燃料改性器及燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要用于燃料電池的燃料改性器。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖1中圖示了燃料電池之一例。該燃料電池101是固體氧化物燃料電池，其利用城市燃氣等燃料氣體、水和空氣來發(fā)電。燃料電池101包括蒸發(fā)器102、空氣預(yù)熱器103、燃料改性器104、燃燒器105、發(fā)電電池106等。
[0003]蒸發(fā)器102對水進行加熱來產(chǎn)生水蒸氣。所產(chǎn)生的水蒸氣與已進行了脫硫等處理的燃料氣體混合后被送往燃料改性器104。燃料氣體與水蒸氣的混合氣體在燃料改性器104中重整為以氫為主的高溫改性氣體后，被供往發(fā)電電池106。
[0004]空氣在空氣預(yù)熱器103中被加熱后供往發(fā)電電池106。在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，通過供給高溫改性氣體和空氣，發(fā)電電池106保持在700°C?900°C范圍內(nèi)的規(guī)定的運轉(zhuǎn)溫度域。
[0005]發(fā)電電池106由利用化學反應(yīng)來產(chǎn)生電動勢的多個單電池構(gòu)成。例如，當平板型發(fā)電電池的情況下，包括將多個薄板狀單電池層疊而成的電池層疊體。在電池層疊體中，在高溫運轉(zhuǎn)溫度下改性氣體通過各單電池的陽極側(cè)、空氣通過各單電池的陰極側(cè)的期間，在各單電池中發(fā)生化學反應(yīng)，從而產(chǎn)生電動勢。通過從各單電池中提取該電動勢來發(fā)電。
[0006]從發(fā)電電池106中排出的已變質(zhì)的高溫改性氣體和空氣被送往燃燒器105。在燃燒器105中，這些改性氣體和空氣被混合后燃燒，由此對燃料改性器104進行加熱。在燃燒器105中產(chǎn)生的排氣被送往空氣預(yù)熱器103，通過熱交換對空氣進行加熱后被排出。
[0007]例如，專利文獻1、專利文獻2中公開了燃料改性器的具體構(gòu)造。
[0008]專利文獻I中公開了一種改性催化劑布置在燃料改性器的中心部分的燃料改性器。
[0009]詳細而言，縱向上的長度較長的燃燒氣體流路設(shè)置在燃料改性器的內(nèi)部，在該燃燒氣體流路的中心部設(shè)置有向下突出的反應(yīng)管。在反應(yīng)管的下側(cè)設(shè)置有產(chǎn)生火焰的燃燒器，反應(yīng)管的突出端部分與燃燒器相對。
[0010]燃燒氣體流路的周圍成為供空氣流動的空氣流路，改性催化劑僅布置在反應(yīng)管的內(nèi)部。反應(yīng)管具有雙重管結(jié)構(gòu)，改性催化劑僅布置在反應(yīng)管的外周部分，而在反應(yīng)管的突出端部分則未布置有改性催化劑。
[0011]專利文獻2中公開了一種改性催化劑布置在燃料改性器的周圍的燃料改性器。
[0012]詳細而言，收納了燃燒器的中空圓筒狀燃燒筒設(shè)置在燃料改性器的中心，在其周圍布置有圓筒狀改性催化劑層。
[0013]專利文獻1:日本專利第2528836號公報
[0014]專利文獻2:日本公開專利公報特開2004 - 299939號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]一發(fā)明所要解決的技術(shù)問題一
[0016]在燃料改性器中，為了使改性催化劑發(fā)揮作用，需要達到高溫。而且，為了高效地進行重整，需要在高溫下使含有水蒸氣的燃料氣體與改性催化劑充分地接觸。
[0017]相對于此，專利文獻1、專利文獻2中的燃料改性器均具有復(fù)雜的構(gòu)造，而且重整效率也談不上是高效的，因此有改良的空間。
[0018]例如，在專利文獻I中的燃料改性器中，由于改性催化劑僅布置在反應(yīng)管的周圍，因此改性催化劑的量比較少，從而不能與燃料氣體充分地接觸，而且燃燒器中的熱也難以傳遞到改性催化劑處。
[0019]關(guān)于上述方面，雖然與專利文獻I中的燃料改性器相比，專利文獻2中的燃料改性器中的改性催化劑的量比較多，因此能更高效地進行重整，然而燃燒器的熱只能間接地傳遞到改性催化劑處。
[0020]于是，本發(fā)明的主要目的在于:提供一種具有簡單的構(gòu)造且能夠高效地進行重整的燃料改性器。
[0021]一用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一
[0022]所公開的燃料改性器是一種借助催化作用并利用燃料氣體來生成改性氣體的燃料改性器。所述燃料改性器包括:主體部，其在內(nèi)部具有在第一端與第二端之間呈筒狀延伸的燃燒室；燃燒噴嘴，其布置在所述燃燒室的第一端側(cè)并且根據(jù)噴射燃燒氣體來產(chǎn)生火焰；排氣管，其布置在第二端側(cè)并且排出在該燃燒室中產(chǎn)生的排氣；氣體流通空隙，其以與所述燃燒室的內(nèi)部隔絕的狀態(tài)沿著該燃燒室的外殼設(shè)置；外側(cè)改性部，其是通過向所述氣體流通空隙填充改性催化劑而形成的；燃料氣體引入管，其位于所述外側(cè)改性部的上游側(cè)并且向所述氣體流通空隙引入燃料氣體；以及改性氣體引出管，其位于所述外側(cè)改性部的下游側(cè)并且從所述氣體流通空隙弓I出改性氣體。
[0023]而且，在所述燃燒室的內(nèi)部設(shè)置有柱狀突出部，在所述柱狀突出部與所述外側(cè)改性部之間具有空隙，所述柱狀突出部具有與該燃燒室相隔絕的內(nèi)部空間并且與所述燃料氣體引入管和所述氣體流通空隙相連通。
[0024]根據(jù)該燃料改性器，由燃燒噴嘴產(chǎn)生的火焰生長后一邊朝向第二端側(cè)延伸一邊集中在燃燒室的中心部。因此，燃燒熱難以傳遞至外側(cè)改性部中的位于從燃燒噴嘴到第二端側(cè)的部分，從而存在容易變成加熱效率不高的情況。
[0025]相對于此，通過設(shè)置柱狀突出部，從而高溫排氣流與柱狀突出部的突出端碰撞，并流入沿著外側(cè)改性部呈圓筒狀擴展的空隙中。因此，能夠向外側(cè)改性部高效地傳遞排氣流的燃燒熱。
[0026]具體而言，柱狀改性部是通過向所述柱狀突出部的內(nèi)部空間填充改性催化劑而形成的。所述燃料氣體引入管插入到所述柱狀突出部的內(nèi)部空間中，使燃料氣體流出的前端部以被改性催化劑覆蓋的狀態(tài)布置在所述柱狀突出部的突出部分。
[0027]在該情況下，燃料氣體在高溫排氣流所碰撞的柱狀突出部的突出端部分向柱狀改性部流出，因此剛引入燃料氣體后最容易重整。因此能夠高效地進行重整。
[0028]而且，在柱狀突出部的突出端部分，燃燒熱被改性催化劑高效地吸收，因此能夠抑制隔壁部被過度地加熱。因此還提高了耐熱性。
[0029]燃料氣體一邊通過柱狀改性部以及外側(cè)改性部雙方一邊發(fā)生重整，因此能夠高效地生成改性氣體。
[0030]進一步具體而言，所述柱狀突出部的突出端與所述燃燒噴嘴的前端之間設(shè)置有燃燒空間，并且所述柱狀突出部的突出端與所述燃燒噴嘴的前端相對。
[0031 ]因此，能夠使火焰充分地生長，從而能夠使燃燒氣體高效地燃燒。
[0032]并且，包括:限制部，其限制從所述燃燒噴嘴朝向所述柱狀突出部的突出端方向延伸的火焰；以及開口部，其用于從所述燃燒噴嘴向所述燃燒噴嘴的周圍噴射所述燃燒氣體。
[0033]這樣一來，火焰是朝向燃燒噴嘴的周圍產(chǎn)生的，因此能夠高效地加熱外側(cè)改性部。
[0034]優(yōu)選為:具有導(dǎo)熱性的傳熱部件以可通氣的狀態(tài)嵌入在所述外側(cè)改性部與所述柱狀突出部之間的空隙中。
[0035]這樣一來，在通過空隙的期間，排氣流的燃燒熱經(jīng)由傳熱部件傳遞至外側(cè)改性部和柱狀突出部的內(nèi)部的柱狀改性部，因此能夠更加高效地重整。
[0036]并且，還能夠?qū)⒄舭l(fā)器組裝在所公開的燃料改性器中。
[0037]具體而言，還包括水從前端部流出的引水管，通過將所述引水管的前端部插入在所述柱狀突出部的內(nèi)部空間中，來形成產(chǎn)生水蒸氣的蒸發(fā)部，所述燃料氣體引入管在第二端側(cè)與所述氣體流通空隙連接。
[0038]根據(jù)該燃料改性器，不需要另外設(shè)置蒸發(fā)器。從而能夠?qū)崿F(xiàn)更加簡化的構(gòu)造。
[0039]根據(jù)包括這些燃料改性器的燃料電池，能夠提高燃燒熱的利用效率。
[0040]一發(fā)明的效果一
[0041]根據(jù)本發(fā)明的燃料改性器，既具有簡單的構(gòu)造，又能夠?qū)⑷紵裏峋獾毓┙o大量改性催化劑，因此能夠高效地生成改性氣體。
【附圖說明】
[0042]圖1是表示一般燃料電池的構(gòu)造的簡要示意圖。
[0043]圖2是表示本實施方式的燃料電池的構(gòu)造的簡要示意圖。
[0044]圖3是表示本實施方式的燃料改性器的簡要立體圖。
[0045]圖4是本實施方式的燃料改性器的簡要剖視圖。
[0046]圖5是從圖4中的X — X線處觀看到的簡要剖視圖。
[0047]圖6是表示變形例的燃料電池的構(gòu)造的簡要示意圖。
[0048]圖7是變形例的燃料改性器的簡要剖視圖。
【具體實施方式】
[0049]下面，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。然而，下面的說明僅僅是本質(zhì)上優(yōu)選的示例而已，并沒有對本發(fā)明、本發(fā)明的應(yīng)用對象或本發(fā)明的用途加以限制的意圖。
[0050](燃料電池)
[0051]圖2示出本實施方式的燃料電池I的構(gòu)造。該燃料電池I是平板型固體氧化物燃料電池I。除了燃料改性器20之外的燃料電池I的基本構(gòu)造與上述的燃料電池101并沒有很大的差異。
[0052]S卩，該燃料電池I包括蒸發(fā)器2、空氣預(yù)熱器3、燃料改性器20、電池堆4等，該燃料電池I利用城市燃氣等燃料氣體、水以及空氣，并從電池堆4提取電動勢來發(fā)電。
[0053]蒸發(fā)器2