JP2018100188A - Hydrogen generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、都市ガスやLPガス等の炭化水素系燃料を原料ガスとして、水素が含まれた水素含有ガス(改質ガス)を作る、水素生成装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator that produces hydrogen-containing gas (reformed gas) containing hydrogen using a hydrocarbon-based fuel such as city gas or LP gas as a raw material gas.
水素を生成させる方法としては、都市ガスやLPガス等の炭化水素系の原料ガスに水蒸気を加えて加熱する、水蒸気改質方式が広く用いられている。水蒸気改質方式による水素発生装置は、原料ガスと水蒸気から化学反応によって水素を生成する改質器と、改質器に水蒸気や原料ガスを供給する蒸発器を有する構成が一般的である。 As a method for generating hydrogen, a steam reforming method is widely used in which steam is added to a hydrocarbon-based source gas such as city gas or LP gas and heated. A hydrogen generator using a steam reforming system generally has a configuration including a reformer that generates hydrogen from a raw material gas and steam by a chemical reaction, and an evaporator that supplies the reformer with water vapor or raw material gas.
蒸発器には原料ガスと水が供給され、これらが周囲の熱を受けることで加熱され、水は水蒸気へと変化する。その後、高温化した原料ガスと水蒸気は混合ガスとなって改質器へと供給される。 A raw material gas and water are supplied to the evaporator, and these are heated by receiving ambient heat, and the water is changed into water vapor. Thereafter, the heated source gas and water vapor are mixed and supplied to the reformer.
従来の水素生成装置としては、円筒形状の容器によって蒸発器が構成され、さらに、その蒸発器には、予め螺旋状の通気孔が形成された円筒形状の吸水性部材が挿入され、吸水性部材に水を浸透させ、周囲の熱を吸収して水を蒸発させるように構成されたものがあった(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional hydrogen generator, an evaporator is constituted by a cylindrical container, and further, a cylindrical water-absorbing member in which a spiral air hole is formed in advance is inserted into the evaporator, and the water-absorbing member In some cases, water is allowed to permeate, and the surrounding heat is absorbed to evaporate the water (for example, see Patent Document 1).
図5は、特許文献1に記載の従来の水素生成装置の蒸発器の概略構成を示す要部縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main part showing a schematic configuration of an evaporator of a conventional hydrogen generator described in
図5に示すように、従来の水素生成装置の蒸発器103は、円筒形状の容器によって構成されている。蒸発器103は吸水性部材108を備え、吸水性部材108には螺旋状通気孔109が設けられている。
As shown in FIG. 5, the
蒸発器103には原料ガスと、水が供給される。蒸発器103に供給された原料ガスは螺旋状通気孔109の内部を流れる。また、蒸発器103に供給された水は、吸水性部材108に浸透して、重力の作用に従って鉛直下方向に進行する。原料ガスは、螺旋状通気孔109の形状に沿った方向に流れる。
A raw material gas and water are supplied to the
しかしながら、特許文献1に記載された従来の水素生成装置は、螺旋状通気孔109に水が浸入して、原料ガスの流れが妨げられることによって、原料ガスの流量が不安定となり、改質器における水素生成量が不安定化するという課題を有していた。
However, in the conventional hydrogen generator described in
つまり、従来の水素生成装置は、蒸発器103に供給された水が、吸水性部材108に浸透して、重力の作用に従って鉛直下方向に進行し、原料ガスが、吸水性部材108の螺旋状通気孔109の形状に沿った方向に流れるため、水が螺旋状通気孔109に流入し原料ガスの流れを妨げてしまう。
That is, in the conventional hydrogen generator, the water supplied to the
一般的な水素生成装置における原料ガスは、ポンプを用いた流量制御装置によって、そ
の流量が所定量となるように制御されている場合が多いが、螺旋状通気孔109に水が流入すると、原料ガスが流れ難くなり、原料ガスの流量が一時的に低下する。
The raw material gas in a general hydrogen generator is often controlled so that the flow rate becomes a predetermined amount by a flow control device using a pump, but when water flows into the
その後、ポンプの働きによって螺旋状通気孔109の内部の圧力が高まり、圧力によって水を吹き飛ばすことで原料ガスは所定の流量まで増加する。しかし、水が再び螺旋状通気孔109に浸入すると、原料ガスの流量は再び低下する。
Thereafter, the pressure inside the
このように、螺旋状通気孔109に水が流入することで、原料ガスの流量は減少と増加を繰り返して、改質器への原料ガス供給量が不安定となり、改質器における水素生成量が不安定化するという課題を有していた。
As described above, when water flows into the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水が原料ガスの流れを妨げることを抑制し、水素生成量を安定に保つことを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to prevent water from interfering with the flow of the raw material gas and to keep the hydrogen generation amount stable.
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、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器に供給する蒸発器と、蒸発器を構成する壁面に接触するように蒸発器の途中に設けられた吸水性部材と、蒸発器の上部から水を供給する水供給器と、吸水性部材に浸透した水が蒸発するように吸水性部材を加熱する蒸発器加熱部を備え、吸水性部材には、略鉛直方向の通気孔が形成され、改質器には、通気孔を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材で発生した水蒸気が供給されるようにしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the hydrogen generator of the present invention includes a reformer that generates a hydrogen-containing gas by reforming a mixed gas of a raw material gas containing hydrocarbon components and water vapor, and the raw material gas and water vapor. An evaporator for supplying the mixed gas of the reactor to the reformer, a water absorbing member provided in the middle of the evaporator so as to be in contact with the wall surface constituting the evaporator, and a water feeder for supplying water from the upper part of the evaporator And an evaporator heating section that heats the water absorbent member so that water that has permeated the water absorbent member evaporates. The water absorbent member is formed with a substantially vertical vent hole, and the reformer is passed through. The raw material gas that has passed through the pores from above and the water vapor generated by the water absorbing member are supplied.
これによって、吸水性部材における水の進行方向と、通気孔を流れる原料ガスの進行方向は共に略鉛直方向となる。 Thereby, the traveling direction of water in the water absorbing member and the traveling direction of the source gas flowing through the vent holes are both substantially vertical.
しがたって、この両者は交差せず略平行となるため、水が通気孔に流入し難くなり、原料ガスが水によって妨げられることを抑制できる。その結果、改質器への原料ガスの供給量が安定となるため、水素生成量も安定に保つことができる。 Therefore, the two do not cross each other and are substantially parallel to each other, so that it is difficult for water to flow into the vent hole, and the raw material gas can be prevented from being hindered by water. As a result, the supply amount of the raw material gas to the reformer becomes stable, so that the hydrogen generation amount can be kept stable.
本発明の水素生成装置は、水素生成量を安定に保つことができる。また、本発明の水素生成装置を搭載した燃料電池システムにおいては、燃料電池に安定した量の水素を供給できるため、発電出力を安定に保つことができる。 The hydrogen generator of the present invention can keep the hydrogen generation amount stable. Further, in the fuel cell system equipped with the hydrogen generator of the present invention, a stable amount of hydrogen can be supplied to the fuel cell, so that the power generation output can be kept stable.
第1の発明は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器と、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器に供給する蒸発器と、蒸発器を構成する壁面に接触するように蒸発器の途中に設けられた吸水性部材と、蒸発器の上
部から水を供給する水供給器と、吸水性部材に浸透した水が蒸発するように吸水性部材を加熱する蒸発器加熱部を備える水素生成装置において、吸水性部材には、略鉛直方向の通気孔が形成され、改質器には、通気孔を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材で発生した水蒸気が供給されるようにしたものである。
A first invention is a reformer that reforms a mixed gas of a raw material gas containing a hydrocarbon component and steam to generate a hydrogen-containing gas, and an evaporator that supplies a mixed gas of the raw material gas and steam to the reformer And a water absorbing member provided in the middle of the evaporator so as to be in contact with the wall surface constituting the evaporator, a water supply device for supplying water from the upper part of the evaporator, and water penetrating the water absorbing member evaporates As described above, in the hydrogen generator including the evaporator heating unit that heats the water absorbing member, the water absorbing member is formed with a substantially vertical vent hole, and the reformer passes through the vent hole from top to bottom. The raw material gas and the water vapor generated in the water absorbing member are supplied.
これによって、蒸発器内で吸水性部材を流れる水が通気孔に流入し難くなり、原料ガス供給量が不安定化することを抑制でき、水素生成量を安定に保つことができる。 This makes it difficult for water flowing through the water-absorbing member in the evaporator to flow into the vent hole, so that the supply amount of the raw material gas can be prevented from becoming unstable, and the hydrogen generation amount can be kept stable.
第2の発明は、特に第1の発明の水素生成装置において、吸水性部材に設けられた通気孔が、少なくとも2つ以上となるようにしたものである。 According to a second aspect of the invention, particularly in the hydrogen generator of the first aspect of the invention, there are at least two vent holes provided in the water absorbing member.
これによって、仮に、一つの通気孔に水が浸入したとしても、別の通気孔に原料ガスが通るため、原料ガス供給量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。 As a result, even if water enters one vent hole, the source gas passes through another vent hole, so that the source gas supply amount can be kept stable and the hydrogen production amount can be kept stable. .
第3の発明は、特に第1または第2の発明の水素生成装置において、吸水性部材の通気孔の少なくとも上部に、吸水性部材に浸透した水が通気孔に流出するのを防止する防水壁が設けられるものである。 According to a third aspect of the present invention, in particular, in the hydrogen generator of the first or second aspect of the invention, a waterproof wall that prevents water penetrating the water absorbent member from flowing out into the vent hole at least above the vent hole of the water absorbent member Is provided.
これによって、吸水性部材の上部において原料ガスの流れが水に妨げられることを確実に防ぎ、原料ガス供給量や水素生成量を安定に保つことができる。 Thereby, it is possible to reliably prevent the flow of the raw material gas from being obstructed by water in the upper part of the water absorbing member, and to keep the raw material gas supply amount and the hydrogen generation amount stable.
第4の発明は、特に第3の発明の水素生成装置において、防水壁を通気孔の下部に設けないようにしたものである。 According to a fourth aspect of the invention, in particular, in the hydrogen generator of the third aspect of the invention, the waterproof wall is not provided below the vent hole.
これによって、吸水性部材で発生した水蒸気が蒸発器下部の通気孔へ流れ込み、原料ガスと水蒸気がよく混ざった状態で改質器に流入することで、水素生成量が高い状態に保つことができる。 As a result, the water vapor generated in the water absorbing member flows into the vent hole in the lower part of the evaporator, and flows into the reformer in a state where the raw material gas and the water vapor are well mixed together, so that the hydrogen generation amount can be kept high. .
第5の発明は、特に第1から第4のいずれか一つの発明の水素生成装置において、吸水性部材から滴下した水を受ける水トラップ部と、水トラップ部の底部よりも上部に、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器に流出させる流出口を備え、蒸発器加熱部は、水トラップ部で受けた水を加熱することを可能に配置されるようにしたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the hydrogen generator of any one of the first to fourth aspects of the invention, the water trap portion that receives the water dropped from the water absorbing member, and the source gas above the bottom portion of the water trap portion. The evaporator heating unit is arranged to be able to heat the water received in the water trap unit.
これによって、吸水性部材から滴下した水を水トラップ部にて蒸発させることができるため、十分な水蒸気量が確保でき、蒸発器よりも下流に位置する改質器において十分な水蒸気生成量を確保できる。 As a result, water dripped from the water-absorbing member can be evaporated in the water trap part, so that a sufficient amount of water vapor can be secured, and a sufficient amount of water vapor can be secured in the reformer located downstream from the evaporator. it can.
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. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(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縦断面図である。図中の矢印はガスや水の流れを表す。まずは水素生成装置の構成要素について述べる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a hydrogen generator in
図1に示すように、実施の形態1の水素生成装置30は、原料供給器1、水供給器2、蒸発器3、改質器4、燃焼器5、蒸発器加熱部6a、蒸発器加熱部6b、断熱材7、空気供給口24、水供給口28、原料ガス供給口29を備える。蒸発器3、改質器4、燃焼器5、蒸発器加熱部6a、蒸発器加熱部6b、空気供給口24、水供給口28、原料ガス供給口29は高温に耐えられるようにステンレス製の部材によって構成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、蒸発器3、改質器4、蒸発器加熱部6a、蒸発器加熱部6bを構成する容器は円筒形状である。蒸発器3は、蒸発器上部ヘッダ25と、その下部に設置される吸水性部材8と、そのさらに下部に設置される蒸発器下部ヘッダ26の三つの領域によって構成されている。
Moreover, the container which comprises the
蒸発器3の下部には改質器4が設置され、蒸発器3の外側には蒸発器加熱部6aが設置され、蒸発器3の内側には蒸発器加熱部6bが設置され、改質器4の内側には燃焼器5が設置される。断熱材7は改質器4、蒸発器加熱部6aを覆うように取り付けられている。
A reformer 4 is installed below the
原料ガス供給口29はパイプ形状で、蒸発器上部ヘッダ25の上部に一つ取り付けられている。原料供給器1は原料ガス供給口29にガスを供給することができるように連結している。水供給口28はパイプ形状で蒸発器上部ヘッダ25の上部に複数取り付けられている。水供給器2は水供給口28に水を供給することができるように連結している。
The source
蒸発器下部ヘッダ26は改質器4に、改質器4は蒸発器加熱部6aに、燃焼器5は蒸発器加熱部6bに、それぞれガスを流すことができるように連結している。また、吸水性部材8は、水を吸収することが可能な部材であり、具体的には、金属ウールや、多孔質のセラミックなどが用いられる。吸水性部材8は蒸発器3を構成する壁面に接触するように設置されている。
The evaporator
改質器4には改質触媒が封入されている。改質触媒はアルミナの粉を固めた球状の粒の表面に、金属を付着させたものが用いられる。金属はニッケル、白金、ルテニウム、ロジウム、などが用いられる。粒子の直径は1〜5mm程度のものであり、数千〜数万粒の改質触媒が改質器4に封入されている。 A reforming catalyst is enclosed in the reformer 4. As the reforming catalyst, a material obtained by attaching a metal to the surface of spherical particles obtained by solidifying alumina powder is used. As the metal, nickel, platinum, ruthenium, rhodium, or the like is used. The diameter of the particles is about 1 to 5 mm, and thousands to tens of thousands of reforming catalysts are sealed in the reformer 4.
蒸発器加熱部6a、蒸発器加熱部6bは蒸発器3に隣接している。蒸発器加熱部6aの内部には、発熱性の触媒である変成触媒15、選択酸化触媒16が封入されている。変成触媒15は蒸発器加熱部6aの下部に、選択酸化触媒16は蒸発器加熱部6aの上部に設置され、その間には蒸発器加熱部中央ヘッダ27が設置される。
The
変成触媒15と選択酸化触媒16は、蒸発器3における吸水性部材8に熱を加えることが可能な位置に配置されている。
The
蒸発器加熱部中央ヘッダ27には水素生成装置30の外部から空気を供給することができるように、空気供給口24が取り付けられている。空気供給口24はパイプなどの配管で構成される。
An
変成触媒15は、アルミナの粉を固めた粒の表面に、銅や亜鉛などの金属を付着させたものが用いられる。選択酸化触媒16は、アルミナの粉を固めた粒の表面に、ルテニウムなどの金属を付着させたものが用いられる。変成触媒15、選択酸化触媒16の粒子の直径は1〜5mm程度のものであり、それぞれ数千〜数万粒の触媒が蒸発器加熱部6aに封入されている。燃焼器5は改質器4を加熱することが可能な位置に配置されている。
As the
図2は本発明の実施の形態1の水素生成装置30における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図である。図2において、図1に示した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付与し、適宜、重複する説明を省略する。
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the internal configuration of the evaporator and the evaporator heating unit in the
図2に示すように、吸水性部材8には略鉛直方向に設けられた通気孔9が複数設けられている。通気孔9は円柱形状で、鉛直上下方向に貫通しており、ガスを流すことが可能な
構成になっている。通気孔9は吸水性部材8の半径方向の厚み幅に対して、中央に配置される。また、通気孔9は、吸水性部材8の周方向において等間隔に配列されている。通気孔9は、完全に鉛直方向でなくてもよく、鉛直方向に対して数度程度傾いていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
また、蒸発器上部ヘッダ25の上部における、複数の水供給口28の取り付け位置は、隣り合う通気孔9の中間位置の真上である。原料ガス供給口29は、蒸発器上部ヘッダ25の上部の任意の位置に設置されている。
Further, the attachment position of the plurality of
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置30について、以下その動作、作用を説明する。
The operation and action of the
図1に示すように、原料供給器1から炭化水素系の原料ガスが、原料ガス供給口29を介して、蒸発器3における蒸発器上部ヘッダ25に供給される。原料ガスは、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどである。
As shown in FIG. 1, the hydrocarbon-based source gas is supplied from the
原料供給器1は水素生成に必要な原料ガスの流量が流れるように制御している。また、水が水供給器2から分配され、複数の水供給口28を介して蒸発器上部ヘッダ25に供給される。水供給器2は、水素生成に必要な流量が流れるように制御している。
The
図2において、蒸発器上部ヘッダ25に供給された水は、蒸発器上部ヘッダ25の内部で落下し、吸水性部材8に浸透する。水供給口28が、隣り合う通気孔9の中間位置の真上に設置されているため、水は通気孔9がある位置には落下せず、隣り合う通気孔9の中間位置に到達する。
In FIG. 2, the water supplied to the evaporator
吸水性部材8に浸透した水は、重力の作用によって鉛直下方向に進行していく。また、蒸発器上部ヘッダ25に供給された原料ガスは、吸水性部材8に到達し、通気孔9の内部を通って、吸水性部材8の下部へ流れる。吸水性部材8は、蒸発器3に隣接する蒸発器加熱部6a、蒸発器加熱部6bから加熱される。
The water that has permeated the water-absorbing
吸水性部材8が加熱されると、吸水性部材8に浸透した水は加熱を受けて徐々に水蒸気へと変化する。発生した水蒸気の一部は通気孔9へ流れ込み、原料ガスと混ざりあい、混合ガスとなる。発生した水蒸気のうちのもう一部は吸水性部材8の内部を流れ、蒸発器下部ヘッダ26において混合ガスと合流する。
When the
混合ガスは、吸水性部材8からの熱を受け、温度が300℃〜400℃程度まで上昇する。図1において、高温化した混合ガスは、蒸発器3から排出され、改質器4へと供給される。改質器4に封入されている改質触媒が水素を生成する機能を有する。混合ガスは改質触媒の粒の間をすり抜けるように通過する。
The mixed gas receives heat from the
混合ガスは、改質触媒に触れることで化学反応が促され、水素、CO、CO2を生成する。これらの化学反応を発生させるためには改質器4を400℃〜700℃程度の高温に保つ必要がある。また、これらの反応は吸熱反応であるため、改質器4には熱を加える必要がある。 When the mixed gas comes into contact with the reforming catalyst, a chemical reaction is promoted, and hydrogen, CO, and CO 2 are generated. In order to generate these chemical reactions, it is necessary to keep the reformer 4 at a high temperature of about 400 ° C to 700 ° C. Further, since these reactions are endothermic reactions, it is necessary to apply heat to the reformer 4.
水素生成装置30は改質器4を加熱する目的で燃焼器5を備えているが、これについての説明は後ほど述べる。改質器4に投入された混合ガスは、化学反応によって水素を含む改質ガスとなって改質器4から排出され、蒸発器加熱部6aへと供給される。
The
図2に示すように、蒸発器加熱部6aは蒸発器3に隣接し、吸水性部材8に熱を与えることができるように構成されている。改質ガスは200℃〜300℃程度の温度で蒸発器
加熱部6aに供給される。
As shown in FIG. 2, the
蒸発器加熱部6aに封入されている変成触媒15、選択酸化触媒16は、改質ガスに含まれるCOの濃度を低減させる機能を有する。改質ガスは変成触媒15の粒の間をすり抜けるように通過する。改質ガスに含まれるCOと水蒸気は、この変成触媒15に触れることで化学反応を起こし、水素とCO2を発生させる。この化学反応は発熱反応であるため吸水性部材8が加熱される。
The
変成触媒15を通り抜けた改質ガスは、蒸発器加熱部中央ヘッダ27に供給される。また、蒸発器加熱部中央ヘッダ27には、水素生成装置30の外部から空気供給口24を通して空気が供給される。変成触媒15を通り抜けた後の改質ガスは、蒸発器加熱部中央ヘッダ27で空気と合流し、選択酸化触媒16に供給される。
The reformed gas that has passed through the
改質ガスに含まれる水素、CO、酸素が選択酸化触媒16に触れることによって化学反応を起こし、水とCO2を発生させる。この反応も発熱反応であるため吸水性部材8が加熱される。
Hydrogen contained in the reformed gas, CO, oxygen causes a chemical reaction by touching the
蒸発器加熱部6aに供給される改質ガスは、蒸発器加熱部6aに隣接する蒸発器3への熱伝達によって、60℃〜120℃程度の温度に冷却されたのち、水素生成装置30の外部へと排出される。水素生成装置30の外部へ排出された改質ガスに含まれる水素のモル濃度は、40%〜60%となる。改質ガスは水素のほかに、水蒸気やCO、CO2、メタンなども含む。
The reformed gas supplied to the
続いて、燃焼器5に関して説明する。図1に示すように、燃焼器5には可燃ガスと空気が投入される。可燃ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素系のガスや、水素などが含まれるものを用いる。燃焼器5は、これらを混合させて燃焼させる。
Next, the
可燃ガスと空気に含まれる酸素が反応することにより、火炎が発生し、燃焼排ガスが発生し、改質器4を加熱する。燃焼排ガスは、改質器4を加熱した後、蒸発器加熱部6bへと流入する。図2に示すように、蒸発器加熱部6bは蒸発器3の内側に隣接し、吸水性部材8に熱を与えることができるように構成されている。
When the combustible gas and oxygen contained in the air react, a flame is generated, combustion exhaust gas is generated, and the reformer 4 is heated. The combustion exhaust gas heats the reformer 4 and then flows into the
燃焼排ガスは、300℃〜500℃程度の温度で蒸発器加熱部6bに供給され、蒸発器加熱部6bに隣接する蒸発器3への熱伝達によって、60℃〜100℃程度に冷却されたのち、水素生成装置30の外部へと排出される。
The combustion exhaust gas is supplied to the
また、図1に示すように、改質器4、蒸発器加熱部6aを覆う断熱材7が水素生成装置30からの放熱を抑制している。放熱を抑制することで、改質器4が効率よく加熱され、高い水素生成量を確保することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
以下では蒸発器3における動作、作用についてより詳細に記載する。
Hereinafter, the operation and action of the
蒸発器3では、図2に示すように水の進行方向と原料ガスの進行方向が共に略鉛直下方向を向いているため、これらは互いに略平行であり、交差していない。したがって、本発明の蒸発器3は、通気孔9に水が流入しにくい構成となっている。よって、水が原料ガスの流れを妨げることを抑制できるため、原料ガスの流量が安定となり、水素生成量が安定となる。
In the
また、通気孔9が2つ以上設けられることによって、原料ガスの流量の安定化の効果が
よりいっそう増す。その理由について以下に詳しく述べる。
Further, by providing two or
本実施の形態における吸水性部材8は、通気孔9に水が流入しにくい構成になっているが、水が流入する可能性を完全に排除できるものではない。
Although the
その理由は、蒸発器3の上部から供給される水の流量が吸水性部材8の上面に対して均一でなく、一部の領域で大きくなれば、水平方向に水が拡散する作用が働き、通気孔9に向かって水が進行する可能性があるためである。しかし、通気孔9を2つ以上設けておけば、仮に一つの通気孔9に水が浸入したとしても、別の通気孔9に原料ガスが通るため、原料ガスの流量を安定に保つことができる。
The reason is that if the flow rate of water supplied from the upper part of the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置30は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器4と、混合ガスを改質器4に供給する蒸発器3と、蒸発器3を構成する壁面に接触するように蒸発器3の途中に設けられた吸水性部材8と、蒸発器3の上部から水を供給する水供給器2と、吸水性部材8に浸透した水が蒸発するように吸水性部材8を加熱する蒸発器加熱部6a,6bと、を備え、吸水性部材8には、略鉛直方向の通気孔9が形成され、改質器4には、通気孔9を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材8で発生した水蒸気が供給されることによって、原料ガスの流量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
As described above, the
また、吸水性部材8に通気孔9を少なくとも2つ以上設けることにより、原料ガスの流量を安定化させる効果をより高めることができ、水素生成量を安定に保つことができる。
Further, by providing at least two or
なお、図1では、円筒形状の水素生成装置30や、円筒形状の蒸発器3について記載したが、これらが平板形状の構造であっても同様の効果が得られる。また蒸発器加熱部6aの具体的な事例として、変成触媒15や選択酸化触媒16の発熱による加熱方法を記載したが、これによって本発明が限定されるものではない。
In FIG. 1, the
蒸発器加熱部6bの具体的な事例として燃焼排ガスの熱を利用したものを記載したが、これについても本発明を限定するものではない。例えば、蒸発器加熱部6aや蒸発器加熱部6bは電気ヒーターなどを用いてもよい。
Although what utilized the heat | fever of combustion exhaust gas was described as a specific example of the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における水素生成装置については、特に蒸発器に関する説明を行う。それ以外の構成については、実施の形態1と同様のため、適宜、重複する説明を省略し、動作、作用についても、適宜、重複する説明を省略する。
(Embodiment 2)
The hydrogen generator in
図3は本発明の実施の形態2の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図である。本実施の形態において、図2に示した実施の形態1の水素生成装置30と同じ構成要素には同じ符号を付与し重複する説明は省略する。
FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing the internal configuration of the evaporator and the evaporator heating unit in the hydrogen generator of
図2に示した実施の形態1の水素生成装置30と異なる点は、水が蒸発器3の上部の側面に供給されるように水供給口28が一つ構成され、吸水性部材8における通気孔9の上部には防水壁21が設けられていることである。
The difference from the
水供給口28はパイプなどの配管によって構成され、水が供給される位置は吸水性部材8の上部である。また、防水壁21はパイプ形状のステンレス製部材を通気孔9に差し込んだ構成となっている。また、吸水性部材8の下部では防水壁21は設けられていない。防水壁21の水平断面は、通気孔9の水平断面と同じで円形である。
The
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置30の蒸発器3について、以下その動作、作用を説明する。
About the
図3において、水は水供給口28を介して蒸発器3の上部の側面から供給される。水が蒸発器3に供給される位置において、水の進行方向は水平方向であり、原料ガスの進行方向に対して交差するが、防水壁21によって、水が通気孔9に流入することを阻止している。よって、吸水性部材8の上部では、水が原料ガスの流れを妨げることを確実に阻止できる。
In FIG. 3, water is supplied from the upper side surface of the
水の進行方向は、蒸発器3に供給される位置では水平方向であるが、重力の作用で吸水性部材8に染み渡っていくにつれて、次第に進行方向が鉛直方向となる。したがって吸水性部材8の下部では、水の進行方向とガスの進行方向が略平行になり、水が通気孔9に流入し難くなるため、防水壁21は必ずしも必要ではない。
The traveling direction of water is the horizontal direction at the position where it is supplied to the
吸水性部材8の下部では、吸水性部材8で発生した水蒸気を通気孔9に流入させて、原料ガスと混合させることが望ましい。
In the lower part of the water-absorbing
本実施の形態においては、吸水性部材8の下部に防水壁21を設けないことによって、原料ガスと水蒸気の混合性を確保している。その結果、よく混合された混合ガスが改質器4に供給され、高い水素生成量を確保することができる。
In the present embodiment, by not providing the
以上のように、本実施の形態の水素生成装置30は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器4と、混合ガスを改質器4に供給する蒸発器3と、蒸発器3を構成する壁面に接触するように蒸発器3の途中に設けられた吸水性部材8と、蒸発器3の上部から水を供給する水供給器2と、吸水性部材8に浸透した水が蒸発するように吸水性部材8を加熱する蒸発器加熱部6a,6bと、を備え、吸水性部材8には、略鉛直方向の通気孔9が形成され、改質器4には、通気孔9を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材8で発生した水蒸気が供給されることによって、原料ガスの流量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
As described above, the
また、吸水性部材8に通気孔9を少なくとも2つ以上設けることにより、原料ガスの流量を安定化させる効果をより高めることができ、水素生成量を安定に保つことができる。
Further, by providing at least two or
また、通気孔9の少なくとも上部には、吸水性部材8に浸透した水が通気孔9に流出するのを防止する防水壁21が、設けられていることによって、吸水性部材8の上部では原料ガスの流れが水に妨げられることを確実に防ぎ、原料ガス供給量や水素生成量を安定に保つことができる。
In addition, a
また防水壁21を吸水性部材8の下部には設けないことにより、吸水性部材8の下部で原料ガスと水蒸気の混合性が確保され、高い水素生成量を保つことができる。
Further, since the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3における水素生成装置においては、特に蒸発器、蒸発器加熱部に関する説明を行う。それ以外の構成については、実施の形態1と同様のため、適宜、重複する説明を省略し、動作、作用についても、適宜、重複する説明を省略する。
(Embodiment 3)
In the hydrogen generation apparatus according to
図4は本発明の実施の形態3の水素生成装置における蒸発器、蒸発器加熱部の内部構成を示す断面斜視図である。本実施の形態において、図2に示した実施の形態1の水素生成装置30と同じ構成要素には同じ符号を付与し重複する説明は省略する。
FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing the internal configuration of the evaporator and the evaporator heating unit in the hydrogen generator of
図2に示した実施の形態1の水素生成装置30と異なる点は、蒸発器下部ヘッダ26に水を受けるための水トラップ部22を設けていること、さらに、水トラップ部22の底部よりも上部に混合ガスを排出するための流出口23を設けていることである。水トラップ部22は、蒸発器加熱部6bが水トラップ部22を加熱できるように、蒸発器加熱部6bに隣接した位置に配置されている。
The difference from the
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置30について、以下その動作、作用を説明する。
The operation and action of the
本実施の形態における水素生成装置30は、水素生成量を増加させる目的で原料および水の供給量を増加させた際において、吸水性部材8に浸透した水が蒸発しきれずに吸水性部材8の下部まで浸透し、吸水性部材8の下部から滴下した場合に、滴下した水を水トラップ部22で受けとめることができる。
In the
水トラップ部22は蒸発器加熱部6bに隣接しているため、水トラップ部22で受けた水は、蒸発器加熱部6bを流れる燃焼排ガスからの伝熱によって加熱され、蒸発する。蒸発によって発生した水蒸気は、蒸発器下部ヘッダ26の内部で上昇し、通気孔9から排出される原料ガスと混ざり合って混合ガスとなり、流出口23を通過し、蒸発器下部ヘッダ26から排出される。
Since the
以上のように、実施の形態3の水素生成装置30は、炭化水素成分を含む原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質して水素含有ガスを生成する改質器4と、混合ガスを改質器4に供給する蒸発器3と、蒸発器3を構成する壁面に接触するように蒸発器3の途中に設けられた吸水性部材8と、蒸発器3の上部から水を供給する水供給器2と、吸水性部材8に浸透した水が蒸発するように吸水性部材8を加熱する蒸発器加熱部6a,6bと、を備え、吸水性部材8には、略鉛直方向の通気孔9が形成され、改質器4には、通気孔9を上から下に通過した原料ガスと、吸水性部材8で発生した水蒸気が供給されることによって、原料ガスの流量を安定に保つことができ、水素生成量を安定に保つことができる。
As described above, the
また、吸水性部材8に通気孔9を少なくとも2つ以上設けることにより、原料ガスの流量を安定化させる効果をより高めることができ、水素生成量を安定に保つことができる。
Further, by providing at least two or
また、吸水性部材8から滴下した水を受ける水トラップ部22と、水トラップ部22の底部よりも上部に、原料ガスと水蒸気の混合ガスを改質器4に流出させる流出口23と、を備え、蒸発器加熱部6bは、水トラップ部22で受けた水を加熱することを可能に配置されるので、吸水性部材8から滴下した水を水トラップ部22で受け止め、蒸発器加熱部6bからの伝熱によって蒸発させることができる。
Further, a
これにより、十分な水蒸気量が確保できるため、蒸発器よりも下流に位置する改質器において十分な水蒸気生成量を確保できる。なお、図4においては、実施の形態2で示した防水壁21は設けられていないが、防水壁21が設けられていても、同様の効果が得られる。
As a result, a sufficient amount of water vapor can be secured, so that a sufficient amount of water vapor can be secured in the reformer located downstream from the evaporator. In FIG. 4, the
以上のように、本発明にかかる水素生成装置は、原料ガス供給量や水素生成量を安定に保つことができる。したがって、安定的な水素供給が必要な家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの用途に適用できる。 As described above, the hydrogen generator according to the present invention can keep the supply amount of raw material gas and the hydrogen generation amount stable. Therefore, it can be applied to the use of a domestic fuel cell cogeneration system that requires a stable hydrogen supply.
1 原料供給器
2 水供給器
3 蒸発器
4 改質器
5 燃焼器
6a 蒸発器加熱部
6b 蒸発器加熱部
7 断熱材
8 吸水性部材
9 通気孔
15 変成触媒
16 選択酸化触媒
21 防水壁
22 水トラップ部
23 流出口
24 空気供給口
25 蒸発器上部ヘッダ
26 蒸発器下部ヘッダ
27 蒸発器加熱部中央ヘッダ
28 水供給口
29 原料ガス供給口
30 水素生成装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記吸水性部材には、略鉛直方向の通気孔が形成され、
前記改質器には、前記通気孔を上から下に通過した前記原料ガスと、前記吸水性部材で発生した水蒸気が供給されることを特徴とする、
水素生成装置。 A reformer that reforms a mixed gas of a raw material gas containing a hydrocarbon component and water vapor to generate a hydrogen-containing gas, an evaporator that supplies the mixed gas to the reformer, and a wall surface that constitutes the evaporator A water-absorbing member provided in the middle of the evaporator so as to be in contact with the water, a water supply device for supplying water from an upper part of the evaporator, and the water-absorbing member so that water penetrating the water-absorbing member evaporates. An evaporator heating section for heating the member,
The water absorbing member is formed with a substantially vertical ventilation hole,
The reformer is supplied with the raw material gas that has passed from the top to the bottom of the vent and water vapor generated by the water absorbing member,
Hydrogen generator.
請求項1に記載の水素生成装置。 At least two vent holes are formed,
The hydrogen generator according to claim 1.
請求項1または2に記載の水素生成装置。 At least an upper part of the vent hole is provided with a waterproof wall that prevents water penetrating the water absorbing member from flowing out into the vent hole.
The hydrogen generator according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の水素生成装置。 The waterproof wall is not provided at a lower portion of the vent hole,
The hydrogen generator according to claim 3.
前記蒸発器加熱部は、前記水トラップ部で受けた水を加熱することを可能に配置される、請求項1から4のいずれか1項に記載の水素生成装置。 A water trap part that receives water dripped from the water absorbing member, and an outlet for allowing the mixed gas of the raw material gas and the water vapor to flow out to the reformer above the bottom part of the water trap part,
The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the evaporator heating unit is arranged to be able to heat water received by the water trap unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016245050A JP2018100188A (en) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Hydrogen generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016245050A JP2018100188A (en) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Hydrogen generator |
Publications (1)
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JP2018100188A true JP2018100188A (en) | 2018-06-28 |
Family
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Family Applications (1)
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JP2016245050A Pending JP2018100188A (en) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Hydrogen generator |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2018100188A (en) |
-
2016
- 2016-12-19 JP JP2016245050A patent/JP2018100188A/en active Pending
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