[发明专利]氢生成装置及燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及用水蒸汽将天然气、LPG、汽油、石脑油、煤油或者甲醇等的烃化合物原料进行重整，生成以氢为主体的重整气体的氢生成装置以及具备这个装置的燃料电池系统。

背景技术

已知一种氢生成装置，其中，含有至少由碳以及氢构成的有机化合物的原料，以含有水蒸汽的原料气体状态，通过填充着粒状重整催化剂的催化剂部，从而对原料气体进行水蒸汽重整，生成以氢为主体的重整气体。该氢生成装置适用于燃料电池系统。还有，在燃料电池系统中，一般，重整气体进一步由改性反应装置以及一氧化碳选择氧化装置来降低一氧化碳浓度从而供给燃料电池。

现有的氢生成装置具有构成有所述催化剂部的重整器主体，重整器主体的构造为：供给原料、水以及燃烧用燃料，在重整器主体内燃烧燃烧用燃料，并排出燃烧气体以及重整气体。即，在重整器主体内，由燃烧热而进行了水或水和原料的气化以及水蒸汽重整反应。在此，在氢生成装置的启动工作时以及停止工作时，在重整器主体内由于燃烧热发生了热变形，然而存在着以下问题：由于该热变形，催化剂部内的催化剂的一部分被压坏，催化剂部的重整反应气体的流路稍有闭塞，从而造成了氢生成装置的能力降低。针对这样的问题，为了防止催化剂部的催化剂的压坏，在专利文献1中，曾经建议了实现减少由重整管的热变形引起的粒状重整催化剂的压坏的燃料重整器的构造。在此，所谓重整反应气体是指，通过将水和原料进行气化而形成的含水蒸汽的原料气体以及重整气体的总称即流过催化剂部的气体。

图11是专利文献1的实施例3所示的燃料重整器的纵向截面图。

如图所示，在重整器主体100中，利用从空气入口154取入的燃烧用空气而使从燃料入口153导入的燃料在燃烧炉105中进行燃烧，从而生成作为燃烧气体的高温的热介质151。热介质151沿着具有重整管108的内侧筒体182的内周面向下方流动，接着继续在热介质流通路152内流通，并沿着外侧筒体183的外周面向上方流动，之后从热介质出口171向重整器主体100的外部排出。在此期间，热介质151分别主要从重整管108的内侧筒体182的内周面层侧加热催化剂层103，并从外侧筒体183的外周面侧加热在外侧筒状空间187内流通的原料气体109。

此时，催化剂层103中的粒状重整催化剂P被通过内侧筒体182并由热介质151供给热量而被加热。由此，在重整器主体100中，催化剂层103被充分加热。另一方面，含有水的原料109从入口871流入，首先在外侧筒状空间187内向下方流动，此后，在中间筒体181的下端折回，进入催化剂层103，并在催化剂层103中向上方流动。在此期间，主要在外侧筒状空间187中被热介质151加热。被热介质151加热后的水和原料109气化成含水蒸汽的原料气体，并通过具有被热介质151加热而达到所要的温度的粒状重整催化剂P的催化剂的重整作用，而被重整为富含氢的重整气体110。如此得到的重整气体110从出口861向重整器主体100的外部供给。另外，从入口871流入的水或原料109也可以是水蒸汽或气体。

在此，重整器主体100的催化剂层103设置于形成在重整管108内的内侧筒状空间186中，并具有多个独立的催化剂层131和多个隔离板132。隔离板132是由金属板制成的，成环状，具有一定的外径尺寸，该外径尺寸使其与中间筒体181之间形成间隙，该间隙的尺寸小于粒状重整催化剂P的外形尺寸，其内周面通过溶接等与内侧筒体182的外周面固定接合。在隔离板132中形成多个贯穿孔，其孔径小于粒状重整催化剂P的外形尺寸。催化剂层103所具有的多个隔离板132设置成，在内侧筒状空间186的中心轴X方向上，在邻接的隔离板132之间互相以相同尺寸的间隔隔开。

独立催化剂层131是在内侧筒状空间186内通过填充粒状重整催化剂P而形成的，该内侧筒状空间186由各隔离板132划成底面并由中间筒体181和内侧筒体182划成周围而形成。并且，各独立催化剂层131被形成为在独立催化剂层131的顶面与上方邻接的隔离板132之间设置有空间311。并且，向除了最上段的独立催化剂层131以外的各个独立催化剂层131填充粒状重整催化剂P，是在重整管8至少还未装配上部板185和外侧筒体183的状态下，从形成在中间筒体181上的其孔径大于粒状重整催化剂P的外形尺寸的贯穿孔811进行的。该贯穿孔811在完成了粒状重整催化剂P的填充后，被挡板812气密性地堵塞。然后，向最上段的独立催化剂层131填充粒状重整催化剂P，是在中间筒体181、内侧筒体182和外侧筒体183由挡板184等连接后进行的。