JP4189212B2 - Hydrogen generator and fuel cell system including the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に供給する水素リッチな改質ガスを得るための水素生成装置、およびその水素生成装置を備える燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池において発電を行うためには、燃料電池に対して水素リッチなガスを供給する必要がある。このようなガスを生成する水素生成装置の従来例としては、改質反応に供される水蒸気を発生させる蒸発室が、下り勾配に巻かれたコイル状パイプで構成されているものがある(例えば、特許文献1参照。)。図5は、この従来の水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。図5に示すように、従来の水素生成装置は、粒状または円柱状の触媒が充填されている筒形の改質器1と、この改質器1を加熱する燃焼部であるバーナ2Aとを備えている。このバーナ2Aの上方であって改質器1の内側に設けられた燃焼筒2B内には前述したコイル状パイプ3が配置されており、このコイル状パイプ3の出口は蒸気供給パイプ4に接続されている。蒸気供給パイプ4は原料供給パイプ7に接続されて混合ガス導入パイプ8となり、この混合ガス導入パイプ8は燃焼筒2Bの上方に設けられた混合ガス室9と接続されている。また、改質器1の外周側には改質ガスが流れる改質ガス流路5が配設され、更にその改質ガス流路5の外周側には燃焼ガス流路6が配設されている。
【0003】
以上のように構成された従来の水素生成装置において、改質反応に供される水Yは、コイル状パイプ3の上部から供給されてパイプ内を移動しながら燃焼ガスによって加熱される。これにより気液2相流の状態を経た後、水蒸気となって蒸気供給パイプ4に供給される。このようにして蒸気供給パイプ4に供給された水蒸気は、原料供給パイプ7を流れる原料Xとともに、混合ガス導入パイプ8を通じて混合ガス室9に供給される。混合ガス室9に供給された水蒸気および原料Xは改質器1に供給され水蒸気改質反応によって改質ガスとなり、改質ガス流路5を経て外部へ排出される。また、バーナ2Aで発生した燃焼ガスは、コイル状パイプ3および改質器1を加熱した後、燃焼ガス流路6を通過して外部に排出される。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−281311号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の水素生成装置では、燃焼ガス流路6が装置の最外周側に配置されているので、周囲への放熱量が大きくなり熱効率が低下するという問題があった。
また、コイル状パイプ3で発生した水蒸気は、装置内を引き回された蒸気供給パイプ4を経て改質器1に供給されることになるので、蒸気供給パイプ4からの放熱量が大きくなり、より一層熱効率が低下するという問題があった。
【0006】
更に、コイル状パイプ3は高温の燃焼ガスで加熱されるため、コイル状パイプ3の管内面に水が存在しないいわゆるドライアウト状態が生じ、その結果間歇的に蒸発する突沸状態が生じやすくなる。この突沸状態により生じた水蒸気は液相から気相に変化することで急激に体積膨張する。そのため、パイプ内の流路抵抗が急激に大きくなる。したがって、突沸状態が繰り返されると水Yの供給圧力の脈動が大きくなり、水Yの供給量、ひいては水蒸気の供給量が脈動する。このように、改質器1で触媒反応に供される水蒸気量が脈動すると、改質ガス中の一酸化炭素(CO)濃度が変動しやすくなるという問題があった。しかも、蒸気供給パイプ4を流れる水蒸気は原料Xと混合されて改質器1へ供給されるので、水蒸気の流量が脈動することによって原料Xの供給圧力が脈動する。その結果原料Xの流量が脈動することになるため、燃料電池に供給される改質ガスの流量も脈動し、燃料電池における発電量が不安定になるという問題があった。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱効率の向上、改質ガス中のCO濃度の安定化、および改質ガスの供給量の安定化を図ることができる水素生成装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明に係る水素生成装置は、燃焼ガスを発生する燃焼部と、該燃焼部により生じた燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、前記燃焼ガスからの伝熱を利用して、少なくとも炭素および水素から構成される化合物を含む原料と水蒸気とから水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器と、外部から供給された水を前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスからの伝熱を利用して蒸発させることにより水蒸気を生成し、該水蒸気を前記改質器に供給する蒸発室とを備え、前記燃焼ガス流路は前記改質器の外側の少なくとも一部を覆うように設けられており、前記蒸発室は、前記燃焼ガス流路の外側の少なくとも一部を覆うように設けられ、水または水蒸気の入り口を有する第1蒸発室と、該第1蒸発室の内側であって、しかも前記燃焼ガス流路の外側に設けられ、水蒸気の出口を有する第2蒸発室とを備え、前記第1蒸発室と前記第2蒸発室とは壁を隔てて設けられており、該壁には少なくとも1つの開口部が形成されている
【0009】
このように、最も高温となる改質器が内側に配置され、最も低温となる蒸発室が外側に配置されるため、従来と比べて熱効率を向上させることができる。また、過熱蒸気が発生する第2蒸発室の外側に第1蒸発室を配置することによって、その内部には液体の水と飽和水蒸気とが通過するので、第1蒸発室の外側はおよそ100℃以下に低温下することができる。よって、周囲への放熱量を少なくすることができ熱効率をより一層向上させることができる。
【0012】
また、第1蒸発室で発生した水蒸気は開口部を通過して速やかに第2蒸発室に移動するため、第1蒸発室で水蒸気が発生する際の体積膨張による圧力上昇を低減できる。これにより、水の供給圧力の変動を小さくすることができるので、改質器に供給される水蒸気量が安定化できる。よって、触媒反応が安定化でき、改質ガス中のCO濃度および水素量を安定化することができる。
【0013】
また、前記発明に係る水素生成装置において、前記蒸発室は外筒と内筒とに囲まれた筒状空間を有しており、該筒状空間に筒状の前記壁を配置することによって前記第1蒸発室および前記第2蒸発室を設けていることが好ましい。
【0014】
また、前記発明に係る水素生成装置において、前記第1蒸発室には、周方向に流路抵抗部が形成されており、該流路抵抗部により水または水蒸気の流路が規定されることが好ましい。この場合、前記流路抵抗部によって前記水または水蒸気の流路がらせん状に規定されていることが好ましい。
【0015】
このように構成すると、水の蒸発能力を向上させることができ、水蒸気改質反応に供される水蒸気量を増大させることができるので、原料の転化率が向上し、水素量を増大する。
【0016】
また、前記発明に係る水素生成装置において、前記第1蒸発室が、前記原料の入り口を有することが好ましい。
【0017】
また、前記発明に係る水素生成装置において、前記蒸発室の下端近傍には温度検知部が設けられていることが好ましい。
【0018】
また、前記発明に係る水素生成装置において、前記第2蒸発室が有する前記水蒸気の出口から前記改質器までの経路において、水蒸気と燃焼ガスとが熱交換可能となるように構成されていることが好ましい。
【0019】
また、前記発明に係る水素生成装置において、前記第1蒸発室の外側には燃焼ガス流路が配設されていることが好ましい。
【0020】
更に、前記発明に係る水素生成装置において、前記第1蒸発室に供給される水または水蒸気を燃焼ガスで加熱するための水予熱部を更に備えることが好ましい。
【0021】
また、本発明に係る燃料電池システムは、請求項1乃至請求項9の何れかに記載の水素生成装置と、酸素を含む酸化ガスおよび前記水素生成装置から供給される改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。これにより、燃料電池における発電量を安定化させることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0023】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態の水素生成装置100は、燃焼ガスを発生するバーナ16と、このバーナ16の上方に設けられた円筒状の燃焼室17とを備えている。この燃焼室17の外周側には、筒状の改質器10が燃焼室17と同軸上に設けられている。改質器10は、水蒸気改質触媒が充填されている触媒層を収容しており、その触媒層内で原料ガスを水蒸気改質反応させて改質ガスを生成する。
【0024】
なお、水素生成装置100の外側には、燃料電池101が設けられており、これら水素生成装置100および燃料電池101により本発明の燃料電池システムが構成されている。改質器10において生成された改質ガスは改質ガス排出口27から排出されて燃料電池101に供給される。
【0025】
また、改質器10の外周側には該改質器10において生成された改質ガスを改質ガス排出口27へ導くための筒状の改質ガス流路11が、改質ガス流路11の外周側にはバーナ16において発生した燃焼ガスが流れる筒状の燃焼ガス流路12が、それぞれ燃焼室17と同軸上に設けられている。燃焼ガス流路12は、筒状の断熱材13および筒体14によって区画された流路からなり、燃焼ガス排出口15に向けて燃焼ガスを導くように構成されている。
【0026】
更に、燃焼ガス流路12の外周側であって、水素生成装置100の最外周には、筒状の蒸発室28が燃焼室17と同軸上に設けられている。この蒸発室28は、筒状の第1蒸発室18および該第1蒸発室18と筒状の隔壁21を隔てて設けられた第2蒸発室22から構成されている。ここで、第2蒸発室22は燃焼ガス流路12側に位置し、第1蒸発室18は隔壁21を介して第2蒸発室22の外周側、すなわち水素生成装置100の最外周に位置している。第1蒸発室18の上方部には、少なくとも炭素および水素から構成される化合物を含む原料Xを装置内に供給するための原料入り口19および水Yを同じく供給するための水入り口20が形成されている。なお、少なくとも炭素および水素から構成される化合物としては、例えばメタン、エタン、プロパンなどの炭化水素、都市ガス、天然ガス、メタノールなどのアルコール、灯油、およびLPG(液化石油ガス)などが挙げられる。また、第2蒸発室22の上方部には、蒸発室28において発生した水蒸気の出口である水蒸気出口24が設けられている。この水蒸気出口24は水蒸気供給パイプ25を介して改質器10と接続されている。したがって、水蒸気出口24から排出される水蒸気は、水蒸気供給パイプ25を介して改質器10へ供給されることになる。
【0027】
これらの第1蒸発室18と第2蒸発室22とは隔壁21に形成された複数の開口部23および連絡部26を介して連通している。以下、この構成について図2を参照しながら詳細に説明する。
【0028】
図2は、図1に示す水素生成装置100の左下端部の構成を示す破断断面図である。図2に示すように、隔壁21は水素生成装置100の底壁29まで延在しておらず、隔壁21の下端と底壁29との間には所定の幅の隙間が全周に亘って形成されている。この隙間が第1蒸発室18と第2蒸発室22とを連絡する連絡部26となっている。また、隔壁21の適宜の箇所には複数の開口部23が形成されている。この開口部23の形状は特定のものに限定されるわけではなく、例えば円形、長円形、楕円形、矩形など、どのような形状であってもよい。
【0029】
次に、以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置100の動作について説明する。
【0030】
バーナ16で生じた燃焼ガスは、改質器10、改質ガス流路11、および第2蒸発室22を順次加熱しながら燃焼ガス流路12中を通過し、燃焼ガス排出口15から外部へ排出される。改質器10にてなされる水蒸気改質反応に供される水Yは、水入り口20を介して外部から供給され、第1蒸発室18内を下方に向かって移動する。この際、燃焼ガス流路12を通過する燃焼ガスからの伝熱によって水Yが蒸発して水蒸気となる。このように、燃焼ガスからの伝熱を利用して水Yを蒸発させるので、この蒸発を確実に行うためには、燃焼ガスからの伝熱量を増加させる必要がある。ここで燃焼ガスからの伝熱量を増加させるためには水Yが第1蒸発室18を通過する時間を長くすればよい。そのため、水入り口20は、第1蒸発室18のできる限り上方に設けられていることが望ましい。
【0031】
第1蒸発室18で生じた水蒸気は、隔壁21に形成された複数の開口部23を通過して第2蒸発室22に移動する。第1蒸発室18にて蒸発しなかった水Yは、第1蒸発室18の下端部に溜まり、連絡部26を通過して第2蒸発室22の下端部にも溜まる。図1に示すように、燃焼ガスは第2蒸発室22の下方から上方へ流れるため、第1蒸発室18および第2蒸発室22の下端部に溜まる水Yへの伝熱が促進される。第1蒸発室18内には液相の水と飽和水蒸気とが流れているので、水素生成装置100の外周面の温度はおよそ100℃以下に低温化することができる。そのため、周囲への放熱量を小さくすることができるため、水素生成装置100の熱効率が向上する。また、開口部23を設けることにより、第1蒸発室18で生じた水蒸気は速やかに第2蒸発室22に移動するので、発生した水蒸気の体積膨張による第1蒸発室18内の圧力増加を抑止することができる。その結果、水Yの供給圧力の変動を小さくでき、水蒸気出口24から改質器10に供給される水蒸気の量が安定化できるので、改質器10での触媒反応が定常化し改質ガス中のCO濃度の変動を小さくすることができる。
【0032】
原料Xは原料入り口19を介して外部から供給され、第1蒸発室18、第2蒸発室22を経て、水蒸気供給パイプ25から改質器10に流入する。これにより改質器10において、改質触媒での水蒸気改質反応によって水素リッチな改質ガスが生成される。なお、この水蒸気改質反応は700℃程度の高温で生じる吸熱反応であり、燃焼ガスからの伝熱を利用して行われる。このようにして生成された改質ガスは改質ガス流路11を通過して改質ガス排出口27から排出され燃料電池101に供給される。
【0033】
また、原料Xは、第1蒸発室18および第2蒸発室22を通過する際に燃焼ガスからの伝熱によって予熱されるので、水素生成装置100の熱効率を向上させることができる。なお、伝熱面積を大きくするために、第1蒸発室18、第2蒸発室22の第1蒸発室18側、および第2蒸発室22の燃焼ガス流路12側のそれぞれにフィンを設けるようにしてもよい。このようにフィンを設けることによって、水Yの蒸発量を大きくすることができる。
【0034】
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る水素生成装置100の構成を模式的に示した断面図である。図3に示すように、筒状の第1蒸発室18内には流路抵抗部である丸棒がらせん状に巻回されており、これにより第1蒸発室18内にらせん状流路18Aが形成されている。また、第1蒸発室18および第2蒸発室22の下方には第1蒸発室18および第2蒸発室22の底部の温度を検知するための温度センサから構成される温度検知手段32が設けられている。更に、水蒸気供給パイプ25には熱交換部33が設けられている。
【0035】
なお、本実施の形態の水素生成装置100のその他の構成については、実施の形態1の場合と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。
【0036】
次に、以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置100の動作について説明する。
【0037】
水入り口20を介して外部から供給された水Yは、らせん状流路18A内で丸棒31に沿って下方に移動する。このようにらせん状に巻回されている丸棒31に沿って水Yを移動させることによって、水Yが第1蒸発室18内に滞留している時間が長くなり、且つ滞留する水Yの周方向の分布が均一化される。これにより燃焼ガスからの伝熱量が増えるため、水蒸気改質反応に供される水蒸気量を増大させることができる。そのため、原料Xの転化率を高めることができ、改質ガス中の水素量を増大させることができる。
【0038】
このように水Yを第1蒸発室18内に長く滞留させ、且つ滞留する水Yの周方向の分布を均一化させるためには、外部から供給された水Yがすぐに第1蒸発室の底部に流下するのを防止できる構成であればよい。したがって、必ずしも流路18Aがらせん状でなくてもよく、少なくとも周方向に水または水蒸気を移動させるための流路抵抗部が設けられていればよい。
【0039】
熱交換部33は、水蒸気供給パイプ25を通過する水蒸気と燃焼ガスとの間での熱交換を行う。これにより、燃焼ガスの熱を回収できるので、水素生成装置100の熱効率をより一層向上させることができる。
【0040】
温度検知手段32は、第1蒸発室18および第2蒸発室22の底部の温度を検知する。この検知された温度に基づいて、第1蒸発室18および第2蒸発室22の底部には水Yが溜まっているのか、それとも蒸発した状態であるのかを推定することができる。例えば、検知された温度が所定の温度よりも低いときは第1蒸発室18および第2蒸発室22の底部に水Yが溜まっていると推定する。このように推定された場合には、水Yの供給量を減少させることにより第1蒸発室18および第2蒸発室22での蒸発を確実に行うことができる。
【0041】
なお、らせん状流路18Aと同様にして第2蒸発室22内にらせん状流路を形成するようにしてもよい。この場合には、第2蒸発室22内を通過する水蒸気の滞留時間を長くすることができるので、水蒸気の温度を高くすることができる。
【0042】
また、らせん状流路18Aは、隔壁21にらせん状のリブ部を設けることによって構成することも可能であり、必ずしも丸棒31を設ける必要はない。
【0043】
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る水素生成装置の構成を模式的に示した断面図である。図4に示すように、第1蒸発室18の外周側には筒状の燃焼ガス流路12Aが第1蒸発室18と同軸上に設けられている。この燃焼ガス流路12Aの下部には燃焼ガス排出口15が形成されている。また、第1蒸発室18に供給される水Yを燃焼ガスで加熱するための水予熱部41が水素生成装置100の上部に設けられている。
【0044】
なお、本実施の形態の水素生成装置100のその他の構成については、実施の形態2の場合と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。
【0045】
次に、以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置100の動作について説明する。
【0046】
第2蒸発室22に沿って流れる燃焼ガスは、下流側に設けられた水予熱部41の周囲を流れ、第1蒸発室18の外周側に設けられた燃焼ガス流路12Aを通過した後、燃焼ガス排出口15から排出される。水予熱部41に供給された水Yは、燃焼ガスからの伝熱によって予熱されるので熱効率を向上させることができる。また、燃焼ガス流路12Aを燃焼ガスが流れるので、燃焼ガスから第1蒸発室18への伝熱により、蒸発能力が大きく向上し、燃焼ガス排出口15から排出される燃焼ガスの温度を低下できるので熱効率をより一層向上させることができる。
【0047】
なお、本発明の水素生成装置を備える燃料電池システムの用途などに応じて、前述した実施の形態のうちのいくつかを適宜組み合わせることによって種々の水素生成装置を実現することが可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上のように、本発明の水素生成装置によれば、熱効率の向上、改質ガス中のCO濃度の安定化、および改質ガスの供給量の安定化を図ることができるなど、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図2】図1に示す水素生成装置の左下端部の構成を示す破断断面図である。
【図3】本発明の実施の形態2に係る水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態3に係る水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図5】従来の水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10 改質器
11 改質ガス流路
12 燃焼ガス流路
12A 燃焼ガス流路
13 断熱材
14 筒体
15 燃焼ガス排出口
16 バーナ
17 燃焼室
18 第1蒸発室
18A らせん状流路
19 原料入り口
20 水入り口
21 隔壁
22 第2蒸発室
23 開口部
24 水蒸気出口
25 水蒸気供給パイプ
26 連絡部
27 改質ガス排出口
28 蒸発室
29 底壁
31 丸棒
32 温度検知手段
33 熱交換部
41 水予熱部
100 水素生成装置
101 燃料電池[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen generator for obtaining a hydrogen-rich reformed gas supplied to a fuel cell, and a fuel cell system including the hydrogen generator.
[0002]
[Prior art]
In order to generate power in the fuel cell, it is necessary to supply a hydrogen-rich gas to the fuel cell. As a conventional example of a hydrogen generator that generates such a gas, there is an apparatus in which an evaporation chamber that generates water vapor used for a reforming reaction is configured by a coiled pipe wound in a downward gradient (for example, , See Patent Document 1). FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of this conventional hydrogen generator. As shown in FIG. 5, the conventional hydrogen generator includes a
[0003]
In the conventional hydrogen generator configured as described above, the water Y used for the reforming reaction is supplied from the upper part of the coiled pipe 3 and heated by the combustion gas while moving in the pipe. Thereby, after passing through the state of the gas-liquid two-phase flow, it is supplied to the steam supply pipe 4 as water vapor. The water vapor thus supplied to the steam supply pipe 4 is supplied to the mixed
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-281111 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional hydrogen generator described above, since the combustion gas flow path 6 is disposed on the outermost peripheral side of the apparatus, there is a problem in that the amount of heat released to the surroundings increases and the thermal efficiency decreases.
Further, since the steam generated in the coiled pipe 3 is supplied to the
[0006]
Furthermore, since the coiled pipe 3 is heated with a high-temperature combustion gas, a so-called dry-out state in which water does not exist is generated on the inner surface of the coiled pipe 3, and as a result, a bumping state in which the water is intermittently evaporated is likely to occur. The water vapor generated by this bumping state rapidly expands by changing from the liquid phase to the gas phase. Therefore, the flow path resistance in the pipe increases rapidly. Therefore, when the bumping state is repeated, the pulsation of the supply pressure of water Y increases, and the supply amount of water Y, and hence the supply amount of water vapor, pulsates. Thus, when the amount of water vapor provided for the catalytic reaction in the
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to improve the thermal efficiency, stabilize the CO concentration in the reformed gas, and stabilize the supply amount of the reformed gas. It is to provide a generation device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a hydrogen generator according to the present invention includes a combustion section that generates combustion gas, a combustion gas passage through which the combustion gas generated by the combustion section flows, and heat transfer from the combustion gas. A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen by a steam reforming reaction from a raw material containing a compound composed of at least carbon and hydrogen and steam, and water supplied from the outside as the combustion gas An evaporation chamber for generating steam by evaporating using heat transfer from the combustion gas flowing in the flow path and supplying the steam to the reformer, and the combustion gas flow path of the reformer provided so as to cover at least a portion of the outer, the evaporating chamber is provided so as to cover at least part of the outside of the combustion gas flow passage, a first evaporation chamber having an inlet for water or steam, Within the first evaporation chamber In addition, a second evaporation chamber provided outside the combustion gas flow path and having a water vapor outlet is provided, and the first evaporation chamber and the second evaporation chamber are provided with a wall therebetween. And at least one opening formed in the wall.
Thus, since the reformer having the highest temperature is disposed on the inner side and the evaporation chamber having the lowest temperature is disposed on the outer side, the thermal efficiency can be improved as compared with the conventional case. Further, by disposing the first evaporation chamber outside the second evaporation chamber where superheated steam is generated, liquid water and saturated water vapor pass through the inside, so that the outside of the first evaporation chamber is about 100 ° C. The temperature can be lowered to the following. Therefore, the amount of heat released to the surroundings can be reduced, and the thermal efficiency can be further improved.
[0012]
Further, since the water vapor generated in the first evaporation chamber passes through the opening and quickly moves to the second evaporation chamber, an increase in pressure due to volume expansion when water vapor is generated in the first evaporation chamber can be reduced. Thereby, since the fluctuation | variation of the supply pressure of water can be made small, the amount of water vapor | steam supplied to a reformer can be stabilized. Therefore, the catalytic reaction can be stabilized, and the CO concentration and the hydrogen amount in the reformed gas can be stabilized.
[0013]
Further, in the hydrogen generator according to the invention, the evaporation chamber has a cylindrical space surrounded by an outer cylinder and an inner cylinder, and the cylindrical wall is disposed in the cylindrical space, thereby arranging the cylindrical wall. It is preferable to provide a first evaporation chamber and the second evaporation chamber.
[0014]
In the hydrogen generator according to the invention, a flow path resistance portion is formed in the circumferential direction in the first evaporation chamber, and a flow path of water or water vapor is defined by the flow path resistance portion. preferable. In this case, it is preferable that the flow path of the water or water vapor is defined in a spiral shape by the flow path resistance portion.
[0015]
If comprised in this way, since the evaporation capability of water can be improved and the amount of steam provided to the steam reforming reaction can be increased, the conversion rate of the raw material is improved and the amount of hydrogen is increased.
[0016]
In the hydrogen generator according to the invention, it is preferable that the first evaporation chamber has an inlet for the raw material.
[0017]
In the hydrogen generator according to the invention, it is preferable that a temperature detector is provided in the vicinity of the lower end of the evaporation chamber .
[0018]
Further, in the hydrogen generator according to the invention, the steam and the combustion gas are configured to be able to exchange heat in a path from the steam outlet of the second evaporation chamber to the reformer. Is preferred.
[0019]
In the hydrogen generator according to the invention, it is preferable that a combustion gas flow path is disposed outside the first evaporation chamber.
[0020]
Furthermore, it is preferable that the hydrogen generator according to the invention further includes a water preheating unit for heating water or steam supplied to the first evaporation chamber with combustion gas.
[0021]
A fuel cell system according to the present invention generates power using the hydrogen generator according to any one of
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the hydrogen generator according to
[0024]
A
[0025]
A cylindrical reformed
[0026]
Further, a
[0027]
The
[0028]
FIG. 2 is a cutaway sectional view showing the configuration of the lower left end of the
[0029]
Next, operation | movement of the
[0030]
The combustion gas generated in the
[0031]
The water vapor generated in the
[0032]
The raw material X is supplied from the outside through the
[0033]
Moreover, since the raw material X is preheated by heat transfer from the combustion gas when passing through the
[0034]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
[0035]
In addition, about the other structure of the
[0036]
Next, operation | movement of the
[0037]
The water Y supplied from the outside through the
[0038]
In this way, in order to make the water Y stay in the
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
Note that a spiral channel may be formed in the
[0042]
Further, the
[0043]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 4, a cylindrical combustion
[0044]
In addition, since it is the same as that of the case of
[0045]
Next, operation | movement of the
[0046]
The combustion gas flowing along the
[0047]
It should be noted that various hydrogen generators can be realized by appropriately combining some of the above-described embodiments in accordance with the use of the fuel cell system including the hydrogen generator of the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the hydrogen generator of the present invention, the present invention can improve the thermal efficiency, stabilize the CO concentration in the reformed gas, and stabilize the supply amount of the reformed gas. Excellent effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a hydrogen generator according to
2 is a cutaway sectional view showing a configuration of a lower left end portion of the hydrogen generator shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a hydrogen generator according to
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a hydrogen generator according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional hydrogen generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
該燃焼部により生じた燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路と、
前記燃焼ガスからの伝熱を利用して、少なくとも炭素および水素から構成される化合物を含む原料と水蒸気とから水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器と、
外部から供給された水を前記燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスからの伝熱を利用して蒸発させることにより水蒸気を生成し、該水蒸気を前記改質器に供給する蒸発室とを備え、
前記燃焼ガス流路は前記改質器の外側の少なくとも一部を覆うように設けられており、前記蒸発室は、前記燃焼ガス流路の外側の少なくとも一部を覆うように設けられ、水または水蒸気の入り口を有する第1蒸発室と、該第1蒸発室の内側であって、しかも前記燃焼ガス流路の外側に設けられ、水蒸気の出口を有する第2蒸発室とを備え、前記第1蒸発室と前記第2蒸発室とは壁を隔てて設けられており、該壁には少なくとも1つの開口部が形成されている水素生成装置。A combustion section for generating combustion gas;
A combustion gas passage through which combustion gas generated by the combustion section flows;
A reformer for generating a reformed gas containing hydrogen by a steam reforming reaction from a raw material containing a compound composed of at least carbon and hydrogen and steam using heat transfer from the combustion gas;
An evaporation chamber for generating water vapor by evaporating water supplied from the outside using heat transfer from the combustion gas flowing through the combustion gas flow path, and supplying the water vapor to the reformer,
The combustion gas flow passage is provided so as to cover at least a portion of an outer side of the reformer, the evaporating chamber is provided so as to cover at least part of the outside of the combustion gas flow passage, water or A first evaporation chamber having a water vapor inlet; and a second evaporation chamber provided inside the first evaporation chamber and outside the combustion gas flow path and having a water vapor outlet. The hydrogen generating apparatus , wherein the evaporation chamber and the second evaporation chamber are provided with a wall therebetween, and at least one opening is formed in the wall .
酸素を含む酸化ガスおよび前記水素生成装置から供給される改質ガスを用いて発電する燃料電池とを備える燃料電池システム。A hydrogen generator according to any one of claims 1 to 9 ,
A fuel cell system comprising: an oxidizing gas containing oxygen; and a fuel cell that generates power using the reformed gas supplied from the hydrogen generator.
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