状，内周缘40A与作为双层筒的内筒侧的催化剂部内筒7的外周面相接合。筒状空间70A的隔离截面上的开口部43由间隔G形成。具体而言，隔离部件40的平面形状是以中心轴X为中心，由具有共同的中心角的一对圆弧形成的外周缘40A和内周缘40B以及连接它们两端之间的直线形成的一对端缘40C围绕而形成。另外，在该一对端缘40C之间形成圆弧状的间隔G。该开口部43的形状，即圆弧状的间隔G的中心角(一对端缘40C所成的角)θ为大致30度。
开口部43被形成为，在俯视图中，邻接的隔离部件40相互位于相反侧，也即在筒状空间70A的中心角大致错开180度的位置。
此外，具有阻止粒状重整催化剂P通过的形状的通气孔40D穿过隔离部件40。例如，通气孔40D为圆形时，其孔径可小于粒状重整催化剂P的最小外形尺寸。通气孔40D的形状可形成为与粒状重整催化剂P的截面形状不同。例如，粒状重整催化剂P为球形时，如果通气孔40D为圆形的话，通气孔40D有可能被粒状重整催化剂P堵塞，因此通气孔40D可以为椭圆、多角形等。在此，粒状重整催化剂P是直径3mm左右的球状，所以通气孔40D的形状为长边为3mm、短边为1mm的长方形。据此，因为能够防止由粒状重整催化剂P引起的通气孔40D的闭塞，所以能够确保重整反应气体的通气。
在催化剂部50的外侧，形成了由根据催化剂部外筒9、重整气体隔离筒11、第1外盖1以及重整气体隔离盖12进行划分而形成的筒状空间而构成的重整气体流路81。而且，在第1外盖1上穿过连通于重整气体流路81的重整气体排出孔1B，在重整气体排出孔1B上连接着配管部材33。
另外，在重整气体流路81和预热部51之间，形成了由根据重整气体隔离筒11、预热部内筒13、第1以及第2外盖1、2划分成的筒状空间形成的第2燃烧气体流路82。
再则，在穿过预热部内筒13的第1燃烧气体排出孔13A和形成于外筒3的第2燃烧气体排出孔3C之间，配置导管状的连通部件14从而形成了第3燃烧气体流路83。
在此，对在氢生成装置运转工作时的重整器主体60内的工作加以说明。
原料自外部经由配管部件31供给原料供给孔3A，水自外部经由配管部件32供给水供给孔3B。
被供给的原料以及水流入预热部51。在预热部51中，原料以及水由自预热部内筒13传热的燃烧气体的热来加以预热。原料或者水为液体的情况下，原料或者水被气化从而形成了含有水蒸汽的原料。含有水蒸汽的原料自穿过第1外盖1的预热部出口孔1C由连通部件4引入催化剂部入口孔1A。
自催化剂部入口孔1A供给催化剂部50的含有水蒸汽的原料朝着催化剂部外筒盖10沿着催化剂部50的延伸方向流通。而且，含有水蒸汽的原料在催化剂部50中由于粒状重整催化剂P和燃烧气体的热量而被重整成为以氢为主体的重整气体。
通过了催化剂部外筒盖10的重整气体流入重整气体流路81，从重整气体排出孔1B排出至配管部件33。
另外，燃烧气体自辐射部件6的端部起沿着催化剂部内筒7以及重整气体隔离板12流通，并流入第2燃烧气体流路82。在此，燃烧气体的热通过预热部内筒13用于原料以及水的预热。燃烧气体流出至第2燃烧气体流路82，自穿过外筒3的第2燃烧气体排出孔3C向外部排出，此处为向配管部件34排出。
以下对在氢生成装置的启动工作时以及停止工作时的催化剂部50的热变形进行说明。在启动工作时，催化剂部内筒7的表面温度上升至800℃以上。但是，催化剂部外筒9的温度上升比催化剂部内筒7慢，两者之间会产生较大的温度差。也就是说，催化剂部内筒7的直径方向的膨胀量与催化剂部外筒9相比较更大，粒状重整催化剂P的填充部分即催化剂部内筒7和催化剂部外筒9之间的宽度变窄。据此，在粒状重整催化剂P上加上了压缩应力，粒状重整催化剂P的一部分被压坏。而在停止工作时，与催化剂部内筒7的表面温度的下降相比较，催化剂部外筒9的温度下降较慢，两者之间产生了较大的温度差。也就是说，催化剂部内筒7的直径方向的收缩量与催化剂部外筒9相比较大，粒状重整催化剂P的填充部分即催化剂部内筒7与催化剂部外筒9之间的宽度变宽。据此，压坏而产生的粒状重整催化剂P的碎片沿着催化剂部50的延伸方向朝着下游侧被冲走，然后在隔离部件40附近堆积。在此所谓的重整反应气体是含有水蒸汽的原料以及重整气体的总称，是指流过催化剂部50的气体。
但是，在本发明的催化剂部50中，即使是氢生成装置的运转历程变长，隔离部件40的通气孔40D中的很多由于粒状重整催化剂P的碎片而闭塞的状况，重整反应气体的流路也在开口部43处被确保，所以能够抑制伴随着粒状重整催化剂P的压坏的氢生成装置的能力降低。
另外，在粒状重整催化剂P被压坏的情况下，催化剂部50不被隔离部件40划分，粒状重整催化剂P按顺序通过开口部43向下游侧移动。因此，在隔离部件40的附近基本上不会产生粒状重整催化剂P的间隙，从而能够抑制由于在催化剂部50中的传热效率降低而引起的重整效率的降低。
还有，因为传热效率基本不降低，所以没有必要增加燃烧炉105的加热量。由此，燃烧炉105附近的催化剂层103不会被高温化，能够抑制粒状重整催化剂P的寿命降低以及重整气体110中的一氧化碳浓度的上升，同时也能够使燃料电池系统稳定地运转。
在此，隔离部件40的内周缘40B是通过焊接而接合在催化剂部内筒7的外周面上的。据此，催化剂部内筒7的热因为传导给了隔离部件40，所以能够使粒状重整催化剂P的加热顺利。即，隔离部件40也具有作为传热片的功能。
发生热变形时，催化剂部内筒7和催化剂部外筒9之间的宽度被隔离部件40限定。因此，能够减少粒状重整催化剂P的压坏。
隔离部件40的外周缘40A和催化剂部外筒9之间的间隙80形成为小于粒状重整催化剂P的外形尺寸。据此，因为能够防止粒状重整催化剂P被夹在外周缘40A和催化剂部外筒9的间隙80中，所以能够减少粒状重整催化剂P的压坏。
再则，如上所述，隔离部件40呈大致C字状，内周缘40A被接合于双层筒的内筒侧即催化剂部内筒7的外周面上，筒状空间70A的隔离截面上的开口部43由间隔G形成，所以在制作隔离部件40的过程中不需要为了形成开口部的加工从而能够简化制作。另外，由于利用间隔G而成为环状被断开的形状，所以能够简化隔离部件40向催化剂部内筒7中的嵌入操作。
在俯视图中，开口部43在邻接的隔离部件40彼此之间在相反侧形成，即形成为在筒状空间70A的中心角中大致错开180度的位置上。在图3至图5中，角度PθO表示在筒状空间70A的中心角上的基准角度位置。角度位置PθU、PθV以及PθW分别表示在筒状空间70A的中心角上的开口部43U、43V以及43W的角度位置。在此，如图3至图5所示，在第1隔离部件40U的配设位置上的开口部43U和第2隔离部件40V的配设位置上的开口部43V，互相位于相反侧而形成。而且，在第2隔离部件40V的配设位置上的开口部43V和第2隔离部件40W的配设位置上的开口部43W，互相位于相反侧而形成。据此，在筒状空间70A中通过第1隔离部件40U的通气孔40D或者开口部43的重整反应气体的一部分，在通过其下游侧的第2隔离部件40V的配设位置时，向着流路阻力较小的开口部43V，所以重整反应气体不仅仅沿着催化剂部50的延伸方向而且也沿着圆周方向流过筒状空间70A。另外，反应气体自第2隔离部件40V的配设位置流至第3隔离部件40W的配设位置的行径也是同样的。
如此，在本发明的催化剂部50中，隔离部件40被配置成，形成于邻接的隔离部件40的配设位置的开口部43彼此之间从催化剂部50的延伸方向即筒状空间70A的中心轴X方向看不重叠。由此，能够使催化剂部50中的重整反应气体的流路扩散，使催化剂部50内的催化剂反应分布和温度分布均匀化，所以能够充分发挥催化剂部50的性能。
另外，在本发明的催化剂部50中配设成，形成于邻接的隔离部件40的配设位置的开口部43彼此之间从筒状空间70A的中心轴X方向看大致成180度的角度。据此，可以使邻接的隔离部件40之间的筒状空间70A的圆周方向的重整反应气体的流路行程最长化，所以能够更进一步充分发挥催化剂部50的性能。
此外，催化剂部50在发生催化反应之处和不发生催化反应之处温度大不相同。还有，由于在催化剂部50中的重整反应气体的流动偏向也会产生温度分布。在此，作为催化剂部50的温度，优选控制在粒状重整催化剂P的活性温度，比如500℃至700℃。因此，为了发挥氢生成装置的性能，需要准确测量并控制催化剂部50的温度。如图2以及图5所示，在相当于位于形成在配设有最下游侧的隔离部件40即第3隔离部件40W的隔离截面上的开口部43W的下游侧的催化剂部50的底部的催化剂部外筒盖(壁体)10的附近，配设着温度检测器T。在此，在温度检测器T上使用了热电偶。并且，在催化剂部外筒盖10上形成凹部10A，在该凹部10A中配设热电偶的前端。在最下游侧的开口部43W处流过催化剂反应分布和温度分布被均匀化了的重整气体，所以通过这样的温度检测器T的配设，能检测出作为催化剂部50的代表温度的合适的温度。
特别是，在本实施方式中，从催化剂部50的延伸方向看，温度检测器T被配设成与最下游侧的开口部43W重叠。即，如图2以及图5所示，从催化剂部50的延伸方向看，热电偶的前端被配设在与开口部43W重叠的位置即催化剂部外筒盖10的凹部10A中。由此，就能够更准确地检测出自最下游的开口部43W送出的气体的温度，能够检测出作为催化剂部50的代表温度的更加合适的温度。
再则，如图2所示，在催化剂部外筒盖10上形成了具有粒状重整催化剂P能够通过的形状的催化剂填充孔10B。在制造本发明的氢生成装置的重整器主体的时候，从催化剂填充孔10B填充粒状重整催化剂P，粒状重整催化剂P通过开口部43，填充到催化剂部50的全体中。由此，粒状重整催化剂P的填充操作能够通过从催化剂填充孔10B一处的填充来进行，所以与需要从多个填充孔填充粒状重整催化剂P的专利文献1的氢生成装置相比较，能够容易地进行粒状重整催化剂P的填充操作。
另外，催化剂填充孔10B在粒状重整催化剂P的填充操作之后，由焊接将挡板10C接合来加以堵塞。由此，因为能够最小限度地完成伴随着粒状重整催化剂P的填充操作的焊接工序，所以能够将由于焊接而引起的对粒状重整催化剂P的热的影响抑制到最小的限度。
这里就隔离部件40的2个变形例加以说明。
[变形例1]
图6是表示依据变形例1的图3的隔离部件40U的变形例的图。图7是表示依据变形例1的图4的隔离部件40V的变形例的图。图8是表示依据变形例1的图5的隔离部件40W的变形例的图。
如图所示，本变形例3块隔离部件45(45U、45V、45W)相对于图3至图5的隔离部件40而言，在间隔G的中心角θ和配设位置上加以变形。
即，隔离部件45的间隔G是以中心角θ成为120度的形式形成的。另外，邻接的隔离部件45的间隔G之间配设成，在筒状空间70A的中心轴X方向重叠较小。具体是，第2隔离部件45V配设成，形成的开口部46V的角度位置PθV与由第1隔离部件45U形成的开口部46U的角度位置PθU相差120度，第3隔离部件45W配设成，形成的开口部46W的角度位置PθW与开口部46U以及开口部46V的各个角度位置PθU、PθV相差120度。
[变形例2]
图9是表示根据变形例2的图3的隔离部件40的变形例的图。
如图所示，本变形例的隔离部件48是没有端缘的环状，并且在穿有2个贯通孔(开口部)48C方面加以变形。由此，在隔离部件48自身上形成了开口部。还有，贯通孔48C是粒状重整催化剂P能够通过的形状。
在隔离部件48上，与隔离部件40和45的通气孔40D和45D同样形成多个通气孔48D。
[变形例3]
图10是表示根据变形例3的图3的隔离部件40的变形例的图。
如图所示，本变形例的隔离部件49是在通过切去内周缘49B的一部分而设置开口部52方面加以变形。在此，开口部52是通过切去内周缘49B的一部分而被设置的，但是也可以通过切去外周缘49A的一部分来进行设置。还有，开口部52是粒状重整催化剂P能够通过的形状。
另外，在隔离部件49上，与隔离部件40、45和48的通气孔40D、45D和48D同样形成多个通气孔49D。
使用如上所述的隔离部件45、48和49的情况下也同样，本发明的氢生成装置即使由于粒状重整催化剂P的压坏也不会在催化剂部50中发生重整反应气体流路的闭塞和粒状重整催化剂P的间隙，所以能够抑制伴随粒状重整催化剂P的压坏而产生的氢生成装置的能力降低以及由于催化剂部50传热效率降低而造成的重整效率的降低。
在上述的实施方式中，催化剂部内筒7、催化剂部外筒9以及筒状空间70A(催化剂收容空间70)是圆筒状的，但是该形状不限定于圆筒状，只要构成有重整反应气体的入口和出口的流路即可。比如也可以是多角筒状、圆柱状、多角柱状以及弯曲的管路状。
另外，隔离部件40、45以及其间隔G、隔离部件48以及其贯通孔(开口部)48C、隔离部件49以及其开口部52的平面形状并不限定于上述实施方式，只要是对应于筒状空间70A的截面形状的形状即可。
再则，隔离部件40、45、48以及49只要有至少一块，就能够减轻在启动工作时以及停止工作时的催化剂部50的热变形和堆积在催化剂部外筒盖10上的粒状重整催化剂P的碎片的堆积，所以隔离部件40、45、48以及49的块数只要至少有一块即可。
另外，关于隔离部件40、45、48以及49的合适的块数以及隔离部件40、45、48以及49的形状，可以根据氢生成装置的启动和停止频率等的氢生成装置的运用来设定。
还有，不同形状的隔离部件40、45、48以及49也可以以并列的形式进行配设。
而且，开口部43、46、49以及贯通孔(开口部)48C，只要有至少一个，就不会产生伴随着粒状重整催化剂P的压坏而产生的重整反应气体的流路的闭塞和粒状重整催化剂P的间隙，能够抑制氢生成装置的能力降低以及由于催化剂部50的传热效率降低而造成的重整效率的降低。因此，开口部43、46、49以及贯通孔(开口部)48C只要有一个即可。
而且，关于开口部43、46、49以及贯通孔(开口部)48C的合适的个数以及开口部43、46、49以及贯通孔(开口部)48C的形状，可以根据氢生成装置的启动和停止频率等的氢生成装置的运用进行具体设定。
而且，不同形状的开口部43、46、49以及贯通孔(开口部)48C也可以存在于同一个隔离截面上。
在使用如以上所述的隔离部件45、48以及49的情况下也同样，本发明的氢生成装置不会由于粒状重整催化剂P的压坏而在催化剂部50中产生重整反应气体流路的闭塞和粒状重整催化剂P的间隙，所以能够抑制伴随粒状重整催化剂P的压坏的氢生成装置的能力降低以及由于催化剂部50传热效率降低而造成的重整效率的降低。
以上就本发明的优选实施方式作了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。根据上述说明，对本领域技术人员而言，本发明的很多改进和其他的实施方式是很明显的。因此，上述说明应仅仅作为例示而解释，是为了给本领域技术人员教导实行本发明的最佳方式而提供的。可以在能够获得本发明的效果的范围内，对其构造以及/或者功能的细节作变更。
比如，隔离部件40和45以及间隔G、隔离部件48以及其贯通孔(开口部)48C的平面形状并不限定于上述实施方式，只要是对应于筒状空间70A的截面形状的形状即可。
另外，隔离部件40、45以及48只要有至少一块就能够减轻在启动工作时以及停止工作时的催化剂部50的热变形和堆积在催化剂部外筒盖10上的粒状重整催化剂10的碎片的堆积，所以隔离部件40、45以及48的块数只要至少有一块即可。
再则，关于隔离部件40、45以及48的合适的块数以及隔离部件40、45以及48的形状，可以根据氢生成装置的启动和停止频率等的氢生成装置的运用进行具体没定。
还有，不同形状的隔离部件40、45以及48也可以以并列的形式进行配设。
进而，在具有氢生成装置和燃料电池的燃料电池系统中，由氢生成装置生成的重整气体被作为燃料电池的原料进行供给。因此，在具有本发明的氢生成装置和燃料电池的燃料电池系统中，即使由于粒状重整催化剂P的压坏，在催化剂部50中也不会发生重整反应气体流路的闭塞和粒状重整催化剂P的间隙的出现，所以能够抑制伴随粒状重整催化剂P的压坏的燃料电池系统的能力降低以及由于催化剂部50的传热效率降低而造成的重整效率的降低。
产业上的可利用性
本发明的氢生成装置在能够抑制伴随粒状重整催化剂的压坏的氢生成装置的能力降低以及由于催化剂部传热效率降低而造成的重整效率的降低方面是有效的。

Claims (8)

1.一种氢生成装置，其特征在于，
具有：具备粒状重整催化剂的催化剂部；以及加热所述催化剂部的燃烧部；并且，含有水蒸汽的原料气体一边沿着所述催化剂部的延伸方向流通，一边生成含有氢的重整气体，
所述催化剂部具有隔离部件，
所述隔离部件设置在隔离截面上，该隔离截面是相对于所述催化剂部的延伸方向而言的该催化剂部的截面，在该隔离部件上形成有多个具有阻止所述粒状重整催化剂通过的形状的通气孔，在该隔离截面上形成有具有允许所述粒状重整催化剂通过的形状的开口部。
2.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，
沿着所述催化剂部的延伸方向并列设置了多个所述隔离部件，所述各个隔离部件被设置成，从所述催化剂部的延伸方向上看，邻接的所述隔离截面的所述开口部彼此不重叠。
3.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，
沿着所述催化剂部的延伸方向并列设置了多个所述隔离部件，所述各个隔离部件被设置成，从所述催化剂部的延伸方向上看，邻接的所述隔离截面的所述开口部彼此之间成大致为180度的角度。
4.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，
相对于沿着所述催化剂部的延伸方向流通的气流而言，在最下游侧的所述开口部的进一步的该下游侧，配置有温度检测器。
5.如权利要求4所述的氢生成装置，其特征在于，
从所述催化剂部的延伸方向看，所述温度检测器被设置成与所述最下游侧的所述开口部重叠。
6.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，
具有双层筒，
所述催化剂部的至少一部分形成在所述双层筒的筒间，
所述隔离部件与所述双层筒的内筒的外周面相接合而被配置在所述双层筒的筒间，所述燃烧部构成为从所述内筒的内侧加热该内筒。
7.如权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于，
在俯视图中，所述隔离部件具有内周缘和外周缘，并且呈形成有弧形的间隔的大致C字状，所述开口部形成于该间隔中。
8.一种燃料电池系统，其特征在于，
具有如权利要求1所述的氢生成装置以及燃料电池，并从所述氢生成装置向所述燃料电池供给所述重整气体作为原料。
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