JP2018020926A - Hydrogen generator and operational method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内筒と外筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有する蒸発器を有する水素生成装置及びその運転方法に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator having an evaporator having a spiral flow path that evaporates while spirally flowing between an inner cylinder and an outer cylinder, and an operation method thereof.
近年、小型装置でも高効率な発電を可能とする燃料電池発電システムは、分散型エネルギー供給源の発電システムとして開発が進められている。しかし、発電時の燃料となる水素ガス又は水素含有ガスは、一般的なインフラとして整備されていない。 In recent years, fuel cell power generation systems that enable highly efficient power generation even with small devices have been developed as power generation systems for distributed energy sources. However, hydrogen gas or hydrogen-containing gas that serves as fuel during power generation is not maintained as a general infrastructure.
そこで、一般の燃料電池システムは、都市ガス、プロパンガス等の既存の化石原料インフラから供給される原料と水(水蒸気)から水素含有ガスを生成させる水素生成装置を併設している。 Therefore, a general fuel cell system is provided with a hydrogen generator that generates a hydrogen-containing gas from raw materials supplied from an existing fossil raw material infrastructure such as city gas and propane gas and water (steam).
一般的に水素生成装置は、原料と水とを水蒸気改質反応させ、水素含有ガスを生成させる改質器を備える。さらに、改質器で生成した水素含有ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させるCO低減器、および水素含有ガス中の一酸化炭素を酸化させて除去するCO除去器を水素生成装置に設けることが多い。 Generally, a hydrogen generator includes a reformer that generates a hydrogen-containing gas by performing a steam reforming reaction between a raw material and water. Further, the hydrogen generator is provided with a CO reducer that reduces the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas produced by the reformer, and a CO remover that oxidizes and removes carbon monoxide in the hydrogen-containing gas. There are many.
それらの反応器には、各反応に適した触媒、例えば、改質器にはRuやNiを含んだ改質触媒、CO低減器にはCu−Znを含んだ変成触媒、CO除去器にはRuを含んだ選択酸化触媒等が用いられている。 In these reactors, a catalyst suitable for each reaction, for example, the reformer includes a reforming catalyst containing Ru and Ni, the CO reducer includes a shift catalyst containing Cu-Zn, and the CO remover includes A selective oxidation catalyst containing Ru is used.
また、各触媒には反応に適した設計温度があり、改質触媒は650℃程度、変成触媒は250℃程度、選択酸化触媒は150℃程度で使用されることが多い。特に、選択酸化触媒では設計温度より高すぎると劣化が早まり所定の耐久時間の確保ができない、設計温度より低すぎると一酸化炭素を十分に低減させることができなくなる。 Each catalyst has a design temperature suitable for the reaction. The reforming catalyst is often used at about 650 ° C., the shift catalyst is used at about 250 ° C., and the selective oxidation catalyst is often used at about 150 ° C. In particular, if the selective oxidation catalyst is too high above the design temperature, the deterioration is accelerated and a predetermined durability cannot be ensured. If it is below the design temperature, carbon monoxide cannot be sufficiently reduced.
水蒸気(水)と原料の混合ガス中における水分子と炭素原子との比(以下、S/Cと記載)は一定の範囲になるように制御する必要がある。なぜならば、S/Cが小さすぎると改質触媒部分で炭素が析出し易くなり改質触媒の寿命が短くなり、S/Cが大きすぎると水を蒸発させるためのエネルギーが多く必要となり効率が下がってしまうからである。 It is necessary to control the ratio of water molecules to carbon atoms (hereinafter referred to as S / C) in the mixed gas of water vapor (water) and the raw material to be within a certain range. This is because if the S / C is too small, carbon is liable to precipitate at the reforming catalyst portion and the life of the reforming catalyst is shortened. If the S / C is too large, a large amount of energy is required to evaporate water and efficiency is increased. Because it will go down.
また、家庭で消費される電力量に応じて発電量を定格運転から部分負荷運転に変えることが出来るように運転できることが望ましい。従って、発電量に応じて原料とともに供給される水蒸気(水)の量も変える必要がある。 Moreover, it is desirable to be able to operate so that the amount of power generation can be changed from rated operation to partial load operation in accordance with the amount of power consumed at home. Therefore, it is necessary to change the amount of water vapor (water) supplied together with the raw material according to the amount of power generation.
特許文献1は、内側に燃焼排ガス流路、外側に改質ガス流路または触媒部を備え、内外の両面で熱交換を行う、二重筒状の蒸発器を有する水素生成装置の一例を開示している。
二重筒状の蒸発器には、棒状の螺旋体が内筒と外筒の両方に密着しており、内筒と外筒と上下の螺旋体で仕切られた空間に螺旋状流路が形成されている。螺旋状流路の下部に位置する棒状の螺旋体に沿って水が自重により重力方向の上から下に流れるように構成されている。 In the double-cylinder evaporator, a rod-shaped spiral body is in close contact with both the inner cylinder and the outer cylinder, and a spiral flow path is formed in a space partitioned by the inner cylinder, the outer cylinder, and the upper and lower spiral bodies. Yes. Water is configured to flow from above to below in the direction of gravity along its rod-like spiral body located at the bottom of the spiral flow path.
蒸発器では、内筒の内側を流れる燃焼排ガスの熱により水が蒸発し、外筒の外側のCO低減器の変成触媒とCO除去器の選択酸化触媒のそれぞれ温度が上がり過ぎないようにコントロールする。水が確実に螺旋状流路の下部に位置する棒状の螺旋体に沿って上から下
にスムーズに流れるように意図されている。
In the evaporator, water is evaporated by the heat of the combustion exhaust gas flowing inside the inner cylinder, and control is performed so that the temperature of the CO reduction catalyst of the CO reducer outside the outer cylinder and the selective oxidation catalyst of the CO remover do not rise too much. . It is intended to ensure that water flows smoothly from top to bottom along a rod-like helix located at the bottom of the spiral channel.
螺旋体に沿って水が流れることによって、蒸発器の内筒を介して排ガスと水、蒸発器の外筒を介して触媒と水が、それぞれ熱交換されている。 When water flows along the spiral body, heat exchange is performed between the exhaust gas and water via the inner cylinder of the evaporator and the catalyst and water via the outer cylinder of the evaporator.
必要な水素量を得るために、原料と適正なS/Cによって必要な水量は決まる。蒸発器内で必要な水量を蒸発させるためには、蒸発器の内筒および外筒において十分な熱交換面積が必要であり、熱交換面積は内筒及び外筒と接していて水が流れる螺旋体の長さに依存するので、必要な螺旋体長さを確保する必要がある。 In order to obtain the required amount of hydrogen, the amount of water required is determined by the raw materials and the appropriate S / C. In order to evaporate the required amount of water in the evaporator, a sufficient heat exchange area is required in the inner and outer cylinders of the evaporator, and the heat exchange area is in contact with the inner and outer cylinders and the spiral body through which water flows. Therefore, it is necessary to secure the necessary length of the spiral body.
一方、構造設計上、蒸発器の高さと径を変えないで、螺旋体の長さを長くするには、螺旋体を密に巻く必要があり、螺旋体の巻きピッチを小さくすることが必要となる。 On the other hand, in terms of structural design, in order to increase the length of the spiral without changing the height and diameter of the evaporator, it is necessary to wind the spiral closely and to reduce the winding pitch of the spiral.
また、水素量を可変にするとき水素量に応じて水量も変わるが、水量が少ない時には多いときに比べて蒸発器の上流側で蒸発が完了し、水量が多い時には少ないときに比べて蒸発器の下流側で蒸発が完了する。 In addition, when the amount of hydrogen is variable, the amount of water also changes according to the amount of hydrogen, but when the amount of water is small, evaporation is completed on the upstream side of the evaporator, and when the amount of water is large, the evaporator is smaller than when the amount is small. Evaporation is completed on the downstream side.
水量が少ないときで蒸発位置が蒸発器の上流側に寄り過ぎると、蒸発器の下流部に近接している変成触媒の温度が高くなり過ぎて、変成触媒が熱劣化により寿命が短くなってしまうことがある。 If the evaporation position is too close to the upstream side of the evaporator when the amount of water is small, the temperature of the shift catalyst close to the downstream part of the evaporator becomes too high, and the life of the shift catalyst is shortened due to thermal deterioration. Sometimes.
特許文献2は、二重筒状の蒸発器には、内筒を加工することにより内筒と一体である螺旋状の突起部を連続的に設けて、内筒と外筒との間に螺旋状の流路を形成させ、螺旋状流路の下部の螺旋状の突起部に沿って水が自重により重力方向の上から下にスムーズに流れるようにしたものが開示されている。
上記従来の水素生成装置は、蒸発器において、水が螺旋状流路中の螺旋体や突起物に沿って流れることにより、水が蒸発器の内筒と外筒とを冷却するので、蒸発器の内側を流れるガスと蒸発器の内筒、及び蒸発器の外側に配置する変成触媒及び選択酸化触媒と蒸発器の外筒、とがそれぞれ熱交換する。 In the conventional hydrogen generator, in the evaporator, the water flows along the spiral body and the protrusions in the spiral flow path, so that the water cools the inner cylinder and the outer cylinder of the evaporator. Heat exchange occurs between the gas flowing inside and the inner cylinder of the evaporator, and the shift catalyst and selective oxidation catalyst arranged on the outer side of the evaporator and the outer cylinder of the evaporator.
しかし、蒸発器内で必要な水量を蒸発させるためには、蒸発器の内筒および外筒において十分な熱交換面積が必要であり、熱交換面積は内筒及び外筒と接していて水が流れる螺旋体の長さに依存するので、十分な螺旋体長さを確保する必要がある。 However, in order to evaporate the required amount of water in the evaporator, a sufficient heat exchange area is required in the inner cylinder and the outer cylinder of the evaporator, and the heat exchange area is in contact with the inner cylinder and the outer cylinder, Since it depends on the length of the flowing spiral body, it is necessary to ensure a sufficient length of the spiral body.
蒸発器として蒸発する水量を増やして熱交換性能を上げるためには、さらに螺旋状流路長を長くする必要がある。そして、蒸発器の全長は変えないで螺旋状流路長を長くするためには、螺旋ピッチを小さくする必要がある。 In order to increase the amount of water evaporated as an evaporator and improve the heat exchange performance, it is necessary to further increase the length of the spiral channel. In order to increase the length of the spiral channel without changing the overall length of the evaporator, it is necessary to reduce the spiral pitch.
しかし、螺旋ピッチを小さくした水素生成装置は、螺旋ピッチを小さくしていない水素生成装置と比較すると、傾斜した面に設置した場合に、螺旋ピッチが小さいために水が流れる螺旋状流路の下り勾配を確保できなって、水がスムーズに流れなくなりやすい。 However, when compared with a hydrogen generator that does not reduce the helical pitch, a hydrogen generator that has a reduced helical pitch, when installed on an inclined surface, has a lower spiral flow path through which water flows because the helical pitch is smaller. It is easy to secure a slope, and water tends not to flow smoothly.
そして、水がスムーズに流れなくなると、蒸発器へ単位時間当たりに所定の水量を供給しても、水の流れが螺旋状流路中の螺旋体や突起物の途中で一時的に止まり、その下流部に水が流れなくなり蒸発量が減り、改質反応が不安定になるという課題を有していた。 And if water stops flowing smoothly, even if a predetermined amount of water is supplied to the evaporator per unit time, the water flow temporarily stops in the middle of the spiral body or protrusion in the spiral flow path, and downstream of it. There is a problem that water does not flow to the part, the amount of evaporation decreases, and the reforming reaction becomes unstable.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来よりも水素生成装置を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできたり、蒸発器の上下方向の寸法を小さくできたり、蒸発器において蒸発する水量を増やしたりできる水素生成装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and can increase the allowable range of the inclination angle of the surface on which the hydrogen generator is installed, can reduce the vertical dimension of the evaporator, An object of the present invention is to provide a hydrogen generator capable of increasing the amount of water to be evaporated.
上記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、内筒と外筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有する蒸発器を有する水素生成装置であって、螺旋状流路を、多条ねじのねじ山のような配置で複数経路設け、複数経路の螺旋状流路のそれぞれに水を供給するように水供給器を複数設けたのである。 In order to solve the above-described conventional problems, the hydrogen generator of the present invention is a hydrogen generator having an evaporator having a spiral flow path that evaporates while spirally flowing water between an inner cylinder and an outer cylinder. Thus, a plurality of spiral flow paths are provided in an arrangement like a thread of a multi-thread screw, and a plurality of water feeders are provided so as to supply water to each of the multiple-path spiral flow paths.
これによって、それぞれの螺旋状流路のピッチを小さくすることなく、複数の螺旋状流路長を合計して十分な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。 This makes it possible to secure a sufficient spiral channel length by adding up the plurality of spiral channel lengths without reducing the pitch of the spiral channels. Therefore, when the pitch of the spiral flow path is made larger than before, the allowable range of the inclination angle of the surface on which the hydrogen generator is installed can be made larger than before.
また、螺旋状流路が複数経路あるので、螺旋状流路のピッチの大きさと螺旋状流路の経路数の条件によっては、蒸発器の上下方向の寸法を小さくできる。また、螺旋状流路が複数経路あるので、螺旋状流路が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器において蒸発する水量を増やすことができる。 Further, since there are a plurality of spiral channels, the vertical dimension of the evaporator can be reduced depending on the condition of the pitch of the spiral channels and the number of spiral channels. Further, since there are a plurality of spiral flow paths, the amount of water evaporated in the evaporator can be increased as compared with a conventional hydrogen generator having a single spiral flow path.
本発明は、螺旋状流路を、多条ねじのねじ山のような配置で複数経路設け、複数経路の螺旋状流路のそれぞれに水を供給するように水供給器を複数設けたので、それぞれの螺旋状流路のピッチを小さくすることなく、複数の螺旋状流路長を合計して十分な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。 In the present invention, the spiral flow path is provided with a plurality of paths in an arrangement like a thread of a multi-thread screw, and a plurality of water feeders are provided so as to supply water to each of the spiral paths of the plurality of paths. Without reducing the pitch of each spiral channel, a plurality of spiral channel lengths can be summed to ensure a sufficient spiral channel length. Therefore, when the pitch of the spiral flow path is made larger than before, the allowable range of the inclination angle of the surface on which the hydrogen generator is installed can be made larger than before.
また、螺旋状流路が複数経路あるので、螺旋状流路のピッチの大きさと螺旋状流路の経路数の条件によっては、蒸発器の上下方向の寸法を小さくできる。また、螺旋状流路が複数経路あるので、螺旋状流路が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器において蒸発する水量を増やすことができる。 Further, since there are a plurality of spiral channels, the vertical dimension of the evaporator can be reduced depending on the condition of the pitch of the spiral channels and the number of spiral channels. Further, since there are a plurality of spiral flow paths, the amount of water evaporated in the evaporator can be increased as compared with a conventional hydrogen generator having a single spiral flow path.
第1の発明は、内筒と外筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有する蒸発器を有する水素生成装置であって、螺旋状流路を、多条ねじのねじ山のような配置
で複数経路設け、複数経路の螺旋状流路のそれぞれに水が供給されるように水供給器を複数設けたものである。
A first aspect of the present invention is a hydrogen generator having an evaporator having a spiral flow path that evaporates while water spirally flows between an inner cylinder and an outer cylinder. A plurality of water supply devices are provided so that water is supplied to each of the spiral flow paths of the plurality of paths.
これによって、それぞれの螺旋状流路のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。 Thereby, even if it does not make the pitch of each helical flow path small, a several helical flow path length can be totaled and the required helical flow path length can be ensured. Therefore, when the pitch of the spiral flow path is made larger than before, the allowable range of the inclination angle of the surface on which the hydrogen generator is installed can be made larger than before.
また、螺旋状流路が複数経路あるので、螺旋状流路のピッチの大きさと螺旋状流路の経路数の条件によっては、蒸発器の上下方向の寸法を小さくできる。また、螺旋状流路が複数経路あるので、螺旋状流路が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器において蒸発する水量を増やすことができる。 Further, since there are a plurality of spiral channels, the vertical dimension of the evaporator can be reduced depending on the condition of the pitch of the spiral channels and the number of spiral channels. Further, since there are a plurality of spiral flow paths, the amount of water evaporated in the evaporator can be increased as compared with a conventional hydrogen generator having a single spiral flow path.
第2の発明は、特に第1の発明における螺旋状流路を、2条ねじのねじ山のような配置で2経路設け、2経路の螺旋状流路のそれぞれに水が供給されるように水供給器を2つ設けものである。 In the second invention, in particular, the spiral flow path in the first invention is provided in two paths with an arrangement like a thread of a double thread so that water is supplied to each of the two spiral paths. Two water feeders are provided.
これによって、構成が複雑になりすぎずにコストアップを抑えて、それぞれの螺旋状流路のピッチを小さくしなくても、2つの螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。 As a result, it is possible to suppress the increase in cost without complicating the configuration and to reduce the pitch of each spiral channel, and to add the two spiral channel lengths to obtain the required spiral channel length. Can be secured. Therefore, when the pitch of the spiral flow path is made larger than before, the allowable range of the inclination angle of the surface on which the hydrogen generator is installed can be made larger than before.
また、螺旋状流路が2経路あるので、螺旋状流路のピッチを所定ピッチ以上にしなければ、蒸発器の上下方向の寸法を小さくできる。また、螺旋状流路が2経路あるので、螺旋状流路が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器において蒸発する水量を増やすことができる。 In addition, since there are two spiral flow paths, the vertical dimension of the evaporator can be reduced unless the pitch of the spiral flow paths is equal to or greater than a predetermined pitch. Moreover, since there are two spiral flow paths, the amount of water evaporated in the evaporator can be increased as compared with a conventional hydrogen generator having one spiral flow path.
第3の発明は、特に第1または第2の発明における螺旋状流路を、内筒と、外筒と、内筒の外周面と外筒の内周面に接触する螺旋状の螺旋体とで構成したものである。 According to a third aspect of the invention, in particular, the spiral flow path according to the first or second aspect of the present invention includes an inner cylinder, an outer cylinder, and an outer circumferential surface of the inner cylinder and a helical helix that contacts the inner circumferential surface of the outer cylinder. It is composed.
これによって、内筒の拡管工法や外筒の縮管工法により、容易に蒸発器を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。 As a result, the evaporator can be easily manufactured by the inner tube expansion method and the outer tube contraction method, and a plurality of spiral channel lengths can be obtained without reducing the pitch of each spiral channel. The required spiral channel length can be ensured by summing up the two.
第4の発明は、特に第1または第2の発明における螺旋状流路を、内筒と外筒のどちらか一方に螺旋状の凸部を設けて、内筒と外筒のどちらか他方に接触する構造としたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in particular, the spiral channel in the first or second aspect is provided with a spiral convex portion on either the inner cylinder or the outer cylinder, and on either the inner cylinder or the outer cylinder. It is made into the structure which contacts.
これによって、螺旋状の螺旋体を別に設けることなく最小限の部品点数で蒸発器を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。 As a result, an evaporator can be manufactured with a minimum number of parts without providing a spiral spiral body, and a plurality of spiral channel lengths can be obtained without reducing the pitch of each spiral channel. In total, the required spiral channel length can be ensured.
第5の発明は、特に第1から第4のいずれか一つの発明における蒸発器の下流側の螺旋状流路の数を、蒸発器の上流側の螺旋状流路の数よりも少なくしたものである。 In the fifth aspect of the invention, in particular, the number of spiral flow paths on the downstream side of the evaporator in any one of the first to fourth aspects is less than the number of spiral flow paths on the upstream side of the evaporator. It is.
これによって、蒸発器の上流部の螺旋状流路の長さを、下流側の螺旋状流路の長さより長くできるので、蒸発器の上流部を下流部よりも冷却することができる。蒸発器の上流部を多く冷却させたいときに、蒸発器の上流部の螺旋状流路のピッチを小さくしなくても蒸発器の上流部の螺旋状流路長を長くすることができる。 Thereby, since the length of the spiral flow path in the upstream part of the evaporator can be made longer than the length of the spiral flow path on the downstream side, the upstream part of the evaporator can be cooled more than the downstream part. When it is desired to cool a large amount of the upstream portion of the evaporator, the length of the spiral flow path in the upstream portion of the evaporator can be increased without reducing the pitch of the spiral flow passage in the upstream portion of the evaporator.
第6の発明は、特に第1から第5のいずれか一つの発明における複数の水供給器を制御する制御器を備え、制御器は、蒸発器に供給する水量が所定の第一水量以下の場合は、複数の水供給器のうちの一部の水供給器からのみ水を供給させ、蒸発器に供給する水量が第一水量を超える場合は、複数の水供給器の全ての水供給器から水を供給させるようにしたものである。 The sixth aspect of the invention includes a controller that controls the plurality of water supply units in any one of the first to fifth aspects of the invention, and the controller is configured such that the amount of water supplied to the evaporator is equal to or less than a predetermined first amount of water. If water is supplied only from some of the plurality of water supply units and the amount of water supplied to the evaporator exceeds the first water amount, all the water supply units of the plurality of water supply units It is made to supply water from.
これによって、水量の少ないときに蒸発器の上流部の螺旋状流路の長さを短くすることができるので、蒸発器の上流部分で蒸発が完了することが抑制でき、蒸発器の下流部分の温度が高温化してしまう事態を防ぐことが出来る。 As a result, the length of the spiral flow path upstream of the evaporator can be shortened when the amount of water is small, so that it is possible to suppress the completion of evaporation in the upstream part of the evaporator, and the downstream part of the evaporator The situation where temperature rises can be prevented.
従って、蒸発器の下流部に触媒が近接しているときに、触媒が高温化により劣化することに対して、耐久性を確保させる目的で予め触媒を積み増して充填しておく必要がなくなり、水素生成装置を小型化することができる。 Therefore, when the catalyst is close to the downstream portion of the evaporator, the catalyst deteriorates due to high temperature, and it is not necessary to add and fill the catalyst in advance for the purpose of ensuring durability. The generation device can be reduced in size.
第7の発明は、内筒と外筒との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路を有する蒸発器を有し、螺旋状流路は、多条ねじのねじ山のような配置で複数経路設けられ、複数経路の螺旋状流路のそれぞれに水が供給されるように水供給器が複数設けられた、水素生成装置の運転方法であって、蒸発器に供給する水の量が所定の第一水量以下の場合は、複数の水供給器のうちの一部の水供給器からのみ水を供給させ、蒸発器に供給する水の量が第一水量を超える場合は、複数の水供給器の全ての水供給器から水を供給させる、水素生成装置の運転方法である。 The seventh invention has an evaporator having a spiral flow path in which water evaporates while flowing spirally between an inner cylinder and an outer cylinder, and the spiral flow path is like a thread of a multi-thread screw. A method for operating a hydrogen generator, in which a plurality of water supply devices are provided so that water is supplied to each of the plurality of spiral flow paths, and the water supplied to the evaporator When the amount of water is not more than the predetermined first water amount, water is supplied only from some of the plurality of water supply devices, and the amount of water supplied to the evaporator exceeds the first water amount This is a method for operating a hydrogen generator, in which water is supplied from all of the water supply units of the plurality of water supply units.
この運転方法によって、水量の少ないときに螺旋状流路長さを短くすることができるので、蒸発器の上流部分で蒸発が完了し蒸発器の下流部分の温度が高温化してしまう事態を防ぐことが出来る。従って、蒸発器の下流部に触媒が近接しているときに、触媒が高温化により劣化することに対して、耐久性を確保させる目的で予め触媒を積み増して充填しておく必要がなくなり、水素生成装置を小型化することができる。 This operation method can shorten the length of the spiral channel when the amount of water is small, thus preventing evaporation at the upstream part of the evaporator and the temperature at the downstream part of the evaporator from becoming high. I can do it. Therefore, when the catalyst is close to the downstream portion of the evaporator, the catalyst deteriorates due to high temperature, and it is not necessary to add and fill the catalyst in advance for the purpose of ensuring durability. The generation device can be reduced in size.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment of the present invention.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in
図1において、水素生成装置1は傾斜角度が5°の傾斜のある地面に設置されている。蒸発器91は、内筒31と、外筒32と、断面が円形の金属棒を螺旋状に曲げた螺旋体35で構成される。螺旋体35は、内筒31の外周面と外筒32の内周面の両方に接して、内筒31と外筒32と共に、螺旋状流路33を形成している。
In FIG. 1, the
本実施の形態では、2条ねじのねじ山のような配置で、螺旋体35を二本(第一螺旋体35aと第二螺旋体35b)設けることにより、螺旋状流路33を二本(第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33b)形成させている。二本の螺旋状流路33は、2条ねじのねじ山のような配置になっている。
In this embodiment, two spiral bodies 35 (first
螺旋状流路33は設置場所の傾斜角度5°より大きい10度の下り勾配である。二本の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33b)のそれぞれに水を供給できるように水供給器8を二個(第一水供給器8aと第二水供給器8b)設けていて、水と原料の両方がそれぞれの水供給器8から供給される。
The
蒸発器91は、内筒31を拡管することにより、螺旋体35を内筒31と外筒32の両方に密着させることができるので、螺旋体35が複数個であっても容易に製造することができる。
Since the
蒸発器91で蒸発された水蒸気と原料とが混合したガスは供給流路30を通り、改質触媒11が配置された改質器10、改質ガスの排出流路38、改質ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒14と選択酸化触媒15を配置した一酸化炭素低減器13を通り、出口配管17から水素生成装置1の外部に出る。
The gas in which the water vapor evaporated by the
蒸発器91より内側に配置された燃焼器20から排出された燃焼排ガスは、燃焼筒21と蒸発器91の内筒31の間に構成される燃焼排ガス流路22中を下から上に向かって流れることにより、運転時に改質触媒11を設計温度である約650〜550℃になるように加熱し、その後に蒸発器91を加熱して、燃焼排ガス排出口23より排気される。
Combustion exhaust gas discharged from the
一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15は、蒸発器91と熱交換され、運転時にそれぞれの設計温度(変成温度:250〜300℃、選択酸化温度:140〜160℃)となるようにコントロールされている。
The
以上のように構成された水素生成装置1について、以下その動作、作用を説明する。
About the
水素生成装置1は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に16L/分の水素を得るために、原料を4.3L/分、S/Cを3として水を12cc/分供給した。
The
6cc/分の水と原料が第一水供給器8aから供給され、水は第一螺旋状流路33aの第一螺旋体35aに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路33aを下方に流れる。ここで、第一水供給器8aから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置1が所定のS/Cで定格運転したときの水量の半分である。
6 cc / min of water and raw material are supplied from the first
第一螺旋体35aは内筒31及び外筒32と密着しているので、水は第一螺旋体35aに沿って流れる。蒸発器91を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。
Since the first
水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。6cc/分の水と原料は第二水供給器8bからも供給され、水は第二螺旋状流路33bの第二螺旋体35bに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路33bを下方に流れる。
The water is heated while flowing downward, evaporates and becomes water vapor. The raw material gas and water vapor are mixed and supplied to the reforming
ここで、第二水供給器8bから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置1が定格運転したときの水量の半分である。第二螺旋体35bは内筒31及び外筒32と密着しているので、水は第二螺旋体35bに沿って流れる。第一水供給器8aと第二水供給器8bから供給される水量は、合わせて12cc/分となり、水素生成装置1が所定のS/Cで定格運転したときの水量に相当する。
Here, the amount of water of 6 cc / min supplied from the
蒸発器91を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。
The water and raw material flowing through the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置1は、内筒31と外筒32との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を有する蒸発器91を有する水素生成装置1であって、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、多条ねじのねじ山のような配置で2経路設け、2経路の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のそれぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたものである。
As described above, the
これによって、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、2経路の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置1を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。
As a result, it is necessary to add up the two spiral channel lengths without reducing the pitch of each spiral channel 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチの大きさと螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の経路数の条件によっては、蒸発器91の上下方向の寸法を小さくでき、また、蒸発器91の外側に隣接する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15の温度を均一化しやすい。
In addition, since there are a plurality of spiral channels 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器91において蒸発する水量を増やすことも可能である。
In addition, since there are a plurality of paths of the spiral flow path 33 (the first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、2経路設け、それぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたので、構成が複雑になりすぎずにコストアップを抑えることができる。
Further, the
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が2経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを所定ピッチ以上にしなければ、蒸発器91の上下方向の寸法を小さくできる。
Further, since there are two spiral channels 33 (first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、内筒31と、外筒32と、内筒31の外周面と外筒32の内周面に接触する螺旋状の螺旋体35(第一螺旋体35a、第二螺旋体35b)とで構成したものである。
Further, the
これによって、内筒31の拡管工法や外筒32の縮管工法により、容易に蒸発器91を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。
Thus, the
また、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bの長さを合計して、倍の長さの螺旋状流路33の長さを確保することができる。
Further, the lengths of the
水素生成装置1は、傾斜角度が5°の傾斜がある場所に設置されているが、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)は設置場所の傾斜角度5°以上の10度の下り勾配を確保しているので、水供給器8から供給された水は常に下方にスムー
ズに流れ、蒸発器91の中で、螺旋状流路33中の螺旋体35の途中で一時的に止まることなく安定して蒸発し、改質反応を不安定にさせることはない。
The
その結果、蒸発器91を、螺旋状流路33が二条になっていない従来の蒸発器よりも螺旋状流路33を十分に長くすることができるので、従来の蒸発器よりも蒸発する水量を増やして、排ガス、及び変成触媒14及び選択酸化触媒15との熱交換性能を向上させることができる。
As a result, the
なお、蒸発器91は、外筒32を縮管することにより、螺旋体35を内筒31と外筒32の両方に密着させることもできる。
The
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。なお、図2に示す実施の形態2の水素生成装置2において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と同一構成要素には同一符号を付与して、その重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in
図2に示す実施の形態2の水素生成装置2において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と異なる部分は、蒸発器92が、内筒31と、外筒32と、内筒31に設けられた二本の螺旋状凸部34とで構成されて、螺旋状凸部34が外筒32に接触するような構造として螺旋状流路33を形成させていることである。また、図2に示す実施の形態2の水素生成装置2は、傾斜の無い平坦な面に設置されている。
In the
以上のように構成された水素生成装置2について、以下その動作、作用を説明する。
The operation and action of the
水素生成装置2は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に16L/分の水素を得るために、原料を4.3L/分、S/Cを3として水を12cc/分供給した。6cc/分の水と原料は第一水供給器8aから供給され、水は第一螺旋状流路33aの第一螺旋状凸部34aに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路33aを下方に流れる。
The
ここで、第一水供給器8aから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置2が所定のS/Cで定格運転したときの水量の半分である。第一螺旋状凸部34aは外筒32と密着しているので、水は第一螺旋状凸部34aに沿って流れる。
Here, the amount of water of 6 cc / min supplied from the
蒸発器92を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。
The water and raw material flowing through the
6cc/分の水と原料は第二水供給器8bからも供給され、水は第二螺旋状流路33bの第二螺旋状凸部34bに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路33bを下方に流れる。ここで、第二水供給器8bから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置2が定格運転したときの水量の半分である。
Water and raw material of 6 cc / min are also supplied from the
第二螺旋状凸部34bは外筒32と密着しているので、水は第二螺旋状凸部34bに沿って流れる。第一水供給器8aと第二水供給器8bから供給される水量は、合わせて12cc/分となり、水素生成装置2が所定のS/Cで定格運転したときの水量に相当する。
Since the second spiral
蒸発器92を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の
外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。
The water and raw material flowing through the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置2は、内筒31と外筒32との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を有する蒸発器92を有する水素生成装置2であって、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、多条ねじのねじ山のような配置で2経路設け、2経路の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のそれぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたものである。
As described above, the
これによって、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、2経路の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置2を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。
As a result, it is necessary to add up the two spiral channel lengths without reducing the pitch of each spiral channel 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチの大きさと螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の経路数の条件によっては、蒸発器92の上下方向の寸法を小さくでき、また、蒸発器92の外側に隣接する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15の温度を均一化しやすい。
In addition, since there are a plurality of spiral channels 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器92において蒸発する水量を増やすことも可能である。
In addition, since there are a plurality of paths of the spiral flow path 33 (the first
また、本実施の形態の水素生成装置2は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、2経路設け、それぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたので、構成が複雑になりすぎずにコストアップを抑えることができる。
Further, the
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が2経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを所定ピッチ以上にしなければ、蒸発器92の上下方向の寸法を小さくできる。
Further, since there are two spiral channels 33 (first
また、本実施の形態の水素生成装置2の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)は、内筒31に外周方向に螺旋状に突出するように設けられた螺旋状凸部34の頂部が、外筒32の内周面に接触する構造であるので、螺旋状の螺旋体が不要となり、最小限の部品点数(内筒31と外筒32の2部品)で蒸発器92を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。
Further, the spiral flow path 33 (the first
また、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bの長さを合計して、倍の長さの螺旋状流路33の長さを確保することができる。
Further, the lengths of the
水素生成装置2の設置場所に多少の傾斜がある場合でも、螺旋状流路33(第一螺旋状
流路33a、第二螺旋状流路33b)は設置場所の傾斜角度以上の下り勾配を確保できるので、水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)から供給された水は下方にスムーズに流れ、蒸発器92の中で、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)中の螺旋状凸部34(第一螺旋状凸部34a、第二螺旋状凸部34b)の途中で一時的に止まることなく安定して蒸発し、改質反応を不安定にさせることはない。
Even when the installation location of the
その結果、蒸発器92を、螺旋状流路が二条になっていない従来の蒸発器よりも螺旋状流路33を十分に長くすることができるので、従来の蒸発器よりも蒸発する水量を増やして、排ガス、及び変成触媒14及び選択酸化触媒15との熱交換性能を向上させることができる。
As a result, the
(実施の形態3)
図3は、本発明の実施の形態3における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。なお、図3に示す実施の形態3の水素生成装置3において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と同一構成要素には同一符号を付与して、その重複する説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in
図3に示す実施の形態3の水素生成装置3において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と異なる部分は、蒸発器93が、内筒31と、外筒32と、外筒32に設けられた二本の螺旋状内凸部36とで構成されて、螺旋状内凸部36が内筒31に接触するような構造として螺旋状流路33を形成させていることである。また、図3に示す実施の形態3の水素生成装置3は、傾斜の無い平坦な面に設置されている。
In the
以上のように構成された水素生成装置3について、以下その動作、作用を説明する。
The operation and action of the
水素生成装置3は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に16L/分の水素を得るために、原料を4.3L/分、S/Cを3として水を12cc/分供給した。
The
6cc/分の水と原料は第一水供給器8aから供給され、水は第一螺旋状流路33aの第一螺旋状内凸部36aに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路33aを下方に流れる。ここで、第一水供給器8aから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置3が所定のS/Cで定格運転したときの水量の半分である。
Water and raw material of 6 cc / min are supplied from the
第一螺旋状内凸部36aは内筒31と密着しているので、水は第一螺旋状内凸部36aに沿って流れる。蒸発器93を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。
Since the first spiral inner
水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。6cc/分の水と原料は第二水供給器8bからも供給され、水は第二螺旋状流路33bの第二螺旋状内凸部36bに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路33bを下方に流れる。
The water is heated while flowing downward, evaporates and becomes water vapor. The raw material gas and water vapor are mixed and supplied to the reforming
ここで、第二水供給器8bから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置3が定格運転したときの水量の半分である。第二螺旋状内凸部36bは内筒31と密着しているので、水は第二螺旋状内凸部36bに沿って流れる。第一水供給器8aと第二水供給器8bから供給される水量は、合わせて12cc/分となり、水素生成装置3が所定のS/Cで定格運転したときの水量に相当する。
Here, the amount of water of 6 cc / min supplied from the
蒸発器93を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。
The water and the raw material flowing through the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置3は、内筒31と外筒32との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を有する蒸発器93を有する水素生成装置3であって、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、多条ねじのねじ山のような配置で2経路設け、2経路の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のそれぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたものである。
As described above, the
これによって、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、2経路の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置2を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。
As a result, it is necessary to add up the two spiral channel lengths without reducing the pitch of each spiral channel 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチの大きさと螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の経路数の条件によっては、蒸発器93の上下方向の寸法を小さくでき、また、蒸発器93の外側に隣接する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15の温度を均一化しやすい。
In addition, since there are a plurality of spiral channels 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器92において蒸発する水量を増やすことも可能である。
In addition, since there are a plurality of paths of the spiral flow path 33 (the first
また、本実施の形態の水素生成装置3は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、2経路設け、それぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたので、構成が複雑になりすぎずにコストアップを抑えることができる。
Further, the
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が2経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを所定ピッチ以上にしなければ、蒸発器93の上下方向の寸法を小さくできる。
Further, since there are two spiral channels 33 (first
また、本実施の形態の水素生成装置3の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)は、外筒32に内周方向に螺旋状に突出するように設けられた螺旋状内凸部36の頂部が、内筒31の外周面に接触する構造であるので、螺旋状の螺旋体が不要となり、最小限の部品点数(内筒31と外筒32の2部品)で蒸発器93を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。
In addition, the spiral flow path 33 (first
また、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bの長さを合計して、倍の長さの螺旋状流路33の長さを確保することができる。
Further, the lengths of the
水素生成装置3の設置場所に多少の傾斜がある場合でも、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)は設置場所の傾斜角度以上の下り勾配を確保できるので、水供給器8から供給された水は下方にスムーズに流れ、蒸発器93の中で、螺旋状流路33中の第二螺旋状内凸部36bの途中で一時的に止まることなく安定して蒸発し、改質反応を不安定にさせることはない。
Even when the installation location of the
その結果、蒸発器93を、螺旋状流路が二条になっていない従来の蒸発器よりも螺旋状流路33を十分に長くすることができるので、従来の蒸発器よりも蒸発する水量を増やして、排ガス、及び変成触媒14及び選択酸化触媒15との熱交換性能を向上させることができる。
As a result, the
(実施の形態4)
図4は、本発明の実施の形態4における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。なお、図4に示す実施の形態4の水素生成装置1において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と同一構成要素には同一符号を付与して、その重複する説明は省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in Embodiment 4 of the present invention. In addition, in the
図4に示す実施の形態4の水素生成装置1において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と異なる部分は、第二螺旋状流路33bが第一螺旋状流路33aより短いことである。つまり、蒸発器91の下流側の螺旋状流路33の数を一本とし、蒸発器91の上流側の螺旋状流路33の二本よりも少なくしたところである。また、図4に示す実施の形態4の水素生成装置1は、傾斜の無い平坦な面に設置されている。
In the
この構成により、蒸発器91の下流部よりも上流部に螺旋状流路33を相対的に長く設けているので、蒸発器91の下流部に近接する変成触媒14よりも蒸発器91の上流部に近接する選択酸化触媒15の方が、螺旋体35を介して熱交換できる量が相対的に多くなる。これにより変成触媒14よりも選択酸化触媒15をより冷却することが出来る。
With this configuration, since the
第一螺旋体35aは蒸発器91の上流部から下流部まで連続して配置され、第一螺旋状流路33aを蒸発器91の上流部から下流部まで連続して構成している。一方、第二螺旋体35bは蒸発器91の上流部から中流部までの間に配置され、第二螺旋状流路33bを蒸発器91の上流部から中流部まで構成し、蒸発器91の中流部で、第二螺旋状流路33bは第一螺旋状流路33aに合流する。
The first
蒸発器91の外筒32と近接している一酸化炭素低減器13のうち、選択酸化触媒15には、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bの両方が近接しているが、変成触媒14には、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bの両方が近接している部分と第一螺旋状流路33aだけが近接している部分とがある。
Among the
以上のように構成された水素生成装置1について、以下その動作、作用を説明する。
About the
水素生成装置1は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に16L/分の水素を得るために、原料を4.3L/分、S/Cを3として水を12cc/分供給した。
The
6cc/分の水と原料が第一水供給器8aから供給され、水は第一螺旋状流路33aの第一螺旋体35aに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路33aを下方に流れる。ここで、第一水供給器8aから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置1が所定のS/Cで定格運転したときの水量の半分である。
6 cc / min of water and raw material are supplied from the first
第一螺旋体35aは内筒31及び外筒32と密着しているので、水は第一螺旋体35aに沿って流れる。蒸発器91を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。
Since the first
水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。6cc/分の水と原料は第二水供給器8bからも供給され、水は第二螺旋状流路33bの第二螺旋体35bに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路33bを下方に流れる。ここで、第二水供給器8bから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置1が定格運転したときの水量の半分である。
The water is heated while flowing downward, evaporates and becomes water vapor. The raw material gas and water vapor are mixed and supplied to the reforming
第二螺旋体35bは内筒31と密着しているので、水は第二螺旋体35bに沿って流れる。第一水供給器8aと第二水供給器8bから供給される水量は、合わせて12cc/分となり、水素生成装置1が所定のS/Cで定格運転したときの水量に相当する。
Since the second
第一螺旋体35aは蒸発器91の上流部から下流部まで連続して配置されていてが、第二螺旋体35bは蒸発器91の上流部から中流部までの間に配置されている。蒸発器91の中流部で、第二螺旋状流路33bは第一螺旋状流路33aに合流する。
The first
蒸発器91を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。
The water and raw material flowing through the
蒸発器91の外筒32と近接している一酸化炭素低減器13に配置された変成触媒14と選択酸化触媒15は、水が螺旋状流路33に沿って流れることによる冷却効果によって温度バランスを取っている。変成触媒14が最適に反応するための温度は250〜300℃であるのに対して、選択酸化触媒15が最適に反応するための温度は120〜160℃である。
The
選択酸化触媒15は、この温度範囲の中で、できるだけ温度を低めに設定することにより熱劣化を抑制できるので、少ない触媒量で耐久性をより確保することが出来る。そのため、変成触媒14に比べて選択酸化触媒15を多く冷却し、なおかつ120〜140℃になるように設定できることが望ましい。
Since the
選択酸化触媒15には、第一螺旋状流路33aを構成する第一螺旋体35aと、第二螺旋状流路33bを構成する第二螺旋体35bとの両方が近接し、変成触媒14には、第一螺旋状流路33aを構成する第一螺旋体35aと、第二螺旋状流路33bを構成する第二螺旋体35bとの両方が近接する部分と、第一螺旋状流路33aを構成する第一螺旋体35aだけが近接している部分とがある。
Both the
これにより、選択酸化触媒15の方が変成触媒14よりも相対的に熱交換できる量を多くしており、図1に示す実施の形態1の水素生成装置1の構成よりも、選択酸化触媒15の温度を相対的により低下させることが出来るので、選択酸化触媒15の温度を120〜140℃にすることができる。
Thereby, the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置1は、内筒31と外筒32との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を有する蒸発器91を有する水素生成装置1であって、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、多条ねじのねじ山のような配置で2経路設け、
2経路の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のそれぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたものである。
As described above, the
The water supply unit 8 (first
これによって、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、2経路の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置1を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。
As a result, it is necessary to add up the two spiral channel lengths without reducing the pitch of each spiral channel 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチの大きさと螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の経路数の条件によっては、蒸発器91の上下方向の寸法を小さくでき、また、蒸発器91の外側に隣接する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15の温度を均一化しやすい。
In addition, since there are a plurality of spiral channels 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器91において蒸発する水量を増やすことも可能である。
In addition, since there are a plurality of paths of the spiral flow path 33 (the first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、2経路設け、それぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたので、構成が複雑になりすぎずにコストアップを抑えることができる。
Further, the
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が2経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを所定ピッチ以上にしなければ、蒸発器91の上下方向の寸法を小さくできる。
Further, since there are two spiral channels 33 (first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、内筒31と、外筒32と、内筒31の外周面と外筒32の内周面に接触する螺旋状の螺旋体35(第一螺旋体35a、第二螺旋体35b)とで構成したものである。
Further, the
これによって、内筒31の拡管工法や外筒32の縮管工法により、容易に蒸発器91を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。
Thus, the
また、本実施の形態の水素生成装置1は、蒸発器91の下流側の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a)の数を、蒸発器91の上流側の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の数よりも少なくしたものである。
Further, in the
これによって、蒸発器91の上流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の長さを、下流側の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a)の長さより長くできるので、蒸発器91の上流部を下流部よりも冷却することができる。また、蒸発器91の上流部を多く冷却させたいときに、蒸発器91の上流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても蒸発器91の上流部の螺旋状流路長を長くすることができる。
Thus, the length of the spiral channel 33 (first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、水素生成装置1の設置場所に多少の傾斜がある場合でも、螺旋状流路33のピッチを小さくしなくても、変成触媒14に近接する螺旋体35の長さよりも、選択酸化触媒15に近接する螺旋体35の長さを相対的に長くすることができ、選択酸化触媒15をより冷却することができ、120〜140℃になるように設定できる。
Further, the
なお、変成触媒14には、第一螺旋状流路33aの第一螺旋体35aだけが近接している構成であっても同様の結果が得られることは言うまでもない。
Needless to say, the same result can be obtained even when the
(実施の形態5)
図5は、本発明の実施の形態5における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。なお、図5に示す実施の形態5の水素生成装置1において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と同一構成要素には同一符号を付与して、その重複する説明は省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in Embodiment 5 of the present invention. In addition, in the
図5に示す実施の形態5の水素生成装置1において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と異なる部分は、蒸発器91の下流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチが、上流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)よりも大きくなっているところである。また、図5に示す実施の形態5の水素生成装置1は、傾斜の無い平坦な面に設置されている。
In the
この構成により、蒸発器91の下流部よりも上流部に螺旋状流路33を相対的に長く設けているので、蒸発器91の下流部に近接する変成触媒14よりも蒸発器91の上流部に近接する選択酸化触媒15の方が螺旋体35を介して熱交換できる量が相対的に多くなるので、変成触媒14よりも選択酸化触媒15をより冷却することが出来る。
With this configuration, since the
以上のように構成された水素生成装置1について、以下その動作、作用を説明する。
About the
水素生成装置1は、必要な水素量を得るために、原料と水を適正な比率で必要量を供給する。本実施の形態では、定格運転時に16L/分の水素を得るために、原料を4.3L/分、S/Cを3として水を12cc/分供給した。
The
6cc/分の水と原料が第一水供給器8aから供給され、水は第一螺旋状流路33aの第一螺旋体35aに沿って下方に流れ、原料は第一螺旋状流路33aを下方に流れる。ここで、第一水供給器8aから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置1が所定のS/Cで定格運転したときの水量の半分である。
6 cc / min of water and raw material are supplied from the first
第一螺旋体35aは内筒31及び外筒32と密着しているので、水は第一螺旋体35aに沿って流れる。蒸発器91を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。
Since the first
原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。6cc/分の水と原料は第二水供給器8bからも供給され、水は第二螺旋状流路33bの第二螺旋体35bに沿って下方に流れ、原料は第二螺旋状流路33bを下方に流れる。ここで、第二水供給器8bから供給される6cc/分の水量は、水素生成装置1が定格運転したときの水量の半分である。
The raw material gas and water vapor are mixed and supplied to the reforming
第二螺旋体35bは内筒31及び外筒32と密着しているので、水は第二螺旋体35b
に沿って流れる。第一水供給器8aと第二水供給器8bから供給される水量は、合わせて12cc/分となり、水素生成装置1が所定のS/Cで定格運転したときの水量に相当する。
Since the second
Flowing along. The total amount of water supplied from the
蒸発器91を流れる水と原料は、内筒31の内側を流れる燃焼排ガスおよび外筒32の外側に位置する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15と熱交換する。水は下方に流れながら加熱されて蒸発し水蒸気となる。原料ガスと水蒸気は混合して改質触媒11に供給され改質ガスとなる。
The water and raw material flowing through the
蒸発器91の外筒32と近接している一酸化炭素低減器13に配置された変成触媒14と選択酸化触媒15は、水が螺旋状流路33に沿って流れることによる冷却効果によって温度バランスを取っている。変成触媒14が最適に反応するための温度は250〜300℃であるのに対して、選択酸化触媒15が最適に反応するための温度は120〜160℃である。
The
選択酸化触媒15は、この温度範囲の中で、できるだけ温度を低めに設定することにより熱劣化を抑制できるので、少ない触媒量で耐久性をより確保することが出来る。そのため、変成触媒14に比べて選択酸化触媒15を多く冷却し、なおかつ120〜140℃になるように設定できることが望ましい。
Since the
変成触媒14と選択酸化触媒15の近接部に第一螺旋状流路33aの第一螺旋体35aと第二螺旋状流路33bの第二螺旋体35bの両方が近接しているが、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bのそれぞれのピッチが、蒸発器91の下流部では、蒸発器91の上流部よりも大きくしている。
Both the first
これにより、選択酸化触媒15の方が変成触媒14よりも相対的に熱交換できる量を多くなり、図1に示す実施の形態1の水素生成装置1の構成よりも、選択酸化触媒15の温度を相対的により低下させることが出来るので、選択酸化触媒15の温度を120〜140℃にすることができる。
As a result, the amount of the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置1は、内筒31と外筒32との間で水が螺旋状に流れながら蒸発する螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を有する蒸発器91を有する水素生成装置1であって、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、多条ねじのねじ山のような配置で2経路設け、2経路の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のそれぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたものである。
As described above, the
これによって、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、2経路の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。そのため、従来よりも螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを大きくした場合は、従来よりも水素生成装置1を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできる。
As a result, it is necessary to add up the two spiral channel lengths without reducing the pitch of each spiral channel 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチの大きさと螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の経路数の条件によっては、蒸発器91の上下方向の寸法を小さくでき、また、蒸発器91の外側に隣接する一酸化炭素低減器13における変成触媒14及び選択酸化触媒15の温度を均一化しやすい。
In addition, since there are a plurality of spiral channels 33 (first
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が複数経路あるので、螺旋状流路33が1経路の従来の水素生成装置よりも蒸発器91において蒸発する水量を増やすことも可能である。
In addition, since there are a plurality of paths of the spiral flow path 33 (the first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、2経路設け、それぞれに水が供給されるように水供給器8(第一水供給器8a、第二水供給器8b)を2つ設けたので、構成が複雑になりすぎずにコストアップを抑えることができる。
Further, the
また、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)が2経路あるので、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを所定ピッチ以上にしなければ、蒸発器91の上下方向の寸法を小さくできる。
Further, since there are two spiral channels 33 (first
また、本実施の形態の水素生成装置1は、螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)を、内筒31と、外筒32と、内筒31の外周面と外筒32の内周面に接触する螺旋状の螺旋体35(第一螺旋体35a、第二螺旋体35b)とで構成したものである。
Further, the
これによって、内筒31の拡管工法や外筒32の縮管工法により、容易に蒸発器91を製作することが出来、それぞれの螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを小さくしなくても、複数の螺旋状流路長を合計して必要な螺旋状流路長を確保することができる。
Thus, the
また、本実施の形態の水素生成装置1は、250〜300℃の温度で最適に反応する変成触媒14と熱交換する蒸発器91の下流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを、120〜160℃の温度で最適に反応する選択酸化触媒15と熱交換する蒸発器91の上流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチよりも大きくしている。
Further, the
上記構成により、蒸発器91との熱交換で、変成触媒14を冷却しすぎることなく、選択酸化触媒15を充分に冷却することができ、水が充分に蒸発した蒸発器91の下流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)の流路断面積が、水の蒸発が不充分な蒸発器91の上流よりも大きくなるので、熱膨張する原料ガスと水蒸気との混合ガスをスムーズに改質器10に導くことができる。
With the above configuration, the
また、蒸発器91の下流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチを、蒸発器91の上流部の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33a、第二螺旋状流路33b)のピッチよりも大きくすることにより、変成触媒14に近接する螺旋体35の長さよりも、選択酸化触媒15に近接する螺旋体35の長さを相対的に長くすることができ、選択酸化触媒15をより冷却することができ、120〜140℃になるように設定でき、選択酸化触媒15の熱劣化を抑制できる。
Further, the pitch of the spiral flow path 33 (first
(実施の形態6)
図6は、本発明の実施の形態6における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。なお、図6に示す実施の形態6の水素生成装置1において、図1に示した実施の形態1の水素生成装置1と同一構成要素には同一符号を付与して、その重複する説明は省略する。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in Embodiment 6 of the present invention. In addition, in the
図6に示す実施の形態6の水素生成装置1において、図1に示した実施の形態1の水素
生成装置1と異なる部分は、第一水供給器8aと第二水供給器8bとを制御する制御器7を備えているところである。
In the
制御器7は、制御器7により設定された目標値に基づいて水供給器8(第一水供給器8aと第二水供給器8b)の運転を制御する。制御器7は、信号入出力部(図示せず)と、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えている。
The
以上のように構成された水素生成装置1について、以下その動作、作用を説明する。
About the
制御器7は、蒸発器91に供給する水量が所定の第一水量(6cc/分)以下の場合には、第一水供給器8aからのみ水を供給させ、蒸発器91に供給する水量が第一水量(6cc/分)を超える場合には、第一水供給器8aと第二水供給器8bの両方から水を供給させるように制御する。
When the amount of water supplied to the
図7は、本発明の実施の形態6における水素生成装置1の水供給器の動作の一例を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the water supplier of the
水素生成装置1の運転が開始され、制御器7は、6cc/分を超える水の供給が必要か判定して(ステップS101)、6cc/分を超える水の供給が必要と判断した場合は、第一水供給器8aと第二水供給器8bの両方から水供給を行う指令を出す(ステップS102)。ステップS101において、6cc/分を超える水の供給が必要でないと判断した場合は、第一水供給器8aからのみ水を供給する指令を出す(ステップS103)。
When the operation of the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置1は、図1に示す実施の形態1の水素生成装置1の構成に加えて、複数の水供給器8(第一水供給器8aと第二水供給器8b)を制御する制御器7を備え、制御器7が、蒸発器91に供給する水量が所定の第一水量(6cc/分)以下の場合には、複数の水供給器8(第一水供給器8aと第二水供給器8b)のうちの第一水供給器8aからのみ水を供給させ、蒸発器91に供給する水量が第一水量(6cc/分)を超える場合には、複数の水供給器8(第一水供給器8aと第二水供給器8b)の全ての水供給器8(第一水供給器8aと第二水供給器8b)から水を供給させるようにしたものである。
As described above, in addition to the configuration of the
これによって、水量の少ないときに蒸発器91の上流部の螺旋状流路33の長さを短くすることができるので、蒸発器91の上流部分で蒸発が完了することを抑制でき、蒸発器91の下流部分の温度が高温化してしまう事態を防ぐことが出来る。
Accordingly, when the amount of water is small, the length of the
従って、蒸発器91の下流部に触媒が近接しているときに、触媒が高温化により劣化することに対して、耐久性を確保させる目的で予め触媒を積み増して充填しておく必要がなくなり、水素生成装置1を小型化することができる。
Therefore, when the catalyst is close to the downstream portion of the
また、本実施の形態においては、第一水量(6cc/分)以下の時には、第一水供給器8aからのみ水を供給して第一螺旋状流路33aにだけ水を流すので、実際に水が流れる螺旋状流路33長さを、二本から水を流すときに比べて短くすることができ、その結果、第一水量(6cc/分)以下のときであっても蒸発器91の中流部分から下流部分で蒸発を完了させるように運転を行なうことができる。
In the present embodiment, when the amount of water is equal to or less than the first water amount (6 cc / min), water is supplied only from the
これにより、蒸発器91の上流部分だけで蒸発が完了して蒸発器91の下流部分の温度が高温化してしまうことを抑制して運転できる。従って、蒸発器91の下流部分に近接する変成触媒14が、高温化により劣化することに対して、耐久性を確保させる目的で、予
め変成触媒14を積み増して充填しておく必要がなくなるので、小型化した水素生成装置1を運転することができる。
Thereby, it can operate | move, suppressing that the evaporation is completed only in the upstream part of the
(実施の形態7)
図8は、本発明の実施の形態7における水素生成装置の概略構成を示す概略縦断面図である。なお、図8に示す実施の形態7の水素生成装置1において、図6に示した実施の形態6の水素生成装置1と同一構成要素には同一符号を付与して、その重複する説明は省略する。
(Embodiment 7)
FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the hydrogen generator in
図6に示した実施の形態6の水素生成装置1では、螺旋体35、螺旋状流路33、水供給器8の数が2つで、制御器7が第一水供給器8aと第二水供給器8bとを制御するのに対し、図8に示す実施の形態7の水素生成装置1では、螺旋体35、螺旋状流路33、水供給器8の数が3つで、制御器7が第一水供給器8aと第二水供給器8bと第三水供給器8cとを制御する。
In the
第一螺旋体35aと第二螺旋体35bと第三螺旋体35cの3つの螺旋体35は、3条ねじのねじ山のような配置になっているので、第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bと第三螺旋状流路33cの3つの螺旋状流路33も、3条ねじのねじ山のような配置になっている。
Since the three
螺旋体35を三本(第一螺旋体35aと第二螺旋体35bと第三螺旋体35c)設けることにより、螺旋状流路33を三本(第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bと第三螺旋状流路33c)構成させ、三本の螺旋状流路33(第一螺旋状流路33aと第二螺旋状流路33bと第三螺旋状流路33c)のそれぞれに水を供給できるように水供給器8を三個(第一水供給器8aと第二水供給器8bと第三水供給器8c)設けていて、水と原料の両方がそれぞれの水供給器8から供給される。
By providing three spiral bodies 35 (first
また、制御器7は、第一水供給器8aと第二水供給器8bと第三水供給器8cを制御する。制御器7は、制御器7により設定された目標値に基づいて水供給器8の運転を制御する。制御器7は、信号入出力部(図示せず)と、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えている。
Moreover, the
以上のように構成された水素生成装置1について、以下その動作、作用を説明する。
About the
蒸発器91に供給する水量が所定の第一水量(4cc/分)以下の場合は、第一水供給器8aからのみ水を供給させ、蒸発器91に供給する水量が第一水量(4cc/分)を超える場合は、第一水供給器8aと第二水供給器8bの二つの水供給器8から水を供給させる。さらに蒸発器91に供給する水量が第二水量(8cc/分)を超える場合は、第一水供給器8aと第二水供給器8b第三水供給器8cとの三つの水供給器8から水を供給させる。
When the amount of water supplied to the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置1においては、第一水量(4cc/分)以下の時には、第一水供給器8aからのみ水を供給して第一螺旋状流路33aにだけ水を流すので、実際に水が流れる螺旋状流路33長さを、複数本から水を流すときに比べて短くすることができる。
As described above, in the
従って、第一水量(4cc/分)以下のときであっても蒸発器91の中流部分から下流部分で蒸発を完了させるように運転を行なうことができる。これにより、蒸発器91の上流部分だけで蒸発が完了して蒸発器91の下流部分の温度が高温化してしまうことを抑制して運転できる。
Therefore, even when the amount of water is equal to or less than the first water amount (4 cc / min), the operation can be performed so that the evaporation is completed from the middle portion to the downstream portion of the
従って、蒸発器91の下流部分に近接する変成触媒14が、高温化により劣化することに対して、耐久性を確保させる目的で、予め変成触媒14を積み増して充填しておく必要がなくなるので、小型化した水素生成装置1を運転することができる。
Therefore, the
なお、本実施の形態では円筒形状で構成される水素生成装置について説明しているが、円筒形状以外の反応器にも当てはまることは言うまでもない。 In the present embodiment, the hydrogen generator configured in a cylindrical shape is described, but it goes without saying that the present invention also applies to reactors other than the cylindrical shape.
以上のように、本発明にかかる水素生成装置は、従来よりも水素生成装置を設置する面の傾斜角度の許容範囲を大きくできたり、蒸発器の上下方向の寸法を小さくできたり、蒸発器において蒸発する水量を増やしたりできる汎用性に優れた水素生成装置であるので、例えば、家庭用燃料電池システムに好適である。 As described above, the hydrogen generator according to the present invention can increase the allowable range of the inclination angle of the surface on which the hydrogen generator is installed, and can reduce the vertical dimension of the evaporator. Since it is a hydrogen generator excellent in versatility that can increase the amount of water to evaporate, it is suitable for a household fuel cell system, for example.
1 水素生成装置
2 水素生成装置
3 水素生成装置
7 制御器
8 水供給器
8a 第一水供給器
8b 第二水供給器
8c 第三水供給器
10 改質器
11 改質触媒
13 一酸化炭素低減器
14 変成触媒
15 選択酸化触媒
17 出口配管
20 燃焼器
21 燃焼筒
22 燃焼排ガス流路
23 燃焼排ガス排出口
30 供給流路
31 内筒
32 外筒
33 螺旋状流路
33a 第一螺旋状流路
33b 第二螺旋状流路
33c 第三螺旋状流路
34 螺旋状凸部
34a 第一螺旋状凸部
34b 第二螺旋状凸部
35 螺旋体
35a 第一螺旋体
35b 第二螺旋体
35c 第三螺旋体
36 螺旋状内凸部
36a 第一螺旋状内凸部
36b 第二螺旋状内凸部
38 排出流路
91 蒸発器
92 蒸発器
93 蒸発器
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記螺旋状流路を、多条ねじのねじ山のような配置で複数経路設け、
複数経路の前記螺旋状流路のそれぞれに水が供給されるように水供給器を複数設けた、
水素生成装置。 A hydrogen generator having an evaporator having a spiral flow path that evaporates while spirally flowing water between an inner cylinder and an outer cylinder,
The spiral channel is provided with a plurality of paths in an arrangement like a thread of a multi-thread screw,
A plurality of water supply devices are provided so that water is supplied to each of the spiral flow paths of a plurality of paths,
Hydrogen generator.
2経路の前記螺旋状流路のそれぞれに水が供給されるように前記水供給器を2つ設けた、請求項1に記載の水素生成装置。 Two paths are provided in the spiral flow path in an arrangement like a thread of a double thread,
The hydrogen generator according to claim 1, wherein two water supply units are provided so that water is supplied to each of the two spiral flow paths.
請求項1または2に記載の水素生成装置。 The spiral flow path is composed of the inner cylinder, the outer cylinder, and an outer peripheral surface of the inner cylinder and a spiral helix that contacts the inner peripheral surface of the outer cylinder.
The hydrogen generator according to claim 1 or 2.
請求項1または2に記載の水素生成装置。 The spiral flow path has a structure in which a spiral convex portion provided on one of the inner cylinder and the outer cylinder is in contact with either the inner cylinder or the outer cylinder.
The hydrogen generator according to claim 1 or 2.
請求項1から4のいずれか1項に記載の水素生成装置。 The number of spiral channels downstream of the evaporator is less than the number of spiral channels upstream of the evaporator;
The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 4.
前記制御器は、前記蒸発器に供給する水の量が所定の第一水量以下の場合は、複数の前記水供給器のうちの一部の前記水供給器からのみ水を供給させ、
前記蒸発器に供給する水の量が前記第一水量を超える場合は、複数の前記水供給器の全ての前記水供給器から水を供給させる、
請求項1から5のいずれか1項に記載の水素生成装置。 A controller for controlling a plurality of the water supply units;
When the amount of water supplied to the evaporator is equal to or less than a predetermined first water amount, the controller causes water to be supplied only from some of the water supply devices of the plurality of water supply devices,
When the amount of water supplied to the evaporator exceeds the first water amount, water is supplied from all the water supply units of the plurality of water supply units.
The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 5.
複数経路の前記螺旋状流路のそれぞれに水が供給されるように、水供給器が複数設けられた、水素生成装置の運転方法であって、
前記蒸発器に供給する水の量が所定の第一水量以下の場合は、複数の前記水供給器のうちの一部の前記水供給器からのみ水を供給させ、
前記蒸発器に供給する水の量が前記第一水量を超える場合は、複数の前記水供給器の全ての前記水供給器から水を供給させる、
水素生成装置の運転方法。 It has an evaporator having a spiral flow path that evaporates while spirally flowing water between the inner cylinder and the outer cylinder, and the spiral flow path has a plurality of paths in an arrangement like a thread of a multi-thread screw Provided,
An operation method of a hydrogen generator, wherein a plurality of water supply devices are provided so that water is supplied to each of the spiral flow paths of a plurality of paths,
When the amount of water supplied to the evaporator is equal to or less than a predetermined first water amount, water is supplied only from some of the water supply devices of the plurality of water supply devices,
When the amount of water supplied to the evaporator exceeds the first water amount, water is supplied from all the water supply units of the plurality of water supply units.
Operation method of hydrogen generator.
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