CN107572480B - 热和氢气生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热和氢气生成装置，其能够使朝向燃烧器的供给空气在低温的空气和高温的空气之间切换。热和氢气生成装置具备燃烧器燃烧室(3)、用于在燃烧器燃烧室内实施燃烧器燃烧的燃烧器(7)、被送入燃烧器燃烧气体的重整用催化剂(4)、和用于对向燃烧器供给的空气进行加热的热交换部(13a)。具备切换装置(16、17)，其能够使用于向燃烧器引导外部气体的空气流通路径在高温空气流通路径(13)和低温空气流通路径(14)之间切换，高温空气流通路径将在热交换部内流通且通过热交换部而被加热了的外部气体向燃烧器引导，低温空气流通路径将不在热交换部内流通且与在热交换部中被加热了的外部气体相比温度较低的外部气体向燃烧器引导。

Description

热和氢气生成装置
技术领域
本发明涉及一种热和氢气生成装置。
背景技术
公知一种热和氢生成装置，其具备燃烧器燃烧室、具有用于向燃烧器燃烧室内喷射燃料的燃料喷射口的燃烧器、用于向燃烧器燃烧室内供给空气的空气供给装置、以及重整用催化剂，并且被设为，通过将在燃烧器燃烧室内生成的燃烧器燃烧气体向重整用催化剂送入，从而生成热和氢气(例如参照非专利文献1)。在该热和氢气生成装置中，为了产生部分氧化重整反应，而使空气和燃料在将空气和燃料的O2/C摩尔比维持于0.5的状态下进行反应，由此产生热，并且生成氢气。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：“Application of a Diesel Fuel Reformer for Tier 2Bin5Emissions”Delphi,2006DEER Conference,August 21,2006Detroit,Michigan
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在使用重整用催化剂来进行燃料的部分氧化重整反应的情况下，部分氧化重整反应处于平衡状态时的重整用催化剂的温度、即反应平衡温度会根据空气和燃料的O2/C摩尔比而发生变化，例如，当O2/C摩尔比为0.5时，重整用催化剂的温度、即反应平衡温度成为约830℃。然而，该重整用催化剂的温度是被供给的空气温度为25℃的情况下的值，如果被供给的空气温度升高，则重整用催化剂的温度会随之升高。然而，在上述的热和氢气生成装置中，成为被供给的空气通过从重整用催化剂流出的气体而始终被加热的结构。因此，由于来自重整用催化剂的流出气体的加热作用而使被供给的空气的温度上升时，重整用催化剂的温度会上升。而重整用催化剂的温度升高时，从重整用催化剂流出的气体的温度会升高，被供给的空气的温度会上升，因此，被供给的空气的温度会持续上升。其结果为，会产生重整用催化剂的温度升高、重整用催化剂发生热劣化的问题。
用于解决问题的技术手段
在本发明中，为了解决上述问题，提供了一种热和氢气生成装置，其具备壳体、被形成在壳体内的燃烧器燃烧室、用于在燃烧器燃烧室内实施燃烧器燃烧且具有燃料喷射口和空气供给口的燃烧器、用于向燃料喷射口供给燃料的燃料供给装置、用于向空气供给口供给空气的空气供给装置、以及被配置在壳体内且被送入在燃烧器燃烧室内所生成的燃烧器燃烧气体的重整用催化剂，空气供给装置具备用于通过燃烧器燃烧气体而对向空气供给口供给的空气进行加热的热交换部，热和氢气生成装置通过进行燃烧器燃烧而生成热和氢气，在热和氢气生成装置中，空气供给装置具备切换装置，切换装置能够将用于向空气供给口引导外部气体的空气流通路径在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间进行切换，其中，高温空气流通路径为，将在热交换部内流通并通过热交换部而被加热了的外部气体向空气供给口引导的路径，低温空气流通路径为，将由于不在热交换部内流通从而与在热交换部中被加热了的外部气体相比温度较低的外部气体向空气供给口引导的路径。
发明效果
通过具备能够在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间进行切换的切换装置，从而可以根据需要而将不在热交换部内流通且与在热交换部中被加热了的外部气体相比温度较低的外部气体向空气供给口引导，以使重整用催化剂部不会发生热劣化。
附图说明
图1是热和氢气生成装置的整体图。
图2是用于说明轻油的重整反应的图。
图3是表示反应平衡温度TB与O2/C摩尔比之间的关系的图。
图4是表示每一个碳原子的生成分子个数与O2/C摩尔比之间的关系的图。
图5是表示重整用催化剂内的温度分布的图。
图6是表示被供给的空气温度TA发生了变化时的反应平衡温度TB与O2/C摩尔比之间的关系的图。
图7是表示热和氢气生成控制的时序图。
图8A和图8B是表示进行二次暖机的运转区域的图。
图9是用于进行热和氢气生成控制的流程图。
图10是用于进行热和氢气生成控制的流程图。
图11是用于进行热和氢气生成控制的流程图。
具体实施方式
在图1中示出了热和氢气生成装置1的整体图。该热和氢气生成装置1整体呈圆筒状。
当参照图1时，2表示热和氢气生成装置1的圆筒状壳体，3表示被形成在壳体2内的燃烧器燃烧室，4表示被配置在壳体2中的重整用催化剂，5表示被形成在壳体内的气体流出室。在图1所示的实施例中，重整用催化剂4被配置在壳体2的长度方向中央部处，燃烧器燃烧室3被配置在壳体2的长度方向一端部处，气体流出室5被配置在壳体2的长度方向另一端部处。如图1所示，在本实施例中，壳体2的外周整体被绝热材料6覆盖。
如图1所示，在燃烧器燃烧室3的一端部处配置有具备燃料喷射阀8的燃烧器7。燃料喷射阀8的顶端被配置在燃烧器燃烧室3内，在该燃料喷射阀8的顶端处形成有燃料喷射口9。此外，在燃料喷射阀8周围形成有空气室10，并且在燃料喷射阀8的顶端周围形成有用于将空气室10内的空气朝向燃烧器燃烧室3内喷出的空气供给口11。在图1所示的实施例中，燃料喷射阀8与燃料罐12连接，并且燃料罐12内的燃料从燃料喷射阀8的燃料喷射口9进行喷射。在图1所示的实施例中，该燃料由轻油构成。
另一方面，空气室10在一方经由高温空气流通路径13而与能够控制排出量的空气泵15连接，并且在另一方经由低温空气流通路径14而与能够控制排出量的空气泵15连接。如图1所示，在上述的高温空气流通路径13以及低温空气流通路径14内，分别配置有高温空气阀16和低温空气阀17。此外，如图1所示，高温空气流通路径13具备被配置在气体流出室5内的热交换部，该热交换部在图1中通过附图标记13a而示意性地被示出。另外，该热交换部也能够形成在重整用催化剂4的下游处且划分出气体流出室5的壳体2的周围。即，优选为，该热交换部13a被配置或形成在使用从气体流出室5流出的高温气体热量而进行热交换作用的位置。另一方面，低温空气流通路径14不具有以此种方式使用从气体流出室5流出的高温气体热量而进行热交换作用的热交换部13a。
如果使高温空气阀16开阀并使低温空气阀17闭阀，则外部气体经由空气滤清器18、空气泵15、高温空气流通路径13和空气室10而从空气供给口11被供给到燃烧器燃烧室3内。此时，外部气体、即空气在热交换部13a内流通。与此相对，如果使低温空气阀17开阀并使高温空气阀16闭阀，则外部气体、即空气经由空气滤清器18、空气泵15、低温空气流通路径14和空气室10而从空气供给口11被供给。因此，高温空气阀16以及低温空气阀17构成切换装置，其能够将经由空气室10向空气供给口11供给空气的空气流通路径在高温空气流通路径13与低温空气流通路径14之间进行切换。
另一方面，在燃烧器燃烧室3内配置有点火装置，在图1所示的实施例中，该点火装置由电热塞19构成。该电热塞19经由开关20而与电源21连接。另一方面，在图1所示的实施例中，重整用催化剂4由氧化部4a和重整部4b构成。在图1所示的实施例中，重整用催化剂4的基体由沸石构成，在该基体上，在氧化部4a处主要负载有钯Pd，在重整部4b处主要负载有铑Rh。此外，在燃烧器燃烧室3内，配置有用于对重整用催化剂4的氧化部4a的上游侧端面的温度进行检测的温度传感器22，并且在气体流出室5内，配置有用于对重整用催化剂4的重整部4b的下游侧端面的温度进行检测的温度传感器23。进而，在位于绝热材料6的外部的低温空气流通路径14中，配置有用于对在低温空气流通路径14内流通的空气的温度进行检测的温度传感器24。
如图1所示，热和氢气生成装置1具备电子控制单元30。该电子控制单元30由数字计算机构成，并且如图1所示，具备通过双向总线31而被相互连接在一起的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35以及输出端口36。各温度传感器22、23和24的输出信号分别经由对应的AD转换器37而被输入到输入端口35。此外，表示电热塞19的电阻值的输出信号经由对应的AD转换器37而被输入到输入端口35。进而，在输入端口35中被输入有来自生成各种指令的各种指令生成部39的各种指令。
另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38而分别与燃料喷射阀8、高温空气阀16、低温空气阀17和开关20连接。进而，输出端口36与对空气泵15的排出量进行控制的泵驱动电路40连接，空气泵15的排出量通过该泵驱动电路40而被驱动控制，以使之成为被输出到输出端口36的排出量的指令值。
在热和氢气生成装置1的运转开始时，从燃烧器7喷射出的燃料被电热塞19点燃，由此，从燃烧器7喷射出的燃料和空气在燃烧器燃烧室3内发生反应，从而开始燃烧器燃烧。当燃烧器燃烧开始时，重整用催化剂4的温度逐渐上升。此时，燃烧器燃烧在过稀空燃比下进行。接下来，当重整用催化剂4的温度到达能够重整燃料的温度时，空燃比从过稀空燃比被转换为过浓空燃比，从而使重整用催化剂4中的燃料的重整作用开始。当燃料的重整作用开始时，会生成氢气，含有所生成的氢气的高温气体将从气体流出室5的气体流出口25流出。
由热和氢气生成装置1生成的氢气例如被使用于对车辆的排气净化用催化剂进行暖机。在这种情况下，热和氢气生成装置1例如被配置在车辆的发动机舱内。当然，由热和氢气生成装置1生成的氢气也被使用于其他的各种目的。总之，在热和氢气生成装置1中，通过对燃料进行重整而生成氢气。因此，首先，参照图2而对使用轻油作为燃料的情况下的重整反应进行说明。
在图2的(a)至(c)中，以使用了通常被用作燃料的轻油的情况为例，图示了进行了完全氧化反应时的反应式、进行了部分氧化重整反应时的反应式、以及进行了水蒸气重整反应时的反应式。另外，各反应式中的发热量ΔH0由低位发热量(LHV)来表示。从图2的(b)和(c)可知，为了从轻油产生氢气，具有进行部分氧化重整反应的方法和进行水蒸气重整反应的方法这两种方法。水蒸气重整反应是向轻油中添加水蒸气的方法，从图2(c)可知，该水蒸气重整反应是吸热反应。因此，为了发生水蒸气重整反应，需要从外部增加热量。在大型的氢气生成工厂设备中，通常，除了部分氧化重整反应以外，为了提高氢气的生成效率，还使用不将产生的热量舍弃而将产生的热量利用于氢气的生成中的水蒸气重整反应。
与此相对，在本发明中，为了生成氢气和热的双方，从而不使用将产生的热量利用于氢气的生成中的水蒸气重整反应，在本发明中，仅使用部分氧化重整反应来生成氢气。从图2(b)可知，该部分氧化重整反应是放热反应，因此，即使不从外部增加热量，也会由于自身产生的热而进行重整反应，从而生成氢气。如图2(b)的部分氧化重整反应的反应式所示，部分氧化重整反应在表示欲使之反应的空气和燃料的O2/C摩尔比为0.5的过浓空燃比下进行，此时，生成CO和H2。
图3示出了当使空气和燃料在重整用催化剂中反应并达到平衡时的反应平衡温度TB与空气和燃料的O2/C摩尔比之间的关系。另外，图3中的实线示出了当空气温度为25℃时的理论值。如图3中的实线所示，当以O2/C摩尔比＝0.5的过浓空燃比进行部分氧化重整反应时，平衡反应温度TB成为大约830℃。另外，虽然此时的实际的平衡反应温度TB略低于830℃，但是在下文中将平衡反应温度TB设为图3中实线所示的值而对本发明的实施例进行说明。
另一方面，从图2(a)的完全氧化反应的反应式可知，当O2/C摩尔比＝1.4575时，空气和燃料之比成为理论空燃比，如图3所示，当空气和燃料之比成为理论空燃比时，反应平衡温度TB变为最高。当O2/C摩尔比在0.5至1.4575之间时，则一部分进行部分氧化重整反应，一部分进行完全氧化反应。在这种情况下，O2/C摩尔比越增大，则与进行部分氧化重整反应的比例相比，进行完全氧化反应的比例越增大，因此，O2/C摩尔比越增大，则反应平衡温度TB越升高。
另一方面，图4示出了每个碳原子的生成分子(H2以及CO)的个数与O2/C摩尔比之间的关系。如上所述，O2/C摩尔比与0.5相比越增大，则进行部分氧化重整反应的比例越减小。因此，如图4所示，O2/C摩尔比与0.5相比越增大，则H2以及CO的生成量越减少。另外，虽然在图4中没有记载，但当O2/C摩尔比大于0.5时，会通过图2(a)所示的完全氧化反应，而使CO2和H2O的生成量增加。另外，图4示出了假设为不发生图2(d)所示的水煤气变换反应的情况下的H2以及CO的生成量。然而，实际上由于通过部分氧化重整反应而生成的CO和通过完全氧化反应而生成的H2O，会发生图2(d)所示的水煤气变换反应，且通过该水煤气变换反应也会生成氢气。
如上所述，O2/C摩尔比与0.5相比越增大，则H2和CO的生成量越减少。另一方面，如图4所示，当O2/C摩尔比小于0.5时，不能进行反应的剩余的碳C将增加。该剩余的碳C会沉积在重整用催化剂的基体的细孔内，而发生所谓的焦化。如果发生焦化，则重整用催化剂的重整能力会显著降低。因此，为了避免发生焦化，需要使O2/C摩尔比不小于0.5。此外，从图4可知，在不产生剩余的碳C的范围内，当O2/C摩尔比为0.5时，氢气的生成量最大。因此，在本发明的实施例中，当进行部分氧化重整反应以生成氢气时，为了能够在避免焦化的发生的同时最高效地生成氢气，原则上将O2/C摩尔比设为0.5。
另一方面，虽然即使将O2/C摩尔比设为大于作为理论空燃比的O2/C摩尔比＝1.4575也会进行完全氧化反应，但是，O2/C摩尔比越增大，则应当升温的空气量越增多。因此，如图3所示，当O2/C摩尔比被设为大于表示理论空燃比的O2/C摩尔比＝1.4575时，O2/C摩尔比越增大，则反应平衡温度TB越降低。在这种情况下，例如，如果将O2/C摩尔比设为2.6的过浓空燃比，则在空气温度为25℃的情况下，反应平衡温度TB成为约920℃。
并且，如上文所述，在图1所示的热和氢气生成装置1的运转开始时，从燃烧器7喷射出的燃料被电热塞19点燃，由此，从燃烧器7喷射出的燃料以及空气在燃烧器燃烧室3内进行反应，从而开始燃烧器燃烧。当燃烧器燃烧开始后，重整用催化剂4的温度会逐渐上升。此时，在过稀空燃比下进行燃烧器燃烧。接下来，当重整用催化剂4的温度达到能够重整燃料的温度时，将空燃比从过稀空燃比切换为过浓空燃比，并且开始重整用催化剂4中的燃料的重整作用。当燃料的重整动作开始后，会生成氢气。在图5中示出了当重整用催化剂4中的反应成为平衡状态时的重整用催化剂4的氧化部4a以及重整部4b内的温度分布。另外，该图5示出了，当外部气体温度为25℃时将该外部气体经由图1所示的低温空气流通路径14而从燃烧器7供给到燃烧器燃烧室3内的情况下的温度分布。
图5的实线示出了当从燃烧器7供给的空气和燃料的O2/C摩尔比为0.5时的重整用催化剂4的氧化部4a和重整部4b内的温度分布。如图5所示，在这种情况下，在重整用催化剂4的氧化部4a处，由于残留的氧而产生的氧化反应热，从而重整用催化剂4内的温度朝向下游侧而上升。当燃烧气体从重整用催化剂4的氧化部4a内而进入重整部4b内时，燃烧气体中的残留的氧气消失，从而在重整用催化剂4的重整部4b处进行燃料的重整作用。该重整反应是吸热反应，因此，重整用催化剂4内的温度随着重整作用的进行而降低，即，朝向重整用催化剂4的下游侧而降低。此时的重整用催化剂4的下游侧端面的温度为830℃，与图3所示的O2/C摩尔比＝0.5时的反应平衡温度TB一致。
另一方面，在图5中以虚线示出了当从燃烧器7供给的空气和燃料的O2/C摩尔比为2.6的过稀空燃比时的重整用催化剂4内的温度分布。在这种情况下，在重整用催化剂4的氧化部4a内，也由于燃料的氧化反应热，而使重整用催化剂4内的温度朝向下游侧而上升。另一方面，在这种情况下，由于在重整用催化剂4的重整部4b内不进行重整作用，因此重整用催化剂4内的温度在重整部分4b内保持恒定。此时的重整用催化剂4的下游侧端面的温度是920℃，与图3所示的O2/C摩尔比＝2.6时的反应平衡温度TB一致。即，图3的反应平衡温度TB表示，在外部气体温度为25℃时将该外部气体经由图1所示的低温空气流通路径14而从燃烧器7供给到燃烧器燃烧室3内时的重整用催化剂4的下游侧端面的温度。
接下来，参照图6而对当使重整用催化剂中与燃料反应的空气的温度发生了变化时的反应平衡温度TB进行说明。图6与图3同样地示出了当使空气和燃料在重整用催化剂中发生反应并达到平衡时的反应平衡温度TB与空气和燃料的O2/C摩尔比之间的关系。另外，在图6中，TA表示空气温度，在该图6中，再次用实线来表示在图3中用实线所示的反应平衡温度TB与O2/C摩尔比之间的关系。在图6中进一步以虚线示出了当使空气温度TA变为225℃、425℃、625℃时的反应平衡温度TB与O2/C摩尔比之间的关系。从图6可知，如果空气温度TA升高，则不论O2/C摩尔比如何，反应平衡温度TB均整体上升高。
另一方面，本发明的实施例中所使用的重整用催化剂4被确认到如下情况，即，如果催化剂温度为950℃以下，则不会发生很大的热劣化。因此，在本发明的实施例中，将950℃设为能够避免重整用催化剂4的热劣化的容许催化剂温度TX，该容许催化剂温度TX在图3、图5以及图6中被示出。从图5可知，当空气温度TA为25℃时，不论是O2/C摩尔比为0.5时还是O2/C摩尔比为2.6时，在重整用催化剂4的任意位置处，重整用催化剂4中的反应达到平衡状态时的重整用催化剂4的温度均为容许催化剂温度TX以下。因此，在这种情况下，在实际应用上不会出现热劣化的问题，而能够持续使用重整用催化剂4。
另一方面，从图3可知，即使在空气温度TA为25℃时，如果O2/C摩尔比稍大于0.5，则重整用催化剂4中的反应达到平衡状态时的重整用催化剂4的下游侧端面的温度、即反应平衡温度TB也会超过容许催化剂温度TX，而如果O2/C摩尔比稍小于2.6，则重整用催化剂4中的反应达到平衡状态时的重整用催化剂4的下游侧端面的温度也会超过容许催化剂温度TX。因此，例如，在重整用催化剂4中的反应处于平衡状态时发生部分氧化重整反应的情况下，虽然也可以使O2/C摩尔比大于0.5，但是O2/C摩尔比可增大的范围受限。
另一方面，由图6可知，如果空气温度TA变高，则当重整用催化剂4中的反应成为平衡状态时，即使将O2/C摩尔比设为0.5，重整用催化剂4中的反应成为平衡状态时的重整用催化剂4的下游侧端面的温度也将会变得高于容许催化剂温度TX，因此重整用催化剂4将会热劣化。因此，当空气温度TA变高时，在重整用催化剂4中的反应成为平衡状态时，无法将O2/C摩尔比设为0.5。因此，在本发明的实施例中，当重整用催化剂4中的反应成为平衡状态时，将空气温度TA设为25℃左右的低温，并且在将空气温度TA维持于约25℃的低温的状态下，将O2/C摩尔比设为0.5。
接下来，参照图7而对由图1所示的热和氢气生成装置1所实施的热和氢气生成方法的概要进行说明。另外，在图7中示出了电热塞19的工作状态、来自燃烧器7的供给空气量、来自燃烧器7的喷射燃料量、欲使之反应的空气和燃料的O2/C摩尔比、从燃烧器7供给的空气的供给空气温度、以及重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC。另外，在图7等中所示的针对重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC的各目标温度和针对重整用催化剂4的温度的各目标温度是理论值，在本发明的实施例中，如上文所述，例如，实际的平衡反应温度TB比作为目标温度的830℃略低。上述的各目标温度根据热和氢气生成装置1的结构等而发生变化，因此，实际上，需要进行实验来预先确定与热和氢气生成装置1的结构对应的最佳的各目标温度。
当热和氢气生成装置1的运转开始时，电热塞19被设为接通，接下来，空气经由高温空气流通路径13而被供给到燃烧器燃烧室3内。在这种情况下，也可以如图7中的虚线所示，在空气经由高温空气流通路径13而被供给到燃烧器燃烧室3内之后，将电热塞19设为接通。接下来，从燃烧器7喷射燃料。从燃烧器7喷射的燃料被电热塞19点燃后，燃料量增加，并且欲使之反应的空气和燃料的O2/C摩尔比从4.0减少到3.0，而在燃烧器燃烧室3内开始燃烧器燃烧。在从燃料的供给开始起到燃料被点燃为止的期间内，为了尽量抑制HC的产生量，从而将空燃比设为过稀空燃比。
接下来，在过稀空燃比下继续进行燃烧器燃烧，由此，使重整用催化剂4的温度逐渐上升。另一方面，燃烧器燃烧开始后，穿过重整用催化剂4并流出到气体流出室5内的气体的温度逐渐上升。因此，通过该气体而在热交换部13a中被加热的空气的温度也将逐渐上升，其结果为，从高温空气流通路径13向燃烧器燃烧室3内供给的空气的温度逐渐上升。由此，重整用催化剂4的暖机得到促进。在本发明的实施例中，如图7所示，将以这种方式在过稀空燃比下进行的重整用催化剂4的暖机称为“初次暖机”。另外，在图7所示的示例中，在该初次暖机的期间，供给空气量和燃料量增加。
该初次暖机被持续进行到在重整用催化剂4中能够进行燃料的重整为止。在本发明的实施例中，如果重整用催化剂4的下游侧端面的温度成为700℃，则判断为在重整用催化剂4中能够进行燃料的重整，因此，如图7所示，在本发明的实施例中，该初次暖机被持续进行到重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC成为700℃为止。另外，在本发明的实施例中，从热和氢气生成装置1的运转开始起到重整用催化剂4的初次暖机完成为止，如图7所示，欲使之反应的空气和燃料的O2/C摩尔比被设为3.0至4.0。当然，此时，由于重整用催化剂4的温度明显低于容许催化剂温度TX，因此，也可以将欲使之反应的空气和燃料的O2/C摩尔比设为例如接近如2.0至3.0这样的理论空燃比的O2/C摩尔比。
接下来，当重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC成为700℃时，判断为在重整用催化剂4中能够进行燃料的重整，并开始用于生成氢气的部分氧化重整反应。在本发明的实施例中，此时，如图7所示，首先开始进行二次暖机，在二次暖机完成后进行正常运转。进行该二次暖机是为了在生成氢气的同时使重整用催化剂4的温度进一步上升。该二次暖机被持续进行到重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC达到反应平衡温度TB为止，当重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC达到反应平衡温度TB时，转移到正常运转。在图8A中，利用由实线GL、GU和GS所包围的阴影区域而示出了进行该二次暖机的热和氢气生成装置1的运转区域GG。另外，在图8A中，纵轴表示待反应的空气和燃料的O2/C摩尔比，横轴表示重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC。
如参照图4所说明的那样，如果待反应的空气和燃料的O2/C摩尔比小于0.5，则会发生焦化。图8A中的实线GL表示与焦化的生成相对应的O2/C摩尔比的边界，在O2/C摩尔比小于该边界GL的区域中会发生焦化。另外，如果重整用催化剂4的温度变低，则即使O2/C摩尔比变大，即，即使空燃比的过浓的程度降低，碳C也不会被氧化，而是沉积在重整用催化剂的基体的细孔内，从而发生焦化。因此，如图8A所示，重整用催化剂4的温度越降低，则发生焦化的O2/C摩尔比的边界GL就越升高。因此，为了避免焦化的发生，部分氧化重整反应、即热和氢气生成装置1的二次暖机以及正常运转在该O2/C摩尔比的边界GL上或在边界GL的上侧被实施。
另一方面，在图8A中，实线GU表示在热和氢气生成装置1的二次暖机时，用于防止重整用催化剂4的温度超过容许催化剂温度TX的O2/C摩尔比的上限保护值，而实线GS表示在热和氢气生成装置1的二次暖机时，用于防止重整用催化剂4的温度超过容许催化剂温度TX的重整用催化剂4的下流侧端面的温度TC的上限保护值。在二次暖机开始后，O2/C摩尔比被设为0.5，当重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC达到O2/C摩尔比＝0.5时的反应平衡温度TB时，转移到正常运转，而在使重整用催化剂4的下流侧端面的温度TC维持于反应平衡温度TB的状态下持续生成氢气。
图8B示出了转移到正常运转之前的二次暖机控制的一个示例。在图8B所示的示例中，如箭头所示，当重整用催化剂4的下游侧端面的温度成为700℃时，为了促进重整用催化剂4的二次暖机，而在O2/C摩尔比＝0.56下开始部分氧化重整反应，接着，直到重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC变为830℃为止，在O2/C摩尔比＝0.56下持续进行部分氧化重整反应。接下来，当重整用催化剂4的下游侧端面的温度变为830℃时，使O2/C摩尔比降低到O2/C摩尔比＝0.5。接下来，当O2/C摩尔比成为0.5时，重整用催化剂4中的重整反应成为平衡状态。接下来，O2/C摩尔比被维持于0.5，并转移到正常运转。
并且，当以这种方式而使重整用催化剂4中的重整反应变为平衡状态时，如果欲使之与燃料反应的空气的温度TA较高，则如参照图6所说明的那样，反应平衡温度TB会变高。其结果为，重整用催化剂4的温度变得比容许催化剂温度TX更高，因此重整用催化剂4发生热劣化。因此，在本发明的实施例中，当O2/C摩尔比被维持于0.5并且重整用催化剂4中的重整反应成为平衡状态时，从高温空气流通路径13向燃烧器燃烧室3内的高温空气的供给被停止，并从低温空气流通路径14向燃烧器燃烧室3内供给低温的空气。此时，重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC被维持于830℃，因此，重整用催化剂4的温度被维持在容许催化剂温度TX以下。因此，能够在避免重整用催化剂4的热劣化的同时通过部分氧化重整反应而生成氢气。
另外，当在图8A和图8B所示的运转区域GG中进行二次暖机时，由于重整用催化剂4中的重整反应没有成为平衡状态，因此，即使空气温度TA较高，重整用催化剂4的温度也不会如图6所示而升高。但是，由于该二次暖机在重整用催化剂4的温度较高的状态下进行，因此，会由于某些原因而存在重整用催化剂4的温度变得比容许催化剂温度TX更高的危险性。因此，在本发明的实施例中，为了防止重整用催化剂4的温度变得比容许催化剂温度TX更高，从而在二次暖机开始的同时，停止从高温空气流通路径13向燃烧器燃烧室3内的高温空气的供给，并且从低温空气流通路径14向燃烧器燃烧室3内供给低温的空气。即，如图7所示，使供给空气温度下降。此后，继续从低温空气流通路径14向燃烧器燃烧室3内供给低温的空气，直到正常运转完成。
如上所述，当欲使之与燃料反应的空气的温度TA为25℃时，O2/C摩尔比＝0.5时的平衡反应温度TB成为830℃。因此，一般来说，当欲使之与燃料反应的空气的温度为TA℃时，O2/C摩尔比＝0.5时的平衡反应温度TB成为(TA+805℃)。因此，在本发明的实施例中，在欲使之与燃料反应的空气的温度为TA的情况下，当开始了二次暖机时，在O2/C摩尔比＝0.56下持续进行部分氧化重整反应，直到重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC成为(TA+805℃)为止，接下来，当重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC成为(TA+805℃)时，使O2/C摩尔比降低到O2/C摩尔比＝0.5。接下来，当O2/C摩尔比成为0.5时，使O2/C摩尔比维持于0.5。
另外，上述的欲使之与燃料反应的空气的温度TA是指，在计算如图3所示的平衡反应温度TB时所使用的空气的温度，并且是不受燃烧器燃烧室3内的燃烧器燃烧的反应热的影响的空气的温度。例如，从空气供给口11供给的空气或者空气室10内的空气会受到燃烧器燃烧的反应热的影响，吸收燃烧器燃烧的反应热的热能来使温度升高。因此，这些空气的温度表示已经在反应的过程中的空气的温度，因此，不是计算平衡反应温度TB时的空气的温度。
此处，需要对平衡反应温度TB进行计算的是，在进行部分氧化重整反应时，即，在从低温空气流通路径14将低温的空气向燃烧器燃烧室3内进行供给时。因此，在本发明的实施例中，为了检测不受燃烧器燃烧室3内的燃烧器燃烧的反应热的影响的空气的温度，如图1所示，将温度传感器24配置在位于绝热材料6的外部的低温空气流通路径14上，并将由该温度传感器24检测出的温度用作计算平衡反应温度TB时的空气的温度TA。
另一方面，当发出停止指令时，如图7所示，燃料的供给被停止。此时，如果停止空气的供给，则存在由于在热和氢气生成装置1内残留的燃料而使重整用催化剂4发生焦化的危险性。因此，在本发明的实施例中，为了使残留在热和氢气生成装置1中的燃料被燃烧去除，从而如图7所示，在发出停止指令之后的短暂的时间内继续供给空气。
以这种方式，在本发明的实施例中，为了防止重整用催化剂4的温度变得比容许催化剂温度TX更高，从而在二次暖机开始的同时，停止从高温空气流通路径13向燃烧器燃烧室3内的高温空气的供给，并从低温空气流通路径14向燃烧器燃烧室3内供给低温的空气。换言之，此时，向燃烧器燃烧室3内送入空气的空气流通路径从送入高温的空气的高温空气流通路径而被切换到送入低温的空气的低温空气流通路径。在本发明的实施例中，为了能够以这种方式使向燃烧器燃烧室3内送入空气的空气流通路径在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间切换，从而设置有由高温空气阀16和低温空气阀17构成的切换装置。在这种情况下，在本发明的实施例中，从空气滤清器18经由高温空气流通路径13至空气供给口11的空气流通路径对应于高温空气流通路径，从空气滤清器18经由低温空气流通路径14至空气供给口11的空气流通路径对应于低温空气流通路径。
即，在本发明中，热和氢气生成装置1具备壳体2、被形成在壳体2内的燃烧器燃烧室3、用于在燃烧器燃烧室3内进行燃烧器燃烧且具有燃料喷射口9和空气供给口11的燃烧器7、用于向燃料喷射口9供给燃料的燃料供给装置、用于向空气供给口11供给空气的空气供给装置、以及被配置在壳体2内且被送入在燃烧器燃烧室3内所生成的燃烧器燃烧气体的重整用催化剂4。空气供给装置具备用于通过燃烧器燃烧气体而对向空气供给口11供给的空气进行加热的热交换部13a。热和氢气生成装置1通过进行燃烧器燃烧而生成热和氢气。在热和氢气生成装置1中，空气供给装置具备切换装置，该切换装置能够将用于向空气供给口11引导外部气体的空气流通路径在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间进行切换，其中，高温空气流通路径为，将在热交换部13a内流通并通过热交换部13a而被加热了的外部气体向空气供给口11引导的路径，低温空气流通路径为，将由于不在热交换部13a内流通从而与在热交换部13a中被加热了的外部气体相比温度较低的外部气体向空气供给口11引导的路径。
在这种情况下，在本发明的实施例中，在壳体2的一端处配置有具有燃料喷射口9和空气供给口11的燃烧器7，在壳体2的另一端处具备气体流出口25，在燃烧器7和气体流出口25之间的壳体2内配置有重整用催化剂4。通过以此种方式将具有燃料喷射口9和空气供给口11的燃烧器7配置在壳体2的一端处，从而能够将燃烧气体热均匀地供给到整个重整用催化剂4。进而，在本发明的实施例中，热交换部13a被配置在重整用催化剂4和气体流出口25之间的壳体2内。通过以此种方式将热交换部13a配置在重整用催化剂4和气体流出口25之间的壳体2内，从而能够通过从重整用催化剂4流出的高温气体来有效地对在热交换部13a内流动的空气进行加热。
另一方面，在本发明的实施例中，具备空气泵15，从空气泵15排出的空气经由高温空气流通路径和低温空气流通路径中的任意一个而被供给到空气供给口11。即，可以通过一个空气泵15而将高温的空气和低温的空气选择性地向燃烧器燃烧室3内供给。此外，在本发明的实施例中，空气泵15由能够控制排出量的泵构成。因此，通过控制空气泵15的排出量，从而能够对从高温空气流通路径供给的高温的空气流量和从低温空气流通路径供给的低温的空气流量进行控制。
接下来，对图9至图11所示的热和氢气生成控制程序进行说明。该热和氢气生成控制程序在图1所示的各种指令生成部39发出了热和氢气生成控制开始指令时被执行。在这种情况下，例如，当热和氢气生成装置1的启动开关被接通时，发出该热和氢气生成控制开始指令。此外，在热和氢气生成装置1被用于对车辆的排气净化用催化剂进行暖机的情况下，当点火开关被接通时，发出该热和氢气生成控制开始指令。
当执行热和氢气生成控制程序时，首先，在图9的步骤100中，基于温度传感器22的输出信号来判断重整用催化剂4的上游侧端面的温度TD是否为能够在重整用催化剂4的上游侧端面上进行氧化反应的温度、例如300℃以上。在重整用催化剂4的上游侧端面的温度TD为300℃以下的情况下，进入步骤101，并将电热塞19接通。接下来，在步骤102中，判断从电热塞19被接通后是否经过了固定时间，当经过了固定时间时，进入步骤103。
在步骤103中，使空气泵15工作，从而经由高温空气流通路径13将空气供给到燃烧器燃烧室3。另外，在热和氢气生成装置1的工作停止时，高温空气阀16被开阀，并且低温空气阀17被闭阀，因此，在使热和氢气生成装置1工作时，经由高温空气流通路径13将空气供给到燃烧器燃烧室3。接下来，在步骤104中，根据电热塞19的电阻值，计算出电热塞19的温度TG。接下来，在步骤105中，判断电热塞19的温度TG是否超过了700℃。当判断为电热塞19的温度未超过700℃时，返回步骤103。与此相对，当判断为电热塞19的温度TG超过了700℃时，判断为能够点燃，并且进入步骤106。
在步骤106中，从燃烧器7向燃烧器燃烧室3喷射燃料，接下来，在步骤107中，基于温度传感器22的输出信号，对重整用催化剂4的上游侧端面的温度TD进行检测。接下来，在步骤108中，根据温度传感器22的输出信号，判断燃料是否已点燃。如果燃料点燃，则重整用催化剂4的上游侧端面的温度TD会瞬间上升，因此，能够根据温度传感器22的输出信号来判断燃料是否已点燃。在步骤108中判断为燃料未被点燃时，返回步骤106，而在步骤108中判断为燃料已点燃时，进入步骤109，将电热塞19关断。接下来，进入图10的步骤110。另外，如果燃料被点燃，则重整用催化剂4的上游侧端面的温度TD会立即成为能够在重整用催化剂4的上游侧端面上进行氧化反应的温度、例如300℃以上。另一方面，当在步骤100中判断为重整用催化剂4的上游侧端面的温度TD为300℃以上时，也进入步骤110。
在步骤110以及步骤111中，进行初次暖机。即，以使O2/C摩尔比成为3.0的方式，在步骤110中控制空气泵15的排出量，并且在步骤111中控制来自燃烧器7的燃料喷射量。另外，在本发明的实施例中，当进行该初次暖机时，如图7所示，空气供给量以及燃料喷射量被阶段性地增加。接下来，在步骤112中，基于温度传感器23的输出信号来判断重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC是否超过700℃。当判断为重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC未超过700℃时，返回步骤110，而继续进行初次暖机。与此相对，当判断为重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC超过了700℃时，进入步骤113，而开始部分氧化重整反应。即，开始二次暖机。
当部分氧化重整反应开始时，即，当二次暖机开始时，在步骤113中，将低温空气阀17开阀，并且将高温空气阀16闭阀。因此，此时，空气经由低温空气流通路径14而被供给到燃烧器燃烧室3。接下来，在步骤115中，获取输出热量(kW)的要求值。例如，在热和氢气生成装置1被用于对车辆的排气净化用催化剂进行暖机的情况下，该输出热量的要求值被设为为了使排气净化用催化剂升高到活性化温度所需的热量。接下来，在步骤116中，对产生该输出热量(kW)的要求输出热量所需的燃料喷射量进行计算。
接下来，在步骤117中，以在步骤116中计算出的喷射量来喷射燃料，并且控制空气泵15的排出量以使得O2/C摩尔比成为0.56。此时，进行部分氧化重整反应并生成氢气。接下来，在步骤118中，对重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC是否达到了由温度传感器24检测出的空气温度TA与805℃之和(TA+805℃)进行判断。如上文所述，该温度(TA+805℃)表示当空气温度为TA℃时在O2/C摩尔比＝0.5下进行了部分氧化重整反应时的反应平衡温度TB。因此，在步骤118中，对重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC是否达到了反应平衡温度(TA+805℃)进行判断。
当判断为重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC未达到反应平衡温度(TA+805℃)时，返回步骤117，并继续控制空气泵15的排出量以使O2/C摩尔比成为0.56。与此相对，在步骤118中，当判断为重整用催化剂4的下游侧端面的温度TC达到了反应平衡温度(TA+805℃)时，进入步骤119，在将空气泵15的排出量维持于恒定的状态下使燃料喷射量逐渐增加。其结果为，O2/C摩尔比逐渐降低。接下来，在步骤120中，判断O2/C摩尔比是否成为了0.5。当判断为O2/C摩尔比并未成为0.5时，返回步骤119。与此相对，在步骤120中，当判断为O2/C摩尔比成为了0.5时，判断为二级暖机已经完成。当判断为二次暖机已经完成时，进入图11的步骤121，而进行正常运转。
在本发明的实施例中，作为正常运转时的运转模式，能够选择热和氢气生成运转模式与热生成运转模式这两种运转模式。热和氢气生成运转模式是在O2/C摩尔比＝0.5下进行部分氧化重整反应的运转模式，在该热和氢气生成运转模式下，生成热和氢气。另一方面，热生成运转模式是在例如O2/C摩尔比＝2.6下进行完全氧化反应的运转模式，在该热生成运转模式下，不生成氢气，只生成热量。根据需要来选择性地使用上述的热和氢气生成运转模式与热生成运转模式。
然后，再次返回到图11，在步骤121中，判断是否处于热和氢气生成运转模式。在步骤121中,当判断为处于热和氢气生成运转模式时，进入步骤122，而在O2/C摩尔比＝0.5下进行部分氧化重整反应。此时，生成热和氢气。接下来，进入步骤124。另一方面，在步骤121中，当判断为不处于热和氢气生成运转模式时，即，判断为处于热生成运转模式时，进入步骤123，而在O2/C摩尔比＝2.6下进行完全氧化反应。此时，只生成热量。接下来，进入步骤124。
在步骤124中，对是否发出了用于停止热和氢气生成装置1的运转的指令进行判断。在图1所示的各种指令生成部39中发出该用于停止热和氢气生成装置1的运转的指令。当并未发出用于停止热和氢气生成装置1的运转的指令时，返回步骤121。与此相对，在步骤124中，当判断为发出了用于停止热和氢气生成装置1的运转的指令时，进入步骤125，而停止来自燃烧器7的燃料喷射。接下来，在步骤126中，为了用空气替换剩余的燃料，从而从空气泵15供给少量的空气。接下来，在步骤127中，判断是否经过了固定时间。当判断为并未经过固定时间时，返回步骤126。
与此相对，在步骤127中，当判断为经过了固定时间时，进入步骤128，停止空气泵15的工作，并且停止向燃烧器燃烧室3内的空气的供给。接下来，在步骤129中，将低温空气阀17闭阀，并且将高温空气阀16开阀。接下来，在使热和氢气生成装置1的工作停止的期间内，低温空气阀17被持续闭阀，并且高温空气阀16被持续开阀。
附图标记
1 热和氢气生成装置
3 燃烧器燃烧室
4 重整用催化剂
5 气体流出室
7 燃烧器
9 燃料喷射口
11 空气供给口
13 高温空气流通路径
13a 热交换部
14 低温空气流通路径
15 空气泵
16 高温空气阀
17 低温空气阀
19 电热塞
22、23、24 温度传感器

Claims (4)

1.一种热和氢气生成装置，其具备壳体、被形成在该壳体内的燃烧器燃烧室、用于在燃烧器燃烧室内实施燃烧器燃烧且具有燃料喷射口和空气供给口的燃烧器、用于向该燃料喷射口供给燃料的燃料供给装置、用于向该空气供给口供给空气的空气供给装置、以及被配置在该壳体内且被送入在该燃烧器燃烧室内所生成的燃烧器燃烧气体的重整用催化剂，该空气供给装置具备用于通过燃烧器燃烧气体而对向该空气供给口供给的空气进行加热的热交换部，所述热和氢气生成装置通过进行该燃烧器燃烧而生成热和氢气，
在所述热和氢气生成装置中，
该空气供给装置具备切换装置，该切换装置能够将用于向该空气供给口引导外部气体的空气流通路径在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间进行切换，其中，所述高温空气流通路径为，将在该热交换部内流通并通过该热交换部而被加热了的外部气体向该空气供给口引导的路径，所述低温空气流通路径为，将由于不在该热交换部内流通从而与在该热交换部中被加热了的外部气体相比温度较低的外部气体向该空气供给口引导的路径。
2.如权利要求1所述的热和氢气生成装置，其中，
具有该燃料喷射口和该空气供给口的该燃烧器被配置在该壳体的一端处，在该壳体的另一端处具备气体流出口，并且，该重整用催化剂被配置在该燃烧器和该气体流出口之间的该壳体内。
3.如权利要求2所述的热和氢气生成装置，其中，
该热交换部被配置在该重整用催化剂和该气体流出口之间的该壳体内，向该空气供给口供给的空气通过从该重整用催化剂流出的气体而被加热。
4.如权利要求1所述的热和氢气生成装置，其中，
该空气泵由能够控制排出量的泵构成。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BG112796A (bg) * 2018-09-03 2020-04-15 Тодор ТОДОРОВ Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг
CN111997799A (zh) * 2020-08-24 2020-11-27 哈尔滨工程大学 一种具有自调温功能的网状加热重整装置系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4033133A (en) * 1976-03-22 1977-07-05 California Institute Of Technology Start up system for hydrogen generator used with an internal combustion engine
CN104736474A (zh) * 2012-08-30 2015-06-24 埃利门特第一公司 制氢装置

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3909299A (en) * 1973-10-01 1975-09-30 United Technologies Corp Fuel cell system including reform reactor
US3982910A (en) * 1974-07-10 1976-09-28 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Hydrogen-rich gas generator
JPH01306709A (ja) * 1988-06-06 1989-12-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 触媒燃焼装置
JPH01306710A (ja) * 1988-06-06 1989-12-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 触媒燃焼装置
JPH02309107A (ja) * 1989-05-22 1990-12-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃焼装置
JPH07215702A (ja) * 1994-01-28 1995-08-15 Shin A C Ii:Kk 燃料改質装置
US20020006535A1 (en) * 1996-11-01 2002-01-17 Richard Woods Integrated power module
DE10196614T1 (de) * 2000-09-14 2003-10-30 Toshiba Kk Festpolymer-Brennstoffzellensystem
US8177868B2 (en) * 2002-01-04 2012-05-15 Meggitt (Uk) Limited Reforming apparatus and method
JP4000588B2 (ja) * 2002-02-12 2007-10-31 株式会社Ｉｈｉ 燃料処理装置とその起動方法
US7172638B2 (en) * 2002-04-29 2007-02-06 General Motors Corporation Staged air autothermal reformer for improved startup and operation
JP2004018363A (ja) * 2002-06-20 2004-01-22 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置
US7001682B2 (en) * 2002-06-24 2006-02-21 Delphi Technologies, Inc. Solid-oxide fuel cell system having means for controlling tail gas combustion temperature
DE10237744A1 (de) * 2002-08-17 2004-03-04 Daimlerchrysler Ag Reaktorsystem zur Wasserstofferzeugung
RU2378188C2 (ru) * 2004-05-28 2010-01-10 Хайрадикс, Инк. Способ получения водорода с использованием парового риформинга с частичным окислением
JP4786162B2 (ja) * 2004-10-21 2011-10-05 東芝燃料電池システム株式会社 液体燃料改質システムと方法
JP4664709B2 (ja) * 2005-03-08 2011-04-06 トヨタ自動車株式会社 水素生成装置および燃料電池システム
US8282907B2 (en) * 2006-08-02 2012-10-09 Hyradix, Inc. Hydrogen generation processes and apparatus and control system
WO2009087819A1 (ja) * 2008-01-08 2009-07-16 Honda Motor Co., Ltd. 内燃機関の排気浄化装置
US8114175B2 (en) * 2008-08-14 2012-02-14 Delphi Technologies, Inc. Fuel cell hydrocarbon reformer having rapid transient response and convective cooling
JP5681948B2 (ja) * 2008-11-20 2015-03-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素生成装置及びそれを備える燃料電池システム
CN101918306B (zh) * 2008-11-20 2012-11-07 松下电器产业株式会社 氢生成装置以及具备其的燃料电池系统
WO2010080082A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 Utc Power Corporation Solid oxide fuel system
US8673222B2 (en) * 2009-06-11 2014-03-18 Panasonic Corporation Hydrogen generator and method for operating the same
CN103339776B (zh) * 2011-01-24 2015-08-26 日产自动车株式会社 燃料电池发电系统以及燃料电池发电系统的控制方法
US9573094B2 (en) * 2013-10-08 2017-02-21 Praxair Technology, Inc. System and method for temperature control in an oxygen transport membrane based reactor
US20160263523A1 (en) * 2015-03-10 2016-09-15 Don Calvin Van Dyke Exhaust gas reformation using humic substances

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4033133A (en) * 1976-03-22 1977-07-05 California Institute Of Technology Start up system for hydrogen generator used with an internal combustion engine
CN104736474A (zh) * 2012-08-30 2015-06-24 埃利门特第一公司 制氢装置

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Publication number Publication date
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