JP4366136B2 - 水素発生装置及び燃料電池発電システム - Google Patents
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Description
性の問題から使用可能な温度範囲が狭いCu−Zn系等の卑金属を、一酸化炭素変成部の触媒として用いることが可能となる。
また、かかる構成では、例えば、第2の水蒸発部で蒸発しきれない水が、第2の水蒸気流路から第1の水蒸気流路を介して第1の水蒸発部に供給され、第1の水蒸発部において蒸発する。したがって、改質部に水滴が直接供給されるのを防止することが可能となり、安定して改質反応が行われる。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る水素発生装置の構成を示す模式的な断面図である。また、図2及び図3は、図1の水素発生装置の第2の水蒸発部の構成を模式的に示す部分拡大断面図である。また、図5は、図1の水素発生装置を備えた燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。
(実施の形態2)
図4は、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。本実施の形態の水素発生装置は、以下の点が、実施の形態1とは異なっている。
2 改質ガス流路
3 変成後ガス流路
4 燃焼排ガス流路
5 原料供給部
6 水供給部
7 変成後ガス取り出し口
8 排ガス取り出し口
9 第1の水蒸発部
10 改質部
15 CO変成部
20 バーナ
30 第2の水蒸気流路
31 第2の水蒸発部
32 第2の水供給部
33 温度センサ
35 制御装置
35 切り欠き
50 本体
53 断熱材
Claims (16)
- 水供給部から供給された水を水蒸発部で蒸発させて得た水蒸気を用いて改質原料を改質させて水素主体の改質ガスを生成する改質部と、前記改質部に前記水蒸気と前記改質原料とを供給する改質原料流路と、前記改質ガス中の一酸化炭素を変成反応により二酸化炭素に転化する一酸化炭素変成部と、前記改質ガスを前記一酸化炭素変成部に供給する改質ガス流路と、前記一酸化炭素変成部から得られた変成後ガスを取り出す変成後ガス流路と、燃焼ガスを用いて前記改質部を加熱する燃焼部と、を備えた水素発生装置において、
前記改質ガス流路と前記水蒸発部とが熱交換可能に構成され、該熱交換により前記改質ガス流路を移動する改質ガスの保有熱の一部が前記水蒸発部における前記水蒸気の生成に利用されて前記改質ガスの冷却が行われ、
前記水蒸発部は、第1の水供給部から供給された水を前記燃焼部から得られる前記燃焼ガス及び/又は前記改質部の輻射熱を利用して蒸発させて第1の水蒸気を生成する第1の水蒸発部と、前記改質ガス流路との間で前記熱交換可能に構成され、第2の水供給部から供給された水を前記熱交換により回収した前記改質ガスの保有熱を利用して蒸発させて第2の水蒸気を生成する第2の水蒸発部とを備え、
前記改質原料流路は、前記第1の水蒸気を前記改質原料とともに前記改質部に供給する第1の水蒸気流路と、前記第2の水蒸気を前記改質部に供給する第2の水蒸気流路とを備え、
前記第2の水蒸気流路が前記第1の水蒸気流路に前記改質部の上流において接続され、
前記水素生成装置の本体内部では、所定の間隔で同心状に対向配置された複数の軸方向壁と、前記軸方向壁の所定の端部に前記軸方向壁と交差するように配置された複数の径方向壁とで区画されることにより、前記本体内部に、前記改質原料流路、前記改質ガス流路、前記変成後ガス流路、前記燃焼ガスの流路、及び、前記第1及び第2の蒸発部が形成され、本体中心軸に沿って前記改質部が形成されるとともに、前記改質部の軸方向側に前記一酸化炭素変成部が形成され、
前記第1の水蒸発部は、前記燃焼ガスの流路と熱交換可能、及び/又は、前記改質部からの輻射熱を利用可能に配置され、
前記改質原料流路の前記第1の水蒸気流路は、前記改質部の外側を囲むように配置され、一端が前記第1の水蒸発部に連通するとともに、他端が前記改質部の上流面たる軸方向の一端面に連通し、
前記改質ガス流路は、前記改質部の外周を囲むように配置され、一端が前記改質部の下流面たる軸方向の他端面に連通するとともに、他端が前記一酸化炭素変成部の上流面たる軸方向の一端面に沿って配置されて該面に連通し、
前記一酸化炭素変成部は、軸方向において、前記改質部の前記上流面たる前記一端面と対向するように配置され、
前記変成後ガス流路は、一端が前記一酸化炭素変成部の下流面たる他端面に連通し、
前記第2の水蒸発部は、前記一酸化炭素変成部の前記上流面に沿って配置された前記改質ガス流路と隣接して配置され、
前記第2の水蒸気流路は、一端が前記第2の水蒸発部に連通するとともに、他端が前記改質部の前記上流面たる前記一端面に連通することを特徴とする水素発生装置。 - 前記一酸化炭素変成部の輻射熱が前記水蒸発部に伝達されるとともに、前記伝達された輻射熱が前記水蒸発部における前記水蒸気の生成に利用される請求項1記載の水素発生装置。
- 前記第2の水蒸発部は、前記一酸化炭素変成部の上方に配置され、かつ、前記第2の水蒸発部の水蒸発面が略水平である請求項1又は2記載の水素発生装置。
- 前記第2の水蒸気流路と前記変成後ガス流路とが熱交換可能に構成され、前記第2の水蒸気が前記変成後ガスの保有熱の少なくとも一部を回収する請求項1〜3のいずれかに記載の水素発生装置。
- 前記一酸化炭素変成部の温度を検出する温度検出器をさらに備え、
前記温度検出器により検出された前記一酸化炭素変成部の温度に基づいて、前記第2の水供給部から前記第2の水蒸発部に供給される水の量が調整される請求項1〜4のいずれかに記載の水素発生装置。 - 前記第1の水供給部から第1の水蒸発部に供給される水の量が、前記第2の水供給部から前記第2の水蒸発部に供給される水の量よりも多い請求項1〜5のいずれかに記載の水素発生装置。
- 前記第2の水蒸発部に水を供給する前記第2の水供給部は、水供給装置と、前記水供給装置から供給された水を前記第2の水蒸発部に導く供給管とを有し、
前記供給管の水出口と前記第2の水蒸部の水蒸発面との間の距離が、前記水出口で形成される水滴が滴下する前に前記水蒸発面と接触する距離である請求項1〜6のいずれかに記載の水素発生装置。 - 前記水出口の孔径が0.5mm以上5mm以下である請求項7記載の水素発生装置。
- 前記水出口の流路断面積が0.7mm2以上20mm2以下である請求項7又は8記載の水素発生装置。
- 前記水供給装置からの水の供給量が約0.1g/分以上2g/分以下である請求項9記載の水素発生装置。
- 前記供給管は、前記水出口に向けて流路断面積が小さくなる請求項7〜10のいずれかに記載の水素発生装置。
- 前記水出口を構成する前記供給管の管壁の縁部が、同一水平面上にない請求項7〜11のいずれかに記載の水素発生装置。
- 前記水出口を含む前記供給管の先端部が切り欠き形状を有する請求項12記載の水素発生装置。
- 前記水出口を含む前記供給管の前記先端部が、前記水蒸発面に対して垂直に配置された請求項7〜13のいずれかに記載の水素発生装置。
- 前記水出口を含む前記供給管の前記先端部が、前記水蒸発面と平行に配置された請求項7〜13のいずれかに記載の水素発生装置。
- 請求項1〜15のいずれかに記載の水素発生装置と、
前記水素発生装置から供給された水素を主成分とする燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池とを備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
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