專利名稱：氫生成裝置和具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將以至少由碳和氫構(gòu)成的化合物為主要成分的燃料進(jìn)行改性而生成氫氣的氫生成裝置，特別涉及在裝置起動時的裝置動作中具有特征的氫生成裝置和具備該氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)。
在使用具有工廠規(guī)模的水蒸汽改性法的氫生成裝置中，多采用讓使用鍋爐等的水蒸汽供給部位于裝置外部、將由該水蒸汽供給部得到的水蒸汽與燃料一起輸送到改性催化劑層的方法。在小型的氫生成裝置中，多采用使水蒸汽供給部位于裝置內(nèi)部、使用由此得到的水蒸汽進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)的構(gòu)造。并且，就分散型發(fā)電裝置來說，在將氫氣用作燃料的磷酸型燃料電池的發(fā)電裝置中，由于燃料電池在200～250℃的溫度下工作，所以采用由這些熱量制成水蒸汽、將這些水蒸汽供給到氫生成裝置的構(gòu)造。
當(dāng)氫生成裝置正常運轉(zhuǎn)時，由于改性催化劑的熱負(fù)荷一定，所以易于掌握催化劑活性的變化。另一方面，當(dāng)裝置起動時，由于熱負(fù)荷隨時間產(chǎn)生變化，所以該熱負(fù)荷狀態(tài)的變化成為催化劑活性降低的一個很大的原因。因此，從保護(hù)水蒸汽改性用催化劑的催化劑活性的角度出發(fā)，優(yōu)選為預(yù)先向改性催化劑層供給水蒸汽。在如上所述的具有鍋爐等的水蒸汽供給部的氫生成裝置中，由于在水蒸汽供給部中穩(wěn)定地生成水蒸汽之后再使裝置起動，所以能與其相對應(yīng)。并且，在如特開平5-275103號公報中所公開的分散型發(fā)電裝置的燃料電池發(fā)電裝置中，考慮的方法是，在裝置內(nèi)設(shè)置有水蒸汽供給部件，在使用氮氣的同時，預(yù)先向改性器輸送通過該水蒸汽供給部件得到的水蒸汽，使裝置起動。
但是，小型的氫生成裝置，例如，使用高分子型燃料電池的家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，如果構(gòu)造為在氫生成裝置中同時使用鍋爐等外部熱源的水蒸汽供給裝置，則具有裝置能量效率低、運轉(zhuǎn)時的經(jīng)濟(jì)性差、成本高等缺點。因此，在小型的氫生成裝置中，多采用有效地利用這種具有用于供給改性反應(yīng)所必須的熱量的熱源的結(jié)構(gòu)的裝置，并利用由該熱源得到的熱量來產(chǎn)生水蒸汽的結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)氫生成裝置將天然氣用作燃料時，通常，是在650～750℃的溫度的改性催化劑層中進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)。并且，在使用其它的烴類燃料時，也采用與使用天然氣時同樣的溫度的改性催化劑層進(jìn)行加熱。由于在這樣的高溫下進(jìn)行的改性反應(yīng)的反應(yīng)之后的熱能可被有效地利用，所以，一般水蒸汽發(fā)生部的結(jié)構(gòu)是利用改性反應(yīng)后的熱來產(chǎn)生水蒸汽。在具有這樣的水蒸汽發(fā)生部的氫生成裝置中，在正常運轉(zhuǎn)時，能夠有效地利用改性反應(yīng)后的熱能。
家用系統(tǒng)所用的氫生成裝置與工廠規(guī)模的大規(guī)模裝置相比，必須是一種與裝置進(jìn)行頻繁地起動和停止動作的運轉(zhuǎn)條件相對應(yīng)的裝置。因此，在裝置起動時，由熱源供給的熱能，首先被用于改性催化劑的加熱，在該改性催化劑加熱后，被用于在水蒸汽發(fā)生部產(chǎn)生水蒸汽。這樣，由于在氫生成裝置起動時，熱能優(yōu)先被用于改性催化劑的加熱，所以在起動時的水蒸汽發(fā)生部中將產(chǎn)生大量的水蒸汽，使得這些熱能有可能不能用于改性催化劑。結(jié)果，根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)、加熱條件等，改性催化劑的加熱情況異常，熱負(fù)荷增加，由此導(dǎo)致該催化劑的活性降低。
用于解決上述課題的本發(fā)明的氫生成裝置具有使用改性催化劑體由原料和水蒸汽通過改性反應(yīng)生成含氫的改性氣體的改性部；使水蒸發(fā)以便向上述改性部中供給上述水蒸汽的蒸發(fā)部；為了實現(xiàn)上述改性和上述蒸發(fā)、分別對上述改性部和上述蒸發(fā)部進(jìn)行加熱的加熱部；直接或借助上述蒸發(fā)部向上述改性部供給上述原料氣體的原料供給部；供給上述水的供水部；用于由上述供水部向上述蒸發(fā)部供給上述水的第一供水管路；用于由上述供水部向上述改性部供給上述水的第二供水管路。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在對烴類燃料等原料進(jìn)行水蒸汽改性從而生成以氫為主體的改性氣體的氫生成裝置中，通過設(shè)置分別向蒸發(fā)部和改性部供水的第一和第二供水管路，使得即使在裝置起動時也能向改性部供給水蒸汽。這樣，就能防止由裝置起動時水蒸汽不足引起的改性部的改性催化劑的活性降低。因此，可以使得在裝置運轉(zhuǎn)動作中的水的蒸發(fā)正常進(jìn)行，并且，還能夠使裝置在提高能量利用效率的情況下運轉(zhuǎn)。
隨著將上述原料氣體從上述原料供給部開始供給到上述改性部，由上述供水部通過上述第二供水管路向上述改性部供水，也可以在上述供給開始經(jīng)過規(guī)定時間后，由上述供水部通過上述第一供水管路向上述蒸發(fā)部供水，同時停止向上述改性部供給上述水。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)起動時，不是向溫度沒有充分上升的蒸發(fā)部、而是向溫度充分上升的呈可進(jìn)行水蒸汽反應(yīng)和水蒸汽改性反應(yīng)的狀態(tài)的改性部直接供水，并且，一旦經(jīng)過規(guī)定時間裝置呈正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，在向溫度充分上升以致能夠進(jìn)行水蒸汽反應(yīng)的蒸發(fā)部供水的同時，停止向改性部供水。這樣，在起動時和正常運轉(zhuǎn)時，不僅能夠迅速穩(wěn)定地向改性部供給水蒸汽，而且還可能提高熱效率。
上述改性部還可具有用于檢測上述改性催化劑或上述改性部內(nèi)的氣體溫度的改性溫度測定部，以便根據(jù)上述改性溫度測定部的檢測溫度信息控制源于上述原料供給部的上述原料供給和源于上述供水部的上述水供給。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于可以根據(jù)改性部的溫度控制供給到改性部和蒸發(fā)部的水和原料，因此能夠得到不僅可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)而且還可以提高熱效率的氫生成裝置。
當(dāng)上述改性溫度測定部的檢測溫度大于預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值時，可以通過上述第二供水管路由上述供水部向上述改性部供水，同時由上述原料供給部向上述改性部供給上述原料。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于能夠?qū)⒃虾退┙o至確實充分地被加熱并處于可進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)的狀態(tài)的改性部，所以不會發(fā)生位于改性部內(nèi)的流路的堵塞和改性催化劑的活性降低等情況，從而能夠迅速地進(jìn)行水蒸汽改性。
當(dāng)上述改性溫度測定部的檢測溫度大于預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)值時，可以通過上述第二供水管路由上述供水部向上述改性部供給上述水，同時由上述原料供給部向上述改性部供給上述原料氣體，當(dāng)上述改性溫度測定部的檢測溫度大于預(yù)設(shè)的比上述第一基準(zhǔn)值還大的第二基準(zhǔn)值時，通過上述第一供水管路由上述供水部向上述蒸發(fā)部供水，同時停止向上述改性部供給上述水。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，不僅能夠?qū)⑺驮瞎┙o至確實充分地被加熱并處于可進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)的狀態(tài)的改性部，從而能夠迅速地進(jìn)行水蒸汽改性，并且，一旦蒸發(fā)部成為被充分加熱使得能夠蒸發(fā)水的狀態(tài)，向蒸發(fā)部供水就能在此生成水蒸汽。因此，不僅能夠穩(wěn)定地向改性部供給水蒸汽，同時，還可能提高熱效率。
上述蒸發(fā)部還具有用于檢測該蒸發(fā)部或該蒸發(fā)部內(nèi)的氣體溫度的蒸發(fā)溫度測定部，以便根據(jù)上述蒸發(fā)溫度測定部的檢測溫度信息來控制由上述供水部向上述改性部和上述蒸發(fā)部供給上述水。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于可以根據(jù)蒸發(fā)部的溫度控制供給至改性部和蒸發(fā)部的水，因此能夠得到不僅可以實現(xiàn)穩(wěn)定地供給水蒸汽而且還可能提高熱效率的氫生成裝置。
當(dāng)上述蒸發(fā)溫度測定部的檢測溫度小于預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值時，可以通過上述第二供水管路由上述供水部向上述改性部供給上述水，而且當(dāng)上述蒸發(fā)溫度測定部的檢測溫度大于上述基準(zhǔn)值時，可以通過上述第一供水管路由上述供水部向上述蒸發(fā)部供水，同時停止向上述改性部供給上述水。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于能夠?qū)⑺┙o到確實充分地被加熱并處于可進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)的狀態(tài)的蒸發(fā)部，所以能夠在蒸發(fā)部中迅速地進(jìn)行水蒸汽改性從而穩(wěn)定地提供水蒸汽。
上述蒸發(fā)部還可以另具有對該蒸發(fā)部加熱的蒸發(fā)加熱部。并且，既可以根據(jù)上述改性部或上述蒸發(fā)部的溫度控制上述蒸發(fā)加熱部，也可以在上述改性部或上述蒸發(fā)部的溫度在預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值以下時，通過上述第二供水管路由上述供水部向上述改性部供給上述水，同時使上述蒸發(fā)加熱部動作，當(dāng)上述改性部或上述蒸發(fā)部的溫度大于上述基準(zhǔn)值時，可以通過上述第一供水管路由上述供水部向上述蒸發(fā)部供給上述水，同時停止上述蒸發(fā)加熱部。并且，當(dāng)上述改性部的溫度大于預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)值時，楞以由上述原料供給部向上述改性部供給上述原料氣體，同時由上述供水部通過上述第二供水管路向上述改性部供給上述水，并且，使上述蒸發(fā)加熱部動作，當(dāng)上述改性部的溫度大于比預(yù)設(shè)的上述第一基準(zhǔn)值還大的第二基準(zhǔn)值時，可以通過上述第一供水管路由上述供水部向上述蒸發(fā)部供水，同時停止向上述改性部供給上述水，并且，停止上述蒸發(fā)加熱部。
而且，還可以設(shè)置由水生成水蒸汽的汽化部，由該汽化部生成的水蒸汽供給到上述改性部和上述蒸發(fā)部中的至少一方，也可以根據(jù)上述改性部或上述蒸發(fā)部的溫度控制上述汽化部。當(dāng)上述改性部或上述蒸發(fā)部的溫度大于預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值時，可以通過上述第一供水管路由上述供水部向上述蒸發(fā)部供給上述水，同時停止上述汽化部。并且，當(dāng)上述改性部的溫度大于預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)值時，由上述原料供給部向上述改性部供給上述原料氣體，同時上述汽化部動作，向上述改性部供給上述水蒸汽，當(dāng)上述改性部的溫度大于比預(yù)設(shè)的上述第一基準(zhǔn)值還大的第二基準(zhǔn)值時，可以通過上述第一供水管路由上述供水部向上述蒸發(fā)部供水，同時停止上述汽化部。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置蒸發(fā)加熱部、汽化部，能夠促進(jìn)水蒸汽的生成。這樣，能夠向改性部供給更穩(wěn)定的水蒸汽。并且，通過根據(jù)改性部或蒸發(fā)部的溫度控制蒸發(fā)加熱部、汽化部的動作，不僅能夠供給穩(wěn)定的水蒸汽，同時還能提高熱效率。
上述蒸發(fā)部具有第一蒸發(fā)部和第二蒸發(fā)部，上述第一蒸發(fā)部與上述改性部相連地配置，并與上述改性部相通，同時，至少通過上述第二供水管路與上述供水部相連，至少通過上述第二供水管路使供給到上述改性部的上述水在上述第一蒸發(fā)部蒸發(fā)，并將得到的水蒸汽供給到上述改性部，同時，使上述第二蒸發(fā)部通過上述第一供水管路與上述供水部相連，蒸發(fā)由上述供水部供給的上述水，將得到的水蒸汽供給到上述改性部。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于將第一蒸發(fā)部生成的水蒸汽被供給到改性部，所以能夠更穩(wěn)定地生成和供給水蒸汽。
上述供水部可以具有用于切換供水端、以決定向上述改性部和上述蒸發(fā)部哪一個供水的供水切換部。上述供水切換部既可以采用能夠?qū)┙o到上述改性部的水的流量和供給到上述蒸發(fā)部的水的流量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)構(gòu)，并且，上述供水切換部也可以采用可切換供水管路以決定通過上述第一供水管路和上述第二供水管路中哪一條供水的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，就能夠容易實現(xiàn)對供給到改性部和蒸發(fā)部的水可進(jìn)行切換的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)開始向上述改性部供給上述原料氣體時，也可以在上述改性部和上述蒸發(fā)部的至少一方中存在水和水蒸汽中的至少一種。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)裝置起動時，由于水或水蒸汽已經(jīng)存在于改性部和蒸發(fā)部的水蒸汽反應(yīng)空間、流路等當(dāng)中，所以能夠更迅速地向改性部供給水蒸汽。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有本發(fā)明的氫生成裝置；使用氧化劑和由上述氫生成裝置供給的氫進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，由于可以從本發(fā)明的氫生成裝置以較高熱效率并高穩(wěn)定地向燃料電池供給氫，所以能夠以較高的熱效率進(jìn)行可靠性高的穩(wěn)定的發(fā)電。
圖2是本發(fā)明實施方式2中的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明實施方式3中的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明實施方式4中的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是圖4的氫生成裝置的汽化部結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6是圖4的氫生成裝置的汽化部的另一種結(jié)構(gòu)例的示意圖。
圖7是本發(fā)明實施方式5中的改性部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖8是具有

圖1的氫生成裝置的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
(實施方式1)圖1是本發(fā)明實施方式1中的氫生成裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，氫生成裝置具有改性部1、加熱部3、用于向改性部1供給原料氣體的原料供給部5、用于向改性部1供水的供水部6、使源于供水部6的水蒸發(fā)并生成水蒸汽的蒸發(fā)部4、和控制部7。
在氫發(fā)生裝置中，本體15的內(nèi)部配置了改性部1和蒸發(fā)部4，用于對改性部1和蒸發(fā)部4進(jìn)行加熱的加熱部3配置在本體15的下方。蒸發(fā)部4通過混合原料供給通路16連接于改性部1。并且，改性部1與將由水蒸汽改性反應(yīng)得到的改性氣體引導(dǎo)到外部的改性氣體通路8相連。蒸發(fā)部4通過原料供給通路5a與配置在本體15的外部的原料供給部5相連，同時，蒸發(fā)部4通過蒸發(fā)供給通路6c與供水部6相連。并且，供水部6通過改性供給通路6b與改性部1相連?？刂撇?分別對原料供給部5和供水部4進(jìn)行控制。
在改性部1中，主要利用由原料供給部5供給的原料，具體地說，包括以天然氣、LPG等烴組分、甲醇等醇組分、或粗汽油組分等烴類化合物為例的這種含有以至少由碳和氫合成的化合物作為主要成分的原料，以及，使由供水部6供給的水蒸發(fā)得到的水蒸汽，進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)。在改性部1中，配置用于促進(jìn)改性反應(yīng)的改性催化劑，例如，將釕催化劑載置于氧化鋁載體等中從而形成改性反應(yīng)部。另外，在此省略對改性部1內(nèi)部的詳細(xì)說明和圖示。在改性部1中，設(shè)置有用于測定改性部內(nèi)的溫度的改性溫度測定部2。在此，改性部1的溫度是指改性催化劑的溫度或改性部1內(nèi)的氣體的溫度。改性溫度測定部2是具有熱電偶、熱敏電阻等的結(jié)構(gòu)，其配置位置可以是能測定改性部1的溫度變化的任意位置和環(huán)境。由改性部1中的水蒸汽改性反應(yīng)得到的以氫氣為主體的改性氣體，通過改性氣體通路8供給到外部。另外，氫生成裝置也可以是在改性部1的下游設(shè)置了根據(jù)供給端裝置的特性處理改性氣體的處理部的結(jié)構(gòu)。例如，在用于生成向圖8所示的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池供給的氫氣的氫生成裝置150中，如果供給到燃料電池151的氫氣中含有一氧化碳，就會引起燃料電池151的性能降低，所以生成的改性氣需要是一氧化碳濃度低的氣體。因此，也可以在改性部1的下游設(shè)置降低改性氣體中一氧化碳濃度的一氧化碳轉(zhuǎn)化部152、一氧化碳選擇氧化部153等。這樣，使用降低了一氧化碳的氫氣和含氧的氧化劑，就能夠使燃料電池151穩(wěn)定地發(fā)電。
由于所配置的加熱部3的主要功能是向改性部1供給水蒸汽改性反應(yīng)所需的熱量，所以，根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)，還能向蒸發(fā)部4提供熱量。即，與由加熱部3得到的熱流相對，在迅速受熱的上游側(cè)配置了改性部1，下游側(cè)配置了蒸發(fā)部4。加熱部3具有使由原料供給部5供給的原料氣體的一部分、或者由氫生成裝置得到的氫氣的供給端回流的剩余氣體(例如，由燃料電池發(fā)電裝置得到的排出氣體等)燃燒的火焰噴燃器?；鹧鎳娙计魇褂美缛紵諝夤┙o用的多翼片送風(fēng)機3a(未詳細(xì)圖示)。
蒸發(fā)部4是利用來自加熱部3的熱量使由供水部6供給的水蒸發(fā)并產(chǎn)生水蒸汽的部分，在此處得到的水蒸汽與由原料供給部5供給的原料氣體混合，通過混合原料通路16供給到改性部1。并且，在這里，蒸發(fā)部4的結(jié)構(gòu)使得它不僅可進(jìn)行水的蒸發(fā)，而且還可對由原料供給部5供給的原料氣體進(jìn)行預(yù)熱。
原料供給部5用于向改性部1供給原料氣體。這里將天然氣用作原料氣體。盡管未作詳細(xì)圖示，原料供給部5具有用于增加天然氣的供給壓力的增壓器，而且還具有用于降低天然氣的硫磺成分的脫硫部，以及用于除去天然氣中的有氣味的成分的沸石吸附劑。
供水部6具有柱塞泵，將經(jīng)離子交換后的水用該泵輸送到改性部1和蒸發(fā)部4。在供水部6，設(shè)置有流量切換部6a，形成通過該流量切換部6a、能夠調(diào)整輸送到改性部1和蒸發(fā)部4的供水量的結(jié)構(gòu)。
控制部7用于控制原料供給部5和供水部6，從而控制供給到改性部1和蒸發(fā)部4的原料和水的供給量。并且，控制供水部6的供給量切換部6a，來選擇水的供給端。控制部7具有由改性溫度測定部2測得的溫度把握改性部1的狀態(tài)的溫度數(shù)據(jù)處理部，根據(jù)由該處理部得到的處理信息來控制原料供給部5和供水部6，調(diào)整原料、空氣、水的供給量。并且，控制部7還具有利用半導(dǎo)體的存儲部(未詳細(xì)圖示)，用該存儲部來存儲改性部1的溫度狀態(tài)。
從提高裝置運轉(zhuǎn)時的能量利用效率的觀點看，本實施方式的氫生成裝置如上所述，形成使加熱部3工作、首先對改性部1進(jìn)行加熱、然后利用加熱改性部1后的余熱對蒸發(fā)部4進(jìn)行加熱的結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)的理由是，由改性部1進(jìn)行的水蒸汽改性反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，為了得到高反應(yīng)收率，需要使改性部1保持為烴類原料時的溫度650～800℃、醇類原料也需要300℃以上的高溫，因此，改性部1優(yōu)先利用由加熱部3得到的質(zhì)量較高的熱能為宜。并且，原因還在于，希望當(dāng)裝置正常運轉(zhuǎn)時，來自加熱部3的熱能被用于蒸發(fā)部4內(nèi)的水的蒸發(fā)，實現(xiàn)無浪費的熱回收，提高在裝置整體中的能量利用效率的結(jié)構(gòu)。
但是，如上所述，如果對改性部1的加熱先于對蒸發(fā)部4的加熱，根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)、加熱條件等，裝置起動時，蒸發(fā)部4中的水蒸汽產(chǎn)生較慢，其結(jié)果，不能向改性部1供給充足的水蒸汽，所以有可能產(chǎn)生對改性催化劑異常加熱的情況。如果改性催化劑被異常加熱，就會減少催化劑的比表面積并降低催化劑活性。并且，如果在水蒸汽不充足的狀態(tài)下向高溫的改性催化劑供給原料氣體(此處為天然氣)，就會增大產(chǎn)生從原料中析出碳組分現(xiàn)象的可能性。因此，在本實施方式的氫生成裝置中，如下所述那樣在裝置起動時迅速地產(chǎn)生水蒸汽，由此可以進(jìn)行降低現(xiàn)有氫生成裝置起動時如上所述那樣的針對改性催化劑的熱負(fù)荷的動作。
下面，同時說明本實施方式的氫生成裝置中的裝置起動動作及其效果。
首先，當(dāng)使處于停止?fàn)顟B(tài)的裝置起動時，使加熱部3運轉(zhuǎn)并對裝置本體15進(jìn)行加熱。在此，通過源于加熱部3的熱量，優(yōu)先對改性部1進(jìn)行加熱。然后，將作為原料氣體的天然氣由原料供給部5通過原料供給通路5a供給到蒸發(fā)部4，而且，通過混合原料供給通路1 6供給到改性部1。另一方面，將作為用于水蒸汽改性反應(yīng)的水蒸汽來源的水由供水部6供給到改性部1，在此，通過改性供給通路6b和蒸發(fā)供給通路6c中的任一通路向改性部1供給，這可通過使用流量切換部6a進(jìn)行供給通路的切換進(jìn)行適當(dāng)選擇。
例如，當(dāng)裝置起動時(即加熱初期)，一旦由供水部6通過蒸發(fā)供給通路6c開始向蒸發(fā)部4供水，蒸發(fā)部4使水蒸發(fā)，將得到的水蒸汽與原料氣體一起通過混合原料供給通路16向改性部1供給的情況下，在供給到改性部1的混合原料氣體中，原料氣體(具體地指天然氣)的比率與水蒸汽的比率相比有可能增高。這種結(jié)果基于下述理由。即，一旦當(dāng)裝置起動時使加熱部3運轉(zhuǎn)，如上所述，來自加熱部3的熱量優(yōu)先被用于加熱改性部1，這樣，盡管根據(jù)裝置的大小、結(jié)構(gòu)部件的配置等其狀態(tài)不盡相同，但是相應(yīng)于改性部1的熱容量導(dǎo)致蒸發(fā)部4的溫度上升緩慢。這樣，如果通過溫度未能充分上升的蒸發(fā)部4向改性部1供水，由于蒸發(fā)部4中的水沒有充分蒸發(fā)，所以不能得到充足的水蒸汽，結(jié)果只有天然氣被供給到改性部1。如果在這種水未能充分蒸發(fā)的狀態(tài)下，即，未能向改性部1供給充足的水蒸汽的狀態(tài)下，對改性部1進(jìn)行加熱，一旦改性部1中的改性催化劑的溫度上升，通過天然氣的熱分解，就會在改性催化劑上和改性部內(nèi)發(fā)生碳析出。結(jié)果，導(dǎo)致了改性催化劑活性的降低和改性部內(nèi)的流路堵塞等。并且，由于改性部1中的水蒸汽改性反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，如果未能在改性催化劑中進(jìn)行水蒸汽改性反應(yīng)，就會由于由改性部3供給的熱量未能被消耗掉而易于導(dǎo)致改性催化劑溫度變成高溫，結(jié)果，將導(dǎo)致催化劑活性降低。因此，為了防止這種改性催化劑活性降低等現(xiàn)象，在本實施方式的裝置中，如下所述，將向處于加熱初期的改性部1供給充足的水蒸汽。
即，在本實施方式的裝置中，通過在供水部6設(shè)置改性供給通路6b和蒸發(fā)供給通路6c，能夠分別向改性部1和蒸發(fā)部4供水，并且，通過流量切換部6a調(diào)整向各供給通路6b、6c供給的水量，實現(xiàn)可控制向改性部1和蒸發(fā)部4供給的水量的結(jié)構(gòu)。因此，如上所述，在剛起動后不立即對蒸發(fā)部4進(jìn)行充分加熱，因此，在蒸發(fā)部4中水未充分蒸發(fā)期間，調(diào)整流量切換部6a以便由供水部6向改性供給通路6b供水，通過該通路6b直接向改性部1供水。如果這樣直接向改性部1供水，在優(yōu)先被加熱并且溫度迅速上升的改性部1中進(jìn)行水的水蒸汽反應(yīng)。結(jié)果，即使在起動時，也能夠在改性部1內(nèi)迅速而穩(wěn)定地存在水蒸汽，因此，幾乎沒有可能發(fā)生如上所述的由原料氣體的熱分解引起的碳析出。這樣，在改性部1中存在水蒸汽和原料氣體的狀態(tài)下，隨著改性催化劑的溫度上升，在改性催化劑上進(jìn)行吸熱反應(yīng)的水蒸汽改性反應(yīng)。因此，就能夠防止如上所述的改性催化劑異常加熱的情況。
另一方面，如上所述，當(dāng)直接向改性部1供水并在改性部1進(jìn)行水的蒸發(fā)(水蒸汽反應(yīng))時，由于從加熱部3傳至改性部1的熱量中的一部分被用于水蒸汽反應(yīng)中，所以與來自加熱部3的熱量不被用于水蒸汽反應(yīng)中的情況、即將預(yù)先生成的水蒸汽直接供給到改性部1的情況相比較，在同樣的供給熱量下，由于有一部分熱量用于水蒸汽反應(yīng)，所以改性部1的溫度變低。因此，為了將改性部1維持在適于水蒸汽改性反應(yīng)的溫度，與不將熱量用于水蒸汽反應(yīng)的情況相比，需要由加熱部3供給更多的熱量。因此，如果直接向改性部1供水，容易導(dǎo)致水蒸汽改性反應(yīng)的熱效率低下。
因此，在本實施方式中，為了抑制如上所述的熱效率低下，在從裝置起動經(jīng)過規(guī)定時間對蒸發(fā)部4進(jìn)行充分加熱、在該蒸發(fā)部4中可以充分地進(jìn)行水的蒸發(fā)的狀態(tài)下，控制流量切換部6a，將通路由改性供給通路6b切換到蒸發(fā)供給通路6c。然后，通過蒸發(fā)供給通路6c向蒸發(fā)部4供水。這種供給通路的切換是由控制部7對流量切換部6a進(jìn)行定時控制來實施的。供給到蒸發(fā)部4的水，在蒸發(fā)部4通過水蒸汽反應(yīng)變成水蒸汽。然后，該水蒸汽通過混合原料流路16，與原料氣體一起供給到改性部1。通過這樣的動作，當(dāng)正常運轉(zhuǎn)時，在改性部1中，不會發(fā)生水蒸汽反應(yīng)所需的熱量的損失，能夠?qū)碜约訜岵?的熱量有效地用于水蒸汽改性反應(yīng)。并且，還能在蒸發(fā)部4中有效地利用來自加熱部3的熱量產(chǎn)生水蒸汽。
如上所述，在本實施方式的裝置中，在加熱初期，如上所述，通過在改性部1中直接進(jìn)行水蒸汽反應(yīng)，能夠防止改性部1內(nèi)的水蒸汽不足，這樣，就能夠防止改性部1的異常加熱和碳析出，并且，在正常運轉(zhuǎn)時，在蒸發(fā)部4能夠有效地利用來自加熱部3的熱量生成水蒸汽，所以能夠提高改性部1中的水蒸汽改性反應(yīng)的熱效率。因此，既可以提高熱效率，同時還可以實現(xiàn)能夠穩(wěn)定地生成氫的氫生成裝置。
另外，在加熱初期和正常運轉(zhuǎn)時向改性部1供給的水量，考慮到改性部1中的反應(yīng)溫度、催化劑容積等使用條件，優(yōu)選預(yù)先設(shè)定為原料氣體(此處為天然氣)中的碳原子數(shù)2倍以上的量作為標(biāo)準(zhǔn)。例如，在本實施例中，以2.5倍為標(biāo)準(zhǔn)供水。
并且，對于裝置起動時供給原料氣體和水的開始時機來說，根據(jù)由改性溫度測定部2檢測出的改性部1的溫度，由控制部7來控制原料供給部5和供水部6，以控制向改性部1開始供給原料和水的時機。例如，設(shè)定改性溫度測定部2中的檢測溫度的基準(zhǔn)值，當(dāng)該檢測溫度大于基準(zhǔn)值時，控制部7控制原料供給部5和供水部6以及流量切換部6a，以便開始供給原料氣體和水，在此，該基準(zhǔn)值設(shè)為200℃。這樣，不僅能夠抑制原料氣體和水的供給開始的定時誤差，并且還能夠使裝置起動時改性部1中的水的蒸發(fā)迅速而穩(wěn)定地進(jìn)行并能有效地防止改性部1的異常加熱。并且，如果向溫度低的狀態(tài)下的改性部1大量供水，有可能因未蒸發(fā)的水導(dǎo)致改性部1中氣體流路的阻塞，但如上述那樣通過在確認(rèn)改性部1的溫度大于基準(zhǔn)值之后進(jìn)行供給，就能夠避免這種情況。另外，需要預(yù)先將改性部1的溫度和水蒸汽改性反應(yīng)的反應(yīng)性的關(guān)系、或者、改性部1的溫度和水的蒸發(fā)狀態(tài)的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，由此決定作為基準(zhǔn)值的溫度。因此，該基準(zhǔn)值根據(jù)裝置的大小、假定的運轉(zhuǎn)條件等采用不同的值，此處將該基準(zhǔn)值設(shè)為200℃，但是基準(zhǔn)值的值并不局限于此。該基準(zhǔn)值優(yōu)選為參考作為下限值的水的蒸發(fā)溫度、作為上限值的改性催化劑的耐熱溫度而預(yù)先設(shè)定。
并且，在上述內(nèi)容中，通過定時控制流量切換部6a，形成供水通路由改性供給通路6b切換到蒸發(fā)供給通路6c的結(jié)構(gòu)，在這樣的定時控制下，考慮到裝置的大小、動作條件等，為了達(dá)到最適于改性催化劑的溫度和水的蒸發(fā)狀態(tài)，需要預(yù)先進(jìn)行時間設(shè)定。
而且，也可以使用除定時控制以外的其它方法對供水切換進(jìn)行控制。例如，作為本實施方式的變形例，為了更加使水的蒸發(fā)適度，也可以采用根據(jù)改性部1的溫度進(jìn)行供水的切換的結(jié)構(gòu)。具體地說，針對改性溫度測定部2的檢測溫度，設(shè)定與原料氣體和水的供給開始時的上述基準(zhǔn)值(此處稱為第一基準(zhǔn)值)不同的基準(zhǔn)值(此處稱為第二基準(zhǔn)值)，根據(jù)該第二基準(zhǔn)值由控制部7來控制流量切換部6a。根據(jù)改性部1的溫度狀態(tài)和蒸發(fā)部4的加熱狀態(tài)之間的相關(guān)性來設(shè)定第二基準(zhǔn)值，并設(shè)定為與經(jīng)過充分地加熱能發(fā)生水蒸氣反應(yīng)的蒸發(fā)部4的狀態(tài)相對應(yīng)的改性部1的溫度，例如，在此為700℃。另外，第二基準(zhǔn)值是根據(jù)裝置的大小、假定的運轉(zhuǎn)條件預(yù)先進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定的，隨著這些條件的不同，其值也不同。
本例中的供給通路的切換動作，首先，當(dāng)改性溫度測定部2的檢測溫度大于第二基準(zhǔn)值時，即蒸發(fā)部4經(jīng)過充分加熱成為適于水蒸氣反應(yīng)的狀態(tài)時，由控制部7控制流量切換部6a，將供水通路由改性供給通路6b切換到蒸發(fā)供給通路6c。這樣，如上所述通過改性供給通路6b直接向改性部1供給的水，通過蒸發(fā)供給通路6c經(jīng)蒸發(fā)部4供給到改性部1。這樣，通過由改性部1的溫度來把握蒸發(fā)部4的狀態(tài)進(jìn)行供水的切換，能夠迅速地進(jìn)行切換，并且，能夠確實地避免切換時的改性部1的水蒸氣不足。
并且，在本實施方式中，通過蒸發(fā)部4由原料供給部5向改性部1供給原料氣體，但也可以采用不通過蒸發(fā)部4直接向改性部1供給原料氣體的結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)如上所述那樣通過蒸發(fā)部4進(jìn)行供給時，能夠由蒸發(fā)部4對原料氣體進(jìn)行預(yù)熱，可以提高熱效率。
并且，在本實施方式中，當(dāng)裝置起動時，可以在改性部1加熱后將原料氣體和水同時供給到改性部1，也可以先向改性部1供水后再供給原料氣體。并且，例如，也可以在經(jīng)過充分加熱前的狀態(tài)下的改性部1和蒸發(fā)部4中，預(yù)先向水蒸氣反應(yīng)的實施部分供給不致引起氣體流路堵塞等弊害的量的水。在這樣的場合下也不妨礙本實施方式所示的效果。這樣，通過預(yù)先向改性部1、蒸發(fā)部4供水，能夠在加熱初期就迅速產(chǎn)生水蒸氣，因此，就能夠更有效地防止改性部1在加熱初期的改性催化劑劣化、碳析出等。
另外，在本實施方式中，由流量切換部6a進(jìn)行的供水通路的切換，例如，可以通過調(diào)整供給泵的動作條件等對由供水部6分別向改性供給通路6b和蒸發(fā)供給通路6c供給的水量進(jìn)行控制，并且，也可以在該通路6b、6c中設(shè)置電磁閥，通過調(diào)整電磁閥的開閉進(jìn)行控制。并且，切換可以使分別供給至改性部1和蒸發(fā)部4的量漸漸變化地分階段地進(jìn)行，并且，例如，通過設(shè)置在各供給通路6b、6c中的電磁閥一次性地全開和全關(guān)進(jìn)行供給通路的切換，一次性地由改性部1切換到蒸發(fā)部4。
(實施方式2)下面，對本發(fā)明的實施方式2進(jìn)行說明。圖2是本實施方式中的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的裝置具有與實施方式1所示的裝置大致相同的結(jié)構(gòu)，不同點在于，設(shè)置有用于檢測蒸發(fā)部4或蒸發(fā)部4中的氣體溫度的蒸發(fā)溫度測定部9。
由于本實施方式的裝置的動作與實施方式1的裝置的動作相同，所以省略其詳細(xì)說明而只對不同點進(jìn)行說明。在蒸發(fā)部4設(shè)置有蒸發(fā)溫度測定部9的本實施方式的裝置中，針對由蒸發(fā)溫度測定部9測出的溫度設(shè)定基準(zhǔn)值，當(dāng)檢測溫度大于該基準(zhǔn)值時，與實施方式1一樣，通過流量切換部6a將供水端由改性部1切換到蒸發(fā)部4。該基準(zhǔn)值，根據(jù)裝置的運轉(zhuǎn)條件并考慮到蒸發(fā)部4中的水蒸汽的產(chǎn)生狀態(tài)，例如，設(shè)定為200℃。另外，由于該基準(zhǔn)值根據(jù)裝置的大小、供水量等運轉(zhuǎn)條件而有所不同，所以可根據(jù)這些條件事先進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。
在本實施方式中，由于與通過由改性溫度測定部2測出的改性部1的溫度間接把握蒸發(fā)部4的加熱狀態(tài)的實施方式1的情況不同，蒸發(fā)部4的溫度是通過蒸發(fā)溫度測定部9直接測出的，所以能夠通過加熱至適合于水蒸發(fā)的狀態(tài)的蒸發(fā)部4確實符合定時地供水。因此，即使在供水切換時也能夠迅速并穩(wěn)定地產(chǎn)生水蒸汽，使水的蒸發(fā)以更好的狀態(tài)進(jìn)行。因此，能夠避免切換時改性部1的水蒸汽不足的問題。
(實施方式3)下面，對本發(fā)明的實施方式3進(jìn)行說明。圖3是本實施方式中的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的裝置具有與實施方式2中的裝置大致相同的結(jié)構(gòu)，而它與實施方式2的不同點在于，在蒸發(fā)部4設(shè)置有對蒸發(fā)部4或蒸發(fā)部4中的氣體進(jìn)行加熱的蒸發(fā)加熱部4a。在此省略詳細(xì)的圖示，蒸發(fā)加熱部4a由鎧裝式電熱器構(gòu)成，通過將該電熱器設(shè)置在蒸發(fā)部4的下游面，形成使由蒸發(fā)部4的上游面供給的水在蒸發(fā)部4中蒸發(fā)的結(jié)構(gòu)。
由于本實施方式的裝置的動作與實施方式1的裝置的動作相同，所以省略其詳細(xì)說明而只對不同點進(jìn)行說明。即，在本實施方式的裝置中，在起動時，使蒸發(fā)加熱部4a運轉(zhuǎn)，為了使蒸發(fā)部4成為能夠被迅速地加熱并進(jìn)行水蒸汽反應(yīng)的狀態(tài)，對蒸發(fā)部4直接進(jìn)行加熱。在實施方式1中，如上所述，很難在起動之后立刻使蒸發(fā)部4的溫度上升，將蒸發(fā)部4加熱到水蒸發(fā)的狀態(tài)需要時間，如本實施方式那樣，通過設(shè)置蒸發(fā)加熱部4a并直接對蒸發(fā)部4進(jìn)行加熱，就能夠更迅速地在蒸發(fā)部4中進(jìn)行水的蒸發(fā)。這樣，即使在起動之后立刻向蒸發(fā)部4供水也能夠迅速而穩(wěn)定地產(chǎn)生水蒸汽。并且，根據(jù)本實施方式的結(jié)構(gòu)，在當(dāng)起動時，萬一僅向蒸發(fā)部4供水，也能夠在蒸發(fā)部4中產(chǎn)生水蒸汽，所以能夠避免改性部1中的水蒸汽不足的情況。
另外，一旦僅通過加熱部3對蒸發(fā)部4加熱就能夠充分地進(jìn)行水蒸汽反應(yīng)，蒸發(fā)部4a的動作就會停止。這樣的蒸發(fā)加熱部4a的停止動作的判斷，優(yōu)選為根據(jù)改性溫度測定部2或蒸發(fā)溫度測定部9的檢測溫度來進(jìn)行。這樣，不但能夠提高熱效率，而且還能使水的蒸發(fā)適度進(jìn)行。具體地說，例如，可以預(yù)先將在蒸發(fā)部4能產(chǎn)生充分的水蒸汽的狀態(tài)下的改性部1或蒸發(fā)部4的溫度設(shè)為改性溫度測定部2或蒸發(fā)溫度測定部9的檢測溫度的基準(zhǔn)值。在此，將改性溫度測定部2的基準(zhǔn)值設(shè)為700℃。而且，如果檢測溫度大于該基準(zhǔn)值，控制部7就會停止蒸發(fā)加熱部4a。另外，基準(zhǔn)值是根據(jù)裝置的大小、運轉(zhuǎn)條件設(shè)定的值，根據(jù)這些條件進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。
(實施方式4)下面，對本發(fā)明的實施方式4進(jìn)行說明。圖4是本實施方式中的氫生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。本實施方式的裝置具有與實施方式2中所示的裝置大致相同的結(jié)構(gòu)，而它與實施方式2的不同點在于，在向蒸發(fā)部4供水的蒸發(fā)供給通路6c中設(shè)置有水的汽化部10。圖5表示本實施方式的汽化部10的結(jié)構(gòu)一例的主要部分剖面示意圖。
如圖4和圖5所示，在本實施方式的裝置中，在連接供水部6和蒸發(fā)部4的蒸發(fā)供給通路6c中，設(shè)置有汽化裝置10’。該汽化裝置10’的結(jié)構(gòu)為，在具有供水口10g和水蒸汽出口10h的本體10b的內(nèi)部，具備有鎧裝式電熱器等電熱器10a、蓄熱體10c、水蒸發(fā)體10d、和蒸發(fā)空間10f。供水口10g和水蒸汽出口10h分別與蒸汽供給通路6c相連。并且，在本體10b的外壁，設(shè)置有蓄熱體溫度測定部10e。
在汽化裝置10’中，由供水部6通過蒸發(fā)供給通路6c供給的水，經(jīng)供水口10g導(dǎo)入蒸發(fā)空間10f。因此，在汽化裝置10’的內(nèi)部，由電熱器10a產(chǎn)生的熱量，通過蓄熱體10c和為了穩(wěn)定水的蒸發(fā)而設(shè)置的水蒸發(fā)體10d(例如發(fā)泡金屬)向蒸發(fā)空間10f內(nèi)供水。這樣，水經(jīng)過汽化變成水蒸汽。該水蒸汽由水蒸汽出口10h通過蒸發(fā)供給通路6c供給到蒸發(fā)部4。并且，在此，形成由蓄熱體溫度測定部10e測定蓄熱體10c的溫度的同時、根據(jù)該檢測溫度控制水的汽化的結(jié)構(gòu)。因此，在汽化裝置10’中，能夠穩(wěn)定高效地進(jìn)行水的汽化。
由于設(shè)置有汽化部10的本實施方式的氫生成裝置的動作與實施方式1的裝置的動作相同，所以省略詳細(xì)說明，只說明不同點。即，在本實施方式中，起動時，使汽化部10(汽化裝置10’)如上所述那樣動作，由汽化部10得到的水蒸汽被供給到蒸發(fā)部4。如實施方式1中所述的那樣，在裝置起動后的蒸發(fā)部4中，由于加熱到水蒸發(fā)狀態(tài)需要時間，所以通過在汽化部10預(yù)先生成水蒸汽并直接供給至蒸發(fā)部4，即使在起動之后也能夠?qū)⑺羝烧舭l(fā)部4迅速穩(wěn)定地供給到改性部1。
汽化部10的動作，在蒸發(fā)部4一旦達(dá)到僅通過來自加熱部3的熱量來加熱就能夠進(jìn)行充分的水蒸汽反應(yīng)的狀態(tài)就會停止。汽化部10的停止動作的判斷，例如，是根據(jù)改性溫度測定部2或蒸發(fā)溫度測定部9的檢測溫度來進(jìn)行的。這樣，既可以使水適度蒸發(fā)，又能提高熱效率。具體地說，如實施方式3中所述，例如，將由蒸發(fā)部4產(chǎn)生充分的水蒸汽的狀態(tài)的改性部1或蒸發(fā)部4的溫度作為基準(zhǔn)值預(yù)先設(shè)置于改性溫度測定部2或蒸發(fā)溫度測定部9的檢測溫度中。然后，優(yōu)選根據(jù)該基準(zhǔn)值控制汽化部10的起動和停止的動作。
另外，盡管可以使汽化部10總是運轉(zhuǎn)，但是如果考慮到水的汽化所需能量的消耗量，通過來自加熱部3的熱量使蒸發(fā)部4成為能夠自動產(chǎn)生水蒸汽的狀態(tài)時，優(yōu)選為停止汽化部10的動作僅通過蒸發(fā)部4產(chǎn)生水蒸汽。在此情況下，為了使汽化部10能夠不受影響地由供水部6向蒸發(fā)部4供水，需要形成蒸發(fā)供給通路6c。
另外，在上述內(nèi)容中，盡管對由圖5所示的汽化裝置10’構(gòu)成汽化部10的情況進(jìn)行了說明，但汽化部10的結(jié)構(gòu)并不局限于此。圖6(a)、(b)是本實施方式的裝置所使用的汽化部10的另一個結(jié)構(gòu)例的主要部分剖面示意圖。
如圖6(a)所示，汽化部10可以不象圖5所示那樣另設(shè)汽化裝置10’，而是形成通過在構(gòu)成蒸發(fā)供給通路6c’的配管的外圍配設(shè)電熱器等的加熱源10a的結(jié)構(gòu)。并且，如圖6(b)所示，也可以由加熱源內(nèi)置型的配管形成汽化部10，該加熱源內(nèi)置型的配管的結(jié)構(gòu)是構(gòu)成蒸發(fā)供給通路6c’的配管的內(nèi)部具有由周方向壁劃分而成的雙重結(jié)構(gòu)，以包圍作為水流路的空間的方式配設(shè)電熱器等加熱源10a。
另外，汽化部10并不局限于通過電熱器等電加熱源來加熱的結(jié)構(gòu)，也可以采用其它加熱源例如利用燃燒熱等進(jìn)行加熱的結(jié)構(gòu)。例如，還可以采用以利用由氫生成裝置生成的氫氣的供給端作為余氣排出的氫氣(例如，燃料電池的陽極排出氣)、用于改性反應(yīng)的原料氣體一部分進(jìn)行燃燒的催化劑燃燒裝置、火焰燃燒裝置等普通燃燒機器作為加熱源的結(jié)構(gòu)。
(實施方式5)下面，對本發(fā)明的實施方式5進(jìn)行說明。本實施方式的裝置具有與實施方式1所示的裝置大致相同的結(jié)構(gòu)，而它與實施方式1的不同點在于，在改性部1設(shè)置有改性蒸發(fā)部1a。因此，省略本實施方式的裝置結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明而只對與實施方式1的裝置不同的點進(jìn)行說明。
圖7是實施方式5中的改性部1的結(jié)構(gòu)圖。如圖7所示，在本實施方式中，在改性供給通路6b和改性部1(具體來說是指含有改性催化劑而構(gòu)成的改性反應(yīng)部1b)之間，設(shè)置有改性蒸發(fā)部1a。改性蒸發(fā)部1a利用來自加熱部3(圖1)的熱量，如下所述，形成使通過改性供給通路6b供給的水進(jìn)行汽化的結(jié)構(gòu)。改性蒸發(fā)部1a與改性供給通路6b和混合原料供給通路4b相連，并且，通過貫通孔17與改性部1相通。需要構(gòu)成這樣的改性蒸發(fā)部1a，以便在正常運轉(zhuǎn)時能夠優(yōu)先進(jìn)行改性部1的改性催化劑體的加熱，并且，在裝置起動時能夠使所供給的水穩(wěn)定地蒸發(fā)。例如，在本實施方式中，將改性蒸發(fā)部1a配制成圍繞著改性反應(yīng)部1b的外圍、并且、配置于始自蒸發(fā)部4的混合原料供給通路16中的改性反應(yīng)部1b的上游側(cè)。
由于本實施方式的裝置與實施方式1的裝置進(jìn)行同樣的動作，所以省略其詳細(xì)說明，而僅對其不同點進(jìn)行說明。即，本實施方式的裝置，與通過改性供給通路6b直接向改性反應(yīng)部1b供水的實施方式1的裝置不同，而是由供水部6通過改性供給通路6b首先向改性蒸發(fā)部1a供水。然后，在改性蒸發(fā)部1a中，使水蒸發(fā)成為水蒸汽，該水蒸汽通過貫通孔17被供給到改性反應(yīng)部1b。這樣，在改性部1中，通過將含有改性催化劑體并進(jìn)行改性反應(yīng)的改性反應(yīng)部1b和為了得到用于改性反應(yīng)的水蒸汽而使水蒸發(fā)的改性蒸發(fā)部1a分離，就可以使裝置起動后的水蒸汽的產(chǎn)生更穩(wěn)定地進(jìn)行。并且，在正常運轉(zhuǎn)時，即使萬一蒸發(fā)部4未能使水充分蒸發(fā)，而是仍然以水的狀態(tài)供給到改性部1，由于設(shè)置了改性蒸發(fā)部1a，也能夠確實地向改性反應(yīng)部1b供給水蒸汽。因此，就能夠使水蒸發(fā)時的變動很少地穩(wěn)定地供給水蒸汽，使改性反應(yīng)穩(wěn)定化。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種即使在起動初期、也能迅速地向改性部供給水蒸汽的裝置，其結(jié)果，可以解決現(xiàn)有的氫生成裝置的在起動初期由于產(chǎn)生的熱負(fù)荷而導(dǎo)致改性催化劑活性降低等的問題。另外，根據(jù)上述說明，對本領(lǐng)域從業(yè)人員來說，對本發(fā)明的眾多改良、另外的實施方式是顯然的。因此，上述說明不應(yīng)僅如實施例所揭示的那樣，而是提供了一種以告知本領(lǐng)域從業(yè)人員實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選方式為目的的發(fā)明。只要不超出本發(fā)明的原則，可以對其構(gòu)造和/或功能的細(xì)節(jié)進(jìn)行實質(zhì)性的改變。
權(quán)利要求
1.一種氫生成裝置，其特征為，具有使用改性催化劑體由原料和水蒸汽通過改性反應(yīng)生成含氫的改性氣體的改性部；使水蒸發(fā)并向所述改性部供給所述水蒸汽的蒸發(fā)部；為了進(jìn)行所述改性和所述蒸發(fā)、分別對所述改性部和所述蒸發(fā)部進(jìn)行加熱的加熱部；直接或借助所述蒸發(fā)部向所述改性部供給所述原料氣體的原料供給部；供給所述水的供水部；用于由所述供水部向所述蒸發(fā)部供給所述水的第一供水管路；用于由所述供水部向所述改性部供給所述水的第二供水管路。
2.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是隨著將所述原料氣體從所述原料供給部開始供給到所述改性部，由所述供水部通過所述第二供水管路向所述改性部供水，在從所述供給開始經(jīng)過規(guī)定時間后，由所述供水部通過所述第一供水管路向所述蒸發(fā)部供水，同時停止向所述改性部供給所述水。
3.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是所述改性部還具有檢測所述改性催化劑體或所述改性部內(nèi)的氣體溫度的改性溫度測定部，根據(jù)所述改性溫度測定部的檢測溫度信息控制源于所述原料供給部的所述原料氣體的供給和源于所述供水部的所述水的供給。
4.如權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述改性溫度測定部的檢測溫度大于預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值時，通過所述第二供水管路由所述供水部向所述改性部供給所述水，同時由所述原料供給部向所述改性部供給所述原料氣體。
5.如權(quán)利要求3所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述改性溫度測定部的檢測溫度大于預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)值時，通過所述第二供水管路由所述供水部向所述改性部供給所述水，同時由所述原料供給部向所述改性部供給所述原料氣體，當(dāng)所述改性溫度測定部的檢測溫度大于預(yù)設(shè)的比所述第一基準(zhǔn)值還大的第二基準(zhǔn)值時，通過所述第一供水管路由所述供水部向所述蒸發(fā)部供水，同時停止向所述改性部供給所述水。
6.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是所述蒸發(fā)部還具有檢測所述蒸發(fā)部或所述蒸發(fā)部內(nèi)的氣體溫度的蒸發(fā)溫度測定部，根據(jù)所述蒸發(fā)溫度測定部的檢測溫度信息控制由所述供水部向所述改性部和所述蒸發(fā)部供給所述水。
7.如權(quán)利要求6所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述蒸發(fā)溫度測定部的檢測溫度小于預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值時，通過所述第二供水管路由所述供水部向所述改性部供給所述水，并且，當(dāng)所述蒸發(fā)溫度測定部的檢測溫度大于所述基準(zhǔn)值時，通過所述第一供水管路由所述供水部向所述蒸發(fā)部供水，同時停止向所述改性部供給所述水。
8.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是所述蒸發(fā)部還具有對所述蒸發(fā)部進(jìn)行加熱的蒸發(fā)加熱部。
9.如權(quán)利要求8所述的氫生成裝置，其特征是根據(jù)所述改性部或所述蒸發(fā)部的溫度來控制所述蒸發(fā)加熱部。
10.如權(quán)利要求9所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述改性部或所述蒸發(fā)部的溫度在預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值以下時，通過所述第二供水管路由所述供水部向所述改性部供給所述水，同時使所述蒸發(fā)加熱部動作，當(dāng)所述改性部或所述蒸發(fā)部的溫度大于所述基準(zhǔn)值時，通過所述第一供水管路由所述供水部向所述蒸發(fā)部供給所述水，同時停止所述蒸發(fā)加熱部。
11.如權(quán)利要求10所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述改性部的溫度大于預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)值時，由所述原料供給部向所述改性部供給所述原料氣體，同時由所述供水部通過所述第二供水管路向所述改性部供給所述水，并且，使所述蒸發(fā)加熱部動作，當(dāng)所述改性部的溫度大于比所述第一基準(zhǔn)值還大的第二基準(zhǔn)值時，通過所述第一供水管路由所述供水部向所述蒸發(fā)部供給所述水，同時停止向所述改性部供給所述水，并且，停止所述蒸發(fā)加熱部。
12.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是還具備使水生成水蒸汽的汽化部，將該汽化部生成的水蒸汽供給到所述改性部和所述蒸發(fā)部中的至少一方。
13.如權(quán)利要求12所述的氫生成裝置，其特征是根據(jù)所述改性部或所述蒸發(fā)部的溫度來控制所述汽化部。
14.如權(quán)利要求13所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述改性部或所述蒸發(fā)部的溫度大于預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值時，通過所述第一供水管路由所述供水部向所述蒸發(fā)部供給所述水，同時停止所述汽化部。
15.如權(quán)利要求14所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)所述改性部的溫度大于預(yù)設(shè)的第一基準(zhǔn)值時，由所述原料供給部向所述改性部供給所述原料氣體，同時使所述汽化部動作，當(dāng)所述改性部的溫度大于比預(yù)設(shè)的所述第一基準(zhǔn)值還大的第二基準(zhǔn)值時，通過所述第一供水管路由所述供水部向所述蒸發(fā)部供水，同時停止所述汽化部。
16.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是所述蒸發(fā)部具備第一蒸發(fā)部和第二蒸發(fā)部，所述第一蒸發(fā)部與所述改性部相連地配置，并與所述改性部相通，同時，至少通過所述第二供水管路與所述供水部相連，至少使通過所述第二供水管路供給到所述改性部的所述水在該第一蒸發(fā)部蒸發(fā)，并將該水蒸汽供給到所述改性部，同時，所述第二蒸發(fā)部通過所述第一供水管路與所述供水部相連，使由所述供水部供給的所述水蒸發(fā)，將該水蒸汽供給到所述改性部。
17.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是所述供水部還具備用于切換供水端以便向所述改性部和所述蒸發(fā)部中哪一方供水的供水切換部。
18.如權(quán)利要求17所述的氫生成裝置，其特征是所述供水切換部具有能夠?qū)┙o到所述改性部的水的流量和供給到所述蒸發(fā)部的水的流量進(jìn)行調(diào)整的結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求17所述的氫生成裝置，其特征是所述供水切換部具有可切換供水管路以決定通過所述第一供水管路和所述第二供水管路中的哪一條進(jìn)行供水的結(jié)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求1所述的氫生成裝置，其特征是當(dāng)開始向所述改性部供給所述原料氣體時，在所述改性部和所述蒸發(fā)部中的至少一方中存在水和水蒸汽中的至少一種。
21.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征是具有權(quán)利要求1～20中任一項所述的氫生成裝置；使用氧化劑和由所述氫生成裝置供給的氫進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
全文摘要
本發(fā)明的氫生成裝置具有由改性催化劑構(gòu)成的改性部(1)；向改性部(1)供給水蒸汽的水的蒸發(fā)部(4)；對改性部(1)和蒸發(fā)部(4)進(jìn)行加熱的加熱部(3)；通過蒸發(fā)部(3)將含有烴化合物的原料供給到改性部(1)的原料供給部(5)；具有流量切換部(6a)并向改性部(1)和蒸發(fā)部(4)供水的供水部(6)。在蒸發(fā)部(4)的加熱不充分的裝置起動初期，通過改性供給通路(6b)由供水部(6)直接向改性部(1)供水，在改性部(1)進(jìn)行水蒸汽化。另一方面，在蒸發(fā)部(4)被充分加熱的正常運轉(zhuǎn)時，通過蒸發(fā)供給通路(6c)由供水部(6)向蒸發(fā)部(4)供水，將蒸發(fā)部(4)生成的水蒸汽供給到改性部(1)。
文檔編號C01B3/38GK1447471SQ03121370
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者鵜飼邦弘, 田口清, 脅田英延, 藤原誠二, 前西晃 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社