[发明专利]氢生成装置以及燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，其具备：以城市燃气或者LPG等的碳氢化合物系燃料为原料气体来制造富氢重整气体的氢生成装置、以及使用由氢生成装置所制造的氢来进行发电的燃料电池。 

背景技术

燃料电池系统的主要构成要素是制造富氢重整气体的氢生成装置和使用由氢生成装置所制造的氢来进行发电的燃料电池。 

另外，氢生成装置具备：重整器，其以城市燃气或者LPG等的碳氢化合物系燃料为原料气体，通过使原料气体和水发生水蒸汽重整反应从而生成含有氢、甲烷、一氧化碳(10％程度)、二氧化碳以及水蒸汽的重整气体；一氧化碳去除部，从重整气体中去除对于燃料电池具有中毒作用的一氧化碳。在此，当作为燃料电池而使用固体高分子型燃料电池时，有必要去除包含于重整气体中的一氧化碳从而使其浓度降低至10ppm程度，所以，一氧化碳减少器一般被构成为两阶段，即，具备通过转化催化剂的CO转化反应而去除一氧化碳直至其浓度达到0.5％程度的转化器、以及通过选择氧化催化剂的选择氧化反应进一步去除一氧化碳从而将CO浓度降低至10ppm以下的程度的选择氧化器。 

作为氢生成装置，从小型化、高效率化以及提高启动性的观点出发，一直以来提出了各种各样的装置，在小型高效率的氢生成装置中，为了提高热回收率，使发生放热反应的CO转化反应部或者选择氧化反应部的热与水进行热交换。 

图7是表示日本专利文献1中公开的氢生成装置的一个例子，它由以同心状进行配置的多个圆形筒体构成，并在中心部设有喷烧器20。另外，将充填了重整催化剂的重整器8配置于多个圆形筒体的内侧，将充填了一氧化碳去除催化剂(日本专利文献1中的CO转化催化剂)的一氧化碳减少器(日本专利文献1中的转化器)10配置于多个圆形 筒体的外侧。于是，从原料气体供给口21供给原料气体，其通过通道22被送往重整器8；从水供给口23供给水，其从通道24a，24b通过通道22被送往重整器8。在此，通道22以连接于一氧化碳减少器10的外周的方式配置，被送往通道22的原料气体和水被一氧化碳减少器10的反应热而加热，作为原料气体和水蒸汽的混合气体而被导入到重整器8。重整器8被喷烧器20而加热，并由重整催化剂的作用使原料气体和水蒸汽发生水蒸汽重整反应，从而生成富氢重整气体。由重整器8所生成的重整气体通过通道25被送往一氧化碳减少器10，由CO转化催化剂的作用而发生CO转化反应，从而除去重整气体中的一氧化碳。除去一氧化碳的重整气体从取出口26取出。 

在此，在作为转化器而形成的一氧化碳减少器10中，入口温度成为280℃程度、出口温度成为200℃程度的温度梯度比较适合于CO转化反应。因此，在图7的构成中，将绝热材料27设置在一氧化碳减少器10的内周，并且该绝热材料27的厚度在一氧化碳减少器10的入口侧较薄、而在出口侧较厚，通过以如此形式来配设厚度梯度，由喷烧器20进行的加热在一氧化碳减少器10的入口侧就容易传导，而在出口处就难以传导。其结果，能够将一氧化碳减少器10的入口温度和出口温度设定成上述的温度，从而就能够在重整气体的流动方向上恰当地设定温度梯度。 

日本专利文献1：日本专利申请公开2003-321206号公报 

发明内容

然而，如上所述，在图7所表示的氢生成装置中，在一氧化碳减少器10的外周设置有用于回收一氧化碳减少器10中的放热反应的热的通道22，加热通过该通道22的水并使之蒸发。为此，在进行该热交换的时候一氧化碳减少器10的外周部被水冷却，一氧化碳减少器10成为外周部的温度较低而内周部的温度较高的状态，从而有在厚度方向(直径方向)上产生较大温度分布的忧虑。 

于是，就会出现以下所述的问题：当以上述形式一氧化碳减少器10的温度分布在垂直于重整气体的流动方向的方向上较大，那么虽然从反应速度以及反应平衡的观点出发优选在转化器中出口温度如上所述呈200℃程度，但是在一氧化碳减少器10的出口的厚度方向上恐怕就会产生低于200℃的部分，从而在该低于200℃的部分就会存在对去除一氧化碳的反应不作贡献的催化剂，存在由一氧化碳减少器10不能充分去除一氧化碳之虑。 

本发明就是鉴于上述的不足之处而完成的，其目的在于提供一种能够减小在筒状的一氧化碳减少器的厚度方向上的温度分布，并能够稳定地减少重整气体中的一氧化碳的氢生成装置以及使用该装置的燃料电池系统。 

化反应而去除一氧化碳。