專利名稱：變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由催化劑引起的水煤氣移位反應(yīng)變換改性氣體用的變換裝置，該改性氣體是由部分氧化反應(yīng)改性碳水化合物類的原料氣體而生成的。
背景技術(shù)：
一般，通過改性碳水化合物和甲醇可以生成氫氣，由這樣地改性生成氫氣的燃料改性裝置可以使用于燃料電池和氫氣發(fā)動機(jī)等。
作為這樣的改性裝置，如過去例如特開平11-67256號公報(bào)所示的那樣，是組裝在燃料電池裝置中。該燃料改性裝置具有充填了對部分氧化反應(yīng)呈活性的催化劑的燃料改性器，將原料氣體導(dǎo)入該燃料改性器，由其部分氧化反應(yīng)產(chǎn)生具有氫氣的改性氣體。
另外，為了減少如上所述地生成的改性氣體中的CO(一氧化碳)而且提高氫氣收獲率，在變換裝置的移位反應(yīng)部中由變換催化劑使改性氣體進(jìn)行水煤氣移位反應(yīng)進(jìn)行變換。
即，在該水煤氣氣體移位反應(yīng)中，如下式所示地一氫氣化碳被水氧化而變化為二氧化碳和氫氣。
可是，這種變換裝置，其移位反應(yīng)部的耐熱性低，由于不能將來自改性反應(yīng)部的高溫度(例如700℃)的改性氣體在其高溫狀態(tài)下導(dǎo)入進(jìn)行反應(yīng)，因此，將移位反應(yīng)部分為高溫移位反應(yīng)部和低溫移位反應(yīng)部，將改性反應(yīng)部的改性氣體降溫到例如400℃后導(dǎo)入高溫移位反應(yīng)部，將從其高溫移位反應(yīng)部出來的改性氣體在降溫到例如200℃后導(dǎo)入低溫移位反應(yīng)部。
但是，在這種情況下，需要控制分別流入高溫及低溫移位反應(yīng)部中的入口溫度，因此，裝置的構(gòu)造變復(fù)雜。
另外，由于在上述那樣的反應(yīng)速度快的高溫條件下不能進(jìn)行反應(yīng)，因此可以變換改性氣體的溫度范圍不能避免地被限定。
另外，在高溫條件下的水性移位反應(yīng)中，為了確保催化劑的耐熱性，需要大量的催化劑，因此，有增大熱容量使負(fù)荷變動的響應(yīng)性和起動時的特性變差的問題。
本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而做成的，其目的是通過對上述變換裝置的構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)，使得在其移位反應(yīng)部中可以使來自改性反應(yīng)部的高溫改性氣體直接地進(jìn)行移位反應(yīng)，并且使變換裝置構(gòu)造簡單。
發(fā)明的公開為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明中，在變換裝置的移位反應(yīng)部中，使來自改性反應(yīng)部的改性氣體一邊與朝向改性反應(yīng)部的原料氣體或熱回收氣體進(jìn)行熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。
具體地說，在本發(fā)明中，變換裝置具有移位反應(yīng)部(10)，該移位反應(yīng)部由變換催化劑使富含氫氣的改性氣體進(jìn)行水煤氣移位反應(yīng)而進(jìn)行變換，該改性氣體是在改性反應(yīng)部(6)中由含有部分酸化的反應(yīng)從原料氣體生成的，其特征在于，上述移位反應(yīng)部(10)直接將來自上述改性反應(yīng)部(6)的改性氣體導(dǎo)入改性氣體通路(11)中，一邊與上述原料氣體進(jìn)行熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。
由此，來自改性反應(yīng)部(6)的高溫改性氣體直接導(dǎo)入移位反應(yīng)部(10)，其改性氣體在移位反應(yīng)部(10)一邊與供給于改性反應(yīng)部(6)中的原料氣體通路(3)內(nèi)的原料氣體進(jìn)行熱交換，一邊由水煤氣移位反應(yīng)進(jìn)行變換。因此，從改性反應(yīng)部(6)出來的改性氣體在高溫的狀態(tài)下被變換，將其改性氣體在從反應(yīng)速度高的高溫狀態(tài)到反應(yīng)速度低但反應(yīng)平衡性優(yōu)良的低溫狀態(tài)的寬的溫度范圍中進(jìn)行變換。
而且，不需要控制改性氣體的溫度，可以使變換裝置的構(gòu)造簡單。
另外，通過減少移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑的充填量，可以減少其熱容量，從而可以良好地維持負(fù)荷變動的響應(yīng)性和起動時的特性。
上述移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑可以使用具有耐熱性的貴金屬類的催化劑、或移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑將Pt或Pt、Ru的合金作為活性金屬來使用。這樣，可以得到在上述高溫中進(jìn)行移位反應(yīng)所希望的變換催化劑。即，如果使用具有耐熱性的貴金屬類的催化劑時，催化劑的耐用性高，可以在寬的溫度區(qū)域中維持高的活性。另外，在做成為將Pt或Pt、Ru的合金作為活性金屬來使用時，在高溫下活性變高，難以產(chǎn)生甲烷化過程。
上述移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑可以使用涂敷或擔(dān)持在多孔質(zhì)材料上的催化劑。該多孔質(zhì)材料由于表面積大，因此，在移位反應(yīng)部(10)中可以使變換催化劑和改性氣體的接觸面積大，從而使反應(yīng)速度快，同時，還可以使熱的輻射效率增大。
上述多孔質(zhì)材料，可以采用發(fā)泡金屬、堇青石或陶瓷等任何一種。因此，得到特別是可確保增大與改性氣體的接觸面積所希望的多孔質(zhì)材料。
也可以在上述移位反應(yīng)部(10)的周圍可以設(shè)置對改性反應(yīng)部(6)供給原料氣體的原料氣體通路(3)，由此，移位反應(yīng)部(10)周圍的原料氣體通路(3)的原料氣體由移位反應(yīng)部(10)中的反應(yīng)熱加熱，為了原料氣體的預(yù)熱回收移位反應(yīng)部(10)中的反應(yīng)熱，由此，可以由該自己的熱回收提高變換裝置的熱效率。
這時，在殼體(1)內(nèi)一體地設(shè)有移位反應(yīng)部(10)和原料氣體通路(3)。由此，可以實(shí)現(xiàn)變換裝置構(gòu)造簡單化，降低成本。
可以設(shè)置由輻射使移位反應(yīng)部(10)中的反應(yīng)熱和顯熱與原料氣體通路(3)的原料氣體熱交換的熱交換器(15)。這樣，可以增大移位反應(yīng)部(10)與原料氣體之間的熱交換速度，從而提高傳熱效率。
上述移位反應(yīng)部(10)的改性氣體通路(11)可以做成為改性氣體從移位反應(yīng)部(10)中心側(cè)向外周側(cè)流動的形式。這樣，可以使移位反應(yīng)部(10)的入口部到出口部的溫度不同，從而形成溫度分布。
這時，可以將與移位反應(yīng)部(10)中的改性氣體的流動方向下游側(cè)部分與原料氣體通路(3)的距離做得比上游側(cè)部分與原料氣體通路(3)的距離大，根據(jù)該構(gòu)造，可以使由移位反應(yīng)部(10)的輻射所進(jìn)行的向原料氣體通路(3)的熱交換量在移位反應(yīng)部(10)中的改性氣體的流動方向上下游側(cè)部分相互不同地進(jìn)行變化，可以將移位反應(yīng)部(10)的出口部分的溫度保持為基本一定。
上述熱交換器(15)可以做成具有面對原料氣體通路(3)的傳熱翅片(16)的構(gòu)造。這樣，可以進(jìn)一步提高傳熱效率。
可以將上述傳熱翅片(16)沿原料氣體通路(3)設(shè)置多個，將這些多個的傳熱翅片(16)的移位反應(yīng)部(10)中的改性氣體的流動方向上游側(cè)的間距比下游側(cè)的窄，由此，可以順利地進(jìn)行移位反應(yīng)部(10)與原料氣體之間的熱交換。
也可以設(shè)有具有面臨上述改性氣體通路(11)的改性氣體側(cè)傳熱翅片(21)和面臨原料氣體通路(3)的原料氣體側(cè)傳熱翅片(22)的、將移位反應(yīng)部(10)的反應(yīng)熱和顯熱與原料氣體通路(3)的原料氣體進(jìn)行熱交換的熱交換器(23)。而且，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑至少涂敷或擔(dān)持在上述改性氣體側(cè)傳熱翅片(21)上。這樣移位反應(yīng)部(10)的改性氣體通路(11)的改性氣體與面臨改性氣體通路(11)的改性氣體側(cè)傳熱翅片(21)的變換催化劑接觸進(jìn)行移位反應(yīng)。該反應(yīng)熱從感性氣體側(cè)傳熱翅片(21)通過原料氣體側(cè)傳熱翅片(22)傳遞到原料氣體通路(3)的原料氣體。在這時也可以提高從移位反應(yīng)部(10)向原料氣體的傳熱效率。
將上述改性反應(yīng)部(6)、原料氣體通路(3)和移位反應(yīng)部(10)一體地設(shè)在殼體(1)內(nèi)。由此，可以進(jìn)一步使變換裝置的構(gòu)造簡單，從而實(shí)現(xiàn)降低成本。
另外，具有由變換催化劑使在改性反應(yīng)部(6)中由含有部分氧化的反應(yīng)從原料氣體生成的富含氫氣的改性氣體進(jìn)行水煤氣移位反應(yīng)進(jìn)行變換的移位反應(yīng)部(10)的變換裝置，也可以構(gòu)成為，上述移位反應(yīng)部(10)一邊使來自改性反應(yīng)部(6)的改性氣體與熱回收氣體進(jìn)行熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。
由此，來自改性反應(yīng)部(6)的高溫改性氣體在移位反應(yīng)部(10)中一邊與熱回收氣體進(jìn)行熱交換一邊由水煤氣移位反應(yīng)進(jìn)行變換。由此，從改性反應(yīng)部(6)出來的改性氣體在高溫的狀態(tài)下進(jìn)行變換，將其改性氣體在從反應(yīng)速度高的溫度狀態(tài)到反應(yīng)速度低但反應(yīng)平衡性良好的低溫狀態(tài)的寬的溫度范圍中進(jìn)行變換。
即通過來自改性反應(yīng)部(6)的高溫改性氣體和熱回收氣體的熱交換，在移位反應(yīng)部(10)中，在改性氣體的入口側(cè)溫度變高反應(yīng)速度增大，另外，在出口側(cè)溫度降低反應(yīng)速度變低，可以熱平衡地降低CO濃度。
而且，不需要控制改性氣體的溫度，可以使變換裝置的構(gòu)造簡單。
另外，通過在移位反應(yīng)部(10)中的熱交換，可以將其高溫的排熱作為熱回收氣體進(jìn)行回收。
另外，通過降低移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑的充填量，可以減少其熱容量，可以良好地維持負(fù)荷變動的響應(yīng)性和起動(10)的特性。
在這種情況下，與上述相同，移位反應(yīng)部(10)的變換傳感器催化劑是具有耐熱性的貴金屬類的催化劑。由于具有耐熱性的貴金屬類的催化劑的耐久性高，因此，可以在寬的溫度區(qū)域中維持高活性。
另外，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是將Pt或Pt、Ru的合金作為活性金屬使用的催化劑。在使用將該將Pt或Pt、Ru的合金作為活性金屬使用的催化劑時，在高溫中活性變高，難以產(chǎn)生甲烷化過程。
上述移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是涂敷或擔(dān)持在多孔質(zhì)材料上的催化劑。該多孔質(zhì)材料由于表面積大，因此，在移位反應(yīng)部(10)中可以使變換催化劑和改性氣體的接觸面積大，從而使反應(yīng)速度快，同時，還可以使熱的輻射效率增大。
上述多孔質(zhì)材料，可以采用發(fā)泡金屬、堇青石或陶瓷等任何一種。因此，容易得到特別是可確保增大與改性氣體的接觸面積所希望的多孔質(zhì)材料。
上述移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是由涂敷或擔(dān)持在金屬構(gòu)成的催化劑載體上的催化劑。因此，可以得到通過將與改性氣體通路(11)面臨的催化劑與熱回收氣體熱交換進(jìn)行冷卻的所希望的催化劑載體。
也可以在催化劑載體的周圍設(shè)置上述熱回收氣體流動的熱回收氣體通路(37)，這樣，由于催化劑載體由熱回收氣體通路(37)圍著，因此，可以提高熱效率。
上述熱回收氣體可以是空氣。通過將該空氣作為熱回收氣體，可以在高溫?zé)峄厥罩屑词乖诓糠州d荷時也可以進(jìn)行穩(wěn)定的熱交換，可以容易獲得容易利用的熱回收氣體。
另外，上述熱回收氣體也可以是燃料電池(31)中的氧極(34)側(cè)(空氣極側(cè))的排氣(廢氣)。若這樣地將燃料電池(31)的排氣作為回收氣體，不需要重新準(zhǔn)備如上所述的空氣作為熱回收氣體，可以直接利用燃料電池(31)的以有的排氣。另外，也不需要將空氣作為回收氣體時使其流動的鼓風(fēng)機(jī)和其動力。
附圖的簡單說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的變換裝置的剖面圖。
圖2是圖1的II-II線剖面圖。
圖3是表示實(shí)施例2的相當(dāng)于圖1的圖。
圖4是圖3的IV-IV線剖面圖。
圖5是表示實(shí)施例3的相當(dāng)于圖4的圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的變換裝置的剖面圖。
圖7是圖6的VII-VII線的剖面圖。
圖8是表示實(shí)施例4的燃料電池裝置的電路圖。
圖9是表示實(shí)施例5的相當(dāng)于圖6的圖。
圖10是圖9的X-X線剖面圖。
圖11是表示實(shí)施例6的相當(dāng)于圖10的圖。
為了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式將用于實(shí)施本發(fā)明的最佳形式作為實(shí)施例進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)圖1和圖2表示本發(fā)明的實(shí)施例1的變換裝置A，該變換裝置在燃料電池裝置(參照圖8)中是用于使從含有城市氣體和加濕空氣的原料氣體改性的改性氣體進(jìn)行水煤氣移位反應(yīng)進(jìn)行變換。
在圖1和圖2中，1是變換裝置A的有底圓筒狀的殼體1，在該殼體1的內(nèi)部配設(shè)著圓筒狀的隔壁2，該隔壁2將殼體1內(nèi)劃分為內(nèi)側(cè)空間和外側(cè)空間，該隔壁2與殼體1形成為一體。在隔壁2中，殼體1底部側(cè)(圖1中上側(cè))的端部被局部地切掉、使上述內(nèi)側(cè)和外側(cè)空間相互連通，該連通部和外側(cè)空間本身構(gòu)成為原料氣體通路3。在該原料氣體通路3中，外側(cè)空間的殼體1開口側(cè)(圖1中下側(cè))的端部構(gòu)成為原料氣體入口4。該原料氣體入口4與圖外的原料氣體管連接，從該原料氣體管供給的原料氣體(含有城市和加濕空氣)經(jīng)過原料氣體入口4供給到殼體1和隔壁2之間的原料氣體通路3。
在上述隔壁2內(nèi)的內(nèi)側(cè)空間中，在殼體1的底部側(cè)設(shè)有改性反應(yīng)部6，該改性反應(yīng)部6用于改性上述原料氣體由含有部分氧化的反應(yīng)從原料氣體生成富含氫氣的改性氣體，該改性反應(yīng)部6的殼體1的底部側(cè)的入口6a與對應(yīng)于上述殼體1底部的原料氣體通路3連通。
上述改性反應(yīng)部6未詳細(xì)圖示，它由具有充填在隔壁2內(nèi)的蜂窩構(gòu)造的陶瓷或鋁等的圓柱狀柱體構(gòu)成，在該柱體中，沿殼體1的軸向(圖1中的上下方向)貫通的許多貫通孔是氣體通路。在柱體中載持著Pt、Rh、Ru等的貴金屬類催化劑，在通過該柱體的氣體通路期間，原料氣體由催化劑產(chǎn)生部分氧化反應(yīng)而改性為富含氫氣的改性氣體。
另外，在上述隔壁2的內(nèi)側(cè)空間中，在改性反應(yīng)部6的周圍以氣密充填的狀態(tài)下配置著耐火性的隔熱材料7，由該隔熱材料7控制改性反應(yīng)部6和原料氣體通路3之間的熱移動量。
另外，在隔壁2內(nèi)的內(nèi)側(cè)空間中，在殼體1開口側(cè)(圖1中的下側(cè))的空間內(nèi)為了降低改性氣體中的CO濃度且提高氫氣的回收量，設(shè)有移位反應(yīng)部10，該移位反應(yīng)部10由變換催化劑使改性氣體水煤氣移位反應(yīng)而變換改性氣體。即，在上述移位反應(yīng)部10的周圍配設(shè)對改性反應(yīng)部6供給原料氣體的原料氣體通路3，該移位反應(yīng)部10和原料氣體通路3與上述改性反應(yīng)部6一起一體地設(shè)在殼體1內(nèi)。
上述移位反應(yīng)部10的構(gòu)成為，將來自上述改性反應(yīng)部6的出口部6b的改性氣體直接導(dǎo)入改性氣體通路11，一邊與上述原料氣體熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。具體地講移位反應(yīng)部10，具有由發(fā)泡金屬、堇青石、陶瓷構(gòu)成的多孔質(zhì)材料構(gòu)成的催化劑載體12，在該催化劑載體12上涂敷或載持用于進(jìn)行移位反應(yīng)的變換催化劑。上述變換催化劑是具有耐熱性的貴金屬類催化劑，具體地講是將Pt或Pt、Ru的合金作為活性金屬使用的催化劑。
上述催化劑載體12是從殼體1底部側(cè)朝向開口側(cè)外徑逐漸變小的圓錐臺形狀，在其中心部開設(shè)中心孔13，該中心孔13貫通殼體1的軸線方向構(gòu)成改性氣體通路11的一部分。該中心孔13的與改性反應(yīng)部6相反側(cè)的下游側(cè)的端部封閉著，從改性反應(yīng)部6的出口部6b導(dǎo)入移位反應(yīng)部10的改性氣體的大半部分流入催化劑載體12的中心孔13，從其中心孔13朝向半徑方向外側(cè)地通過催化劑載體12流到催化劑載體12的外周面和隔壁2之間的空間中，另外，剩余的改性氣體從催化劑載體12的上游側(cè)端面直接進(jìn)入催化劑載體12內(nèi)，同樣地朝向半徑方向外側(cè)流路催化劑載體12外周面的空間，沿這些改性氣體的流動構(gòu)成上述改性氣體通路17。
而且，由于上述那樣的催化劑載體12的圓錐臺形狀，在移位反應(yīng)部10的催化劑載體12外周面上，改性氣體的流動方向下游側(cè)部分(圖1中的下側(cè)部分)與原料氣體通路3的距離比改性氣體的流動方向上游側(cè)部分(圖1中的上側(cè)部分)與原料氣體通路3的距離設(shè)定得大。
另外，上述催化劑載體12的外周面與隔壁2的周圍的原料氣體通路3相對地配置著，由此，設(shè)有由輻射使移位反應(yīng)部10的反應(yīng)熱和顯熱與原料氣體通路3的原料氣體進(jìn)行熱交換的熱交換器15(在圖中用空心箭頭表示熱交換時的熱的移動)。該熱交換器15在隔壁2的外周面處在與移位反應(yīng)部10對應(yīng)的反應(yīng)部上具有與上述原料氣體通路3面臨地突出設(shè)置的多個傳熱翅片16、16、…，這些傳熱翅片16、16、…沿原料氣體通路3并列著，其間距在移位反應(yīng)部10中的改性氣體的流動方向上游側(cè)(圖1中的上側(cè))比下游側(cè)窄。
上述移位反應(yīng)部10中的殼體1開口側(cè)的端部作為改性氣體出口18，該改性氣體出口18與圖外的燃料電池(參照圖8)連接。另外，在圖1和圖2中，19是用于隔熱的覆蓋殼體1周圍的隔熱材料。
因此，在該實(shí)施例中，在變化裝置A的平常運(yùn)轉(zhuǎn)時，從原料氣體管供給的原料氣體(含有城市氣體和加濕空氣)經(jīng)過原料氣體入口4被導(dǎo)入殼體1內(nèi)，供給到其殼體1和隔壁2之間的原料氣體通路3。該原料氣體通路3的由熱交換器15以輻射接受移位反應(yīng)部10的反應(yīng)熱和顯熱而被預(yù)熱到規(guī)定溫度。這樣，由與改性氣體的熱交換被預(yù)熱的原料氣體通過原料氣體通路3流到殼體1底部側(cè)，在其期間改性反應(yīng)部6的反應(yīng)熱經(jīng)過隔熱材料7和隔壁2傳遞到原料氣體中，由該傳熱再加熱原料氣體。
通過了上述原料氣體通路3的原料氣體從殼體1底部側(cè)的入口部6a流入改性反應(yīng)部6內(nèi)，在其蜂窩構(gòu)造的柱體中的氣體通路中與催化劑反應(yīng)，由于含其有部分氧化的反應(yīng)改性為富含氫氣的改性氣體。另外，上述改性反應(yīng)部6中的反應(yīng)熱通過隔熱材料7和隔壁傳遞到后續(xù)的流動在原料氣體通路3中的原料氣體。
在上述改性反應(yīng)部6中從原料氣體生成的高溫改性氣體從改性反應(yīng)部6的出口部6b被導(dǎo)入殼體1的開口側(cè)的隔壁2內(nèi)的移位反應(yīng)部10中，通過其催化劑載體12，在通過其載體12期間，由催化劑載體12上的變換催化劑進(jìn)行水煤氣移位反應(yīng)，降低CO并變換為氫氣收獲率高的改性氣體。而且從該移位反應(yīng)部10出來的改性氣體經(jīng)過改性氣體18送出，然后，供給到燃料電池。
那時，由于為了由輻射將上述移位反應(yīng)部10的反應(yīng)熱和顯熱與原料氣體通路3的原料氣體進(jìn)行熱交換而設(shè)有熱交換器15，因此，在移位反應(yīng)部10中，改性氣體一邊與原料氣體通路3內(nèi)的原料氣體進(jìn)行熱交換而降溫一邊被變換。因此，從改性反應(yīng)部6的出口6b出來的高溫改性氣體在其高溫度的狀態(tài)下直接被導(dǎo)入移位反應(yīng)部10被變換。因此，可以將改性氣體在從反應(yīng)速度快的高溫狀態(tài)到反應(yīng)速度慢但反應(yīng)平衡性好的低溫狀態(tài)的寬溫度范圍內(nèi)變換改性氣體。
另外，由于這樣地將來自改性反應(yīng)部6的改性氣體直接導(dǎo)入移位反應(yīng)部10進(jìn)行變換，因此，不需要來自改性反應(yīng)部6的改性氣體的溫度控制，可以使變換裝置A的構(gòu)造簡單化，通過減少其熱能量可以良好地維持負(fù)荷變動的響應(yīng)性和起動時的特性。
另外，上述移位反應(yīng)部10的變換催化劑由于將Pt或Pt、Ru合金作為活性金屬使用而具有耐熱性，因此，可以良好地進(jìn)行上述高溫度下的移位反應(yīng)。而且，上述變換催化劑涂敷或載持在由發(fā)泡金屬、堇青石或陶瓷的任何一種材料構(gòu)成的表面積大的多孔質(zhì)材料上，因此，在移位反應(yīng)部10中增大了變換催化劑和改性氣體的接觸面積，提高了反應(yīng)速度，并可以增大熱輻射效率。
另外，從上述改性反應(yīng)部6的出口部6b導(dǎo)入移位反應(yīng)部10的改性氣體從催化劑載體12的中心側(cè)朝向外周側(cè)流動。即，其改性氣體的大半部分從催化劑載體12的中心孔13朝向半徑方向外側(cè)通過催化劑載體12流入催化劑載體12外周面與隔壁2之間的空間，剩余的改性氣體從催化劑載體12的上游側(cè)端面直接進(jìn)入催化劑載體12內(nèi)，同樣地朝向半徑方向外側(cè)流入催化劑載體12的外周面的空間。由此，使從移位反應(yīng)部10的入口部到出口部的溫度不同，可以形成溫度分布。
另外，上述移位反應(yīng)部10中的催化劑12形成為圓錐臺形狀，其外周面的改性氣體的流動方向下游側(cè)部分與原料氣體通路3的距離比該上游側(cè)部分與原料氣體通路3的距離大，因此，由上述移位反應(yīng)部10的輻射向原料氣體通路3的熱交換量在移位反應(yīng)部10中的改性氣體的流動方向上下游側(cè)部分相互不同地進(jìn)行變化，可以將移位反應(yīng)部10的出口部的溫度保持為大致一定。
另外，如上所述，移位反應(yīng)部10周圍的原料氣體通路3的原料氣體由熱交換器15傳遞移位反應(yīng)中10的反應(yīng)熱而被加熱，因此，可以為了原料氣體的預(yù)熱來回收移位反應(yīng)部10的反應(yīng)熱，由該自己的熱回收可以提高變換裝置A的熱效率。而且，上述熱交換器15具有面臨原料氣體通路3的傳熱翅片16、16、…，因此，可以增大移位反應(yīng)部10和原料氣體之間的熱交換速度，從而可以提高傳熱效率。
另外，上述熱交換器15的傳熱翅片16、16、…沿原料氣體通路3設(shè)置多個，該多個傳熱翅片16、16、…的間距在改性氣體流動方向上下游側(cè)不同，其上游側(cè)的間距比下游側(cè)窄，因此，可以順利地進(jìn)行移位反應(yīng)部10和原料氣體通路3的原料氣體之間的熱交換。
由于在殼體1內(nèi)一體地設(shè)置上述改性反應(yīng)部6、原料氣體通路3及移位反應(yīng)部10，因此，變換裝置A的構(gòu)造簡單，可以實(shí)現(xiàn)降低成本。
(實(shí)施例2)圖3和圖4表示本發(fā)明的實(shí)施例2(在以下的實(shí)施例中對與圖1和圖2相同的部分賦予相同的符號，省略其詳細(xì)說明)，是改變了移位反應(yīng)部10的構(gòu)造的變換裝置。
即，在該實(shí)施例中，變換裝置A的殼體1是有底角筒狀，在其殼體1內(nèi)部配設(shè)著一對相對的隔壁2、2，該一對相對的隔壁2、2將殼體1內(nèi)劃分為一個內(nèi)側(cè)空間和二個外側(cè)空間，該兩隔壁2、2與殼體1形成為一體(參照圖4)。在上述各隔壁中，殼體1底部側(cè)(圖3中的上側(cè))的端部有缺口而連通上述內(nèi)側(cè)和外側(cè)空間。該內(nèi)側(cè)和外側(cè)空間之間的連通部和兩外側(cè)空間本身構(gòu)成為原料氣體通路3。
另外，在移位反應(yīng)部10上未設(shè)置上述實(shí)施例1那樣的催化劑載體12。代替其，在與移位反應(yīng)部10對應(yīng)的部分的兩側(cè)壁2、2的內(nèi)面間一體地跨架著多個改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…，該改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…沿殼體1的中心線方向延伸并面對兩隔壁2、2間的改性氣體通路11(內(nèi)部空間)。
另外，在上述各隔壁2的外面上突出設(shè)置著多個原料氣體側(cè)傳熱翅片22、22、…，該原料氣體側(cè)傳熱翅片22、22、…沿殼體1的軸線延伸并與原料氣體通路3面臨，由該改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…和原料氣體側(cè)傳熱翅片22、22、…構(gòu)成在改性氣體通路11內(nèi)的改性氣體和原料氣體通路3內(nèi)的原料氣體之間進(jìn)行熱交換的熱交換器23。
而且，面臨上述改性氣體通路11的各改性氣體側(cè)傳熱翅片21、各隔壁2及殼體1由金屬質(zhì)，構(gòu)成催化劑載體，在該各改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面、各隔壁2的內(nèi)面及殼體1的內(nèi)面上涂敷或載持構(gòu)成移位反應(yīng)部10的變換催化劑(該變換催化劑的位置在圖4中用粗實(shí)線表示)。其它的構(gòu)造與上述實(shí)施例1相同。另外，上述變換催化劑也可以涂敷或載持在至少各改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…的表面上。
因此，在該實(shí)施例的情況下，當(dāng)從改性反應(yīng)部6的出口部6b出來的高溫改性氣體供給到移位反應(yīng)部10的改性氣體10的反應(yīng)部11時，其改性氣體在流動在改性氣體通路11中的期間，與面臨改性氣體通路11的各改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面、各隔壁2的內(nèi)面及殼體1的內(nèi)面的變換催化劑接觸進(jìn)行移位反應(yīng)。而且，其反應(yīng)熱從改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…通過原料氣體側(cè)傳熱翅片22、22、…傳遞到原料氣體通路3的原料氣體。因此，在這種情況下也可以獲得與上述實(shí)施例1相同的作用效果。另外，可以提高從移位反應(yīng)部10向原料氣體的傳熱效率。
(實(shí)施例3)圖5表示實(shí)施例3，是在上述實(shí)施例2構(gòu)成中變更了殼體1和隔壁2等形狀。即，在該實(shí)施例中，與上述實(shí)施例1相同地殼體1和殼體2構(gòu)成為相互同心地配置的圓筒狀。
而且，熱交換23的原料氣體側(cè)傳熱翅片22、22、…突設(shè)于隔壁2外周面上，改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…將改性氣體通路11劃分為多個部分的突設(shè)在隔壁2的內(nèi)面上，該改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面直隔壁2的內(nèi)面載持或涂敷著變換催化劑。因此，在該實(shí)施例中也可以獲得與上述實(shí)施例2相同的作用效果。
另外，在上述實(shí)施例1～3中，在殼體1內(nèi)一體地設(shè)置原料氣體通路3、改性反應(yīng)部6及移位反應(yīng)部10，但是，也可以改性反應(yīng)部6作為獨(dú)立體，只有原料氣體通路3和移位反應(yīng)部10一體地設(shè)在殼體內(nèi)。
(實(shí)施例4)圖6～圖8表示本發(fā)明的實(shí)施例4，在上述各實(shí)施例中，在移位反應(yīng)部10中將改性氣體一邊與原料氣體熱交換一邊使其移位反應(yīng)，而本實(shí)施例4是使改性氣體一邊與熱回收氣體熱交換一邊使其進(jìn)行移位反應(yīng)。
即，圖8表示實(shí)施例4的燃料電池系統(tǒng)，31是公知的固體高分子形燃料電池，該燃料電池31具有作為陽極的氫極33(燃料極)和作為陰極的氧極34(空氣極)，該氫極33和氧極34是夾著由固體高分子構(gòu)成的電解質(zhì)的電池本體32地被配置的催化劑電極，向上述氫極33供給含有氫氣的改性氣體，另外，向氧極34供給含有氧氣的空氣而使其進(jìn)行電極反應(yīng)，在兩電極33、34之間產(chǎn)生電動勢。
上述燃料電池31的氫極33通過氫極氣體通路36與排氣用燃燒器38連接，氧極34通過作為氧極排氣通路的回收氣體通路與排氣用燃燒器38連接，將從燃料電池31的氫極33排出的氫極側(cè)排氣和從氧極34排出的氧極側(cè)分別送到排氣用燃燒器38使其燃燒。
K是改性裝置，該改性裝置改性含有上述城市氣體和加濕空氣的原料氣體生成富含氫氣的改性氣體而供給上述燃料電池31的氫極33，該改性裝置K除了變換裝置A中的上述改性反應(yīng)部6和移位反應(yīng)部10之外還具有高溫側(cè)及低溫側(cè)的CO選擇氧化反應(yīng)部40、41。上述改性反應(yīng)部6和移位反應(yīng)部10與上述各實(shí)施例1～3不同，獨(dú)立地被設(shè)置著。
在上述改性反應(yīng)部6和移位反應(yīng)部10之間的改性通路11上設(shè)有原料氣體預(yù)熱器52，由該原料氣體預(yù)熱器52回收為了在移位反應(yīng)部10變換CO而冷卻在改性反應(yīng)部6中生成的改性氣體并回收其排熱的同時，由其回收的排熱預(yù)熱供給到改性反應(yīng)部6的原料氣體通路3內(nèi)的原料氣體。
另外，在上述移位反應(yīng)部10上分別通過改性氣體通路11連接著上述CO選擇氧化反應(yīng)部40、41。該CO選擇氧化反應(yīng)部40、41在氫氣環(huán)境下由選擇部分氧化催化劑使在移位反應(yīng)部10中被變換的改性氣體反應(yīng)，除去改性氣體中的CO，進(jìn)一步降低其CO濃度。而且，低溫側(cè)CO選擇氧化反應(yīng)部41通過改性氣體通路與上述燃料電池31的氫極33連接著。
在燃料電池系統(tǒng)中附設(shè)著冷卻水供給系統(tǒng)，該冷卻水供給系統(tǒng)具有儲存溫水的儲熱水罐43。在該儲存熱水罐的供給部上連接著冷卻水通路44的上游端，該冷卻水通路44的下游端與相同的儲存熱水罐43的回收部連接。另外，在冷卻水通路44的上游端配著循環(huán)泵45。由該循環(huán)泵45使水在儲存熱水罐43和冷卻水通路44之間循環(huán)。
上述循環(huán)泵45下游側(cè)的冷卻水通路44上分別從上游側(cè)順序地串聯(lián)地連接著電池冷卻部46和燃燒器熱回收部47，該電池冷卻部46由用從循環(huán)泵45排出的水冷卻燃料電池31回收其排熱的熱交換器構(gòu)成，該燃燒器熱回收部47由冷卻從上述排氣用燃燒器38排出的燃燒氣體并回收其排熱的熱交換器構(gòu)成。
49是排出氣體的鼓風(fēng)機(jī)，在該鼓風(fēng)機(jī)49上連接著空氣供給通路50的上游端，該空氣供給通路50的下游端與燃料電池31的氧極34連接，將從鼓風(fēng)機(jī)49來的空氣(氧氣)通過空氣供給通路50供給到燃料電池31的氧極34。在上述燃料電池31的氧極34和排氣用燃燒器38之間的熱回收氣體通路37的途中并列分支地連接著熱交換器51、熱交換器52和熱交換器53，該熱交換器51冷卻從低溫側(cè)的CO選擇氧化反應(yīng)部41到燃料電池31的改性氣體并回收其排熱，該熱交換器52冷卻從高溫側(cè)的CO選擇氧化反應(yīng)部40到低溫側(cè)的CO選擇氧化反應(yīng)部41的改性氣體并回收其排熱，該熱交換器53冷卻在移位反應(yīng)部10中生成的改性氣體并回收其排熱。
另外，在上述三個熱交換器51～53下游側(cè)的熱回收氣體通路37上串聯(lián)地連接著熱交換器26，該熱交換器26設(shè)在移位反應(yīng)部10中并在移位反應(yīng)部10中冷卻來自改性反應(yīng)部6的改性氣體并回收其排熱，由此，移位反應(yīng)部10一邊使來自改性反應(yīng)部6的改性氣體在上述熱交換器26中與熱回收氣體的熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。
如圖6和圖7放大地表示的那樣，變換裝置A中的移位反應(yīng)部10的殼體1是角筒狀，其殼體1的內(nèi)部由一對相對置的隔壁2、2劃分為一個內(nèi)側(cè)空間和二個外側(cè)空間，內(nèi)側(cè)空間構(gòu)成為改性氣體通路11，兩外側(cè)空間構(gòu)成為熱回收氣體通路37。因此，上述熱回收通路37局部地設(shè)在改性氣體通路11內(nèi)的后述的催化劑載體12的周圍。
在用上述殼體1的內(nèi)面和兩隔壁2、2的內(nèi)面包圍的內(nèi)部空間(改性氣體通路11)中配置著由堇青石或陶瓷構(gòu)成的多孔質(zhì)材料構(gòu)成的催化劑載體12，該催化劑載體12與改性氣體通路11面臨，在該催化劑載體12上涂敷或載持用于進(jìn)行移位反應(yīng)的具有耐熱性的貴金屬類變換催化劑。上述變換催化劑具體地講是作為活性氣體使用的是Pt或Pt、Ru的合金的催化劑。
另外，在上述各隔壁2的外面上突出設(shè)置著面臨熱回收氣體通路37并沿其內(nèi)部的熱回收氣體的流動方向延伸的多個傳熱翅片16、16、…，由該傳熱翅片16、16、…及隔壁2、2構(gòu)成上述熱交換器26，該熱交換器26在改性氣體通路11內(nèi)的改性氣體和熱回收氣體37內(nèi)的熱回收氣體(燃料電池31的氧極34側(cè)的排氣)之間進(jìn)行熱交換。
因此，在本實(shí)施例中，當(dāng)從改性反應(yīng)部6出來的高溫改性氣體供給到移位反應(yīng)部10的改性氣體通路11時，其改性氣體在流動在改性氣體通路11中期間與涂敷或載持在催化劑載體12上的變換催化劑接觸而進(jìn)行移位反應(yīng)。而且，其反應(yīng)熱通過熱交換器26的傳熱翅片16、16、…及隔壁2、2傳遞到熱回收氣體通路37內(nèi)的熱回收氣體(燃料電池31的氧極34側(cè)的排氣)。
這樣，來自改性反應(yīng)部6的高溫改性氣體在移位反應(yīng)部10中一邊與由燃料電池31的氧極34側(cè)的排氣構(gòu)成的熱回收氣體進(jìn)行熱交換一邊由水煤氣移位反應(yīng)被變換，因此，來自改性反應(yīng)部6的改性氣體在高溫狀態(tài)下被變換，可以將其改性氣體在從反應(yīng)速度快的高溫狀態(tài)到反應(yīng)速度慢但對反應(yīng)平衡有利的低溫狀態(tài)的寬的溫度范圍中進(jìn)行變換。即，通過來自改性反應(yīng)部6的高溫改性氣體和熱回收氣體的熱交換，在移位反應(yīng)部10側(cè)，在改性氣體入口側(cè)溫度變高，反應(yīng)速度變大，在出口側(cè)溫度降低，反應(yīng)速度降低，可以熱平衡地降低CO濃度。
并且，不需要控制改性氣體的溫度，可以使變換裝置A的構(gòu)造簡單。
另外，可以降低移位反應(yīng)部10的變換催化劑的充填量，使其熱容量減少，從而良好地維持負(fù)荷變動的響應(yīng)性和起動時的特性。
另外，與上述實(shí)施例同樣地，由于移位反應(yīng)部10的變換催化劑是具有耐熱性的貴金屬類催化劑，因此，可以在寬的溫度范圍區(qū)域維持高的活性。
另外，移位反應(yīng)部10的變換催化劑是活性金屬使用Pt或Pt、Ru的合金，因此，在高溫下活性變高，難以產(chǎn)生甲烷化過程。
再者，上述移位反應(yīng)部10的變換催化劑涂敷或載持在由多孔質(zhì)材料構(gòu)成的催化劑載體12上，因此，在移位反應(yīng)部10時變換催化劑和改性氣體的接觸面積增大從而加快了反應(yīng)速度，同時，增大了熱的輻射效率。
另外，上述多孔質(zhì)材料是發(fā)泡金屬、堇青石或陶瓷的任何一種材料，可以容易獲得特別是可以確保與改性氣體的接觸面積增大的多孔質(zhì)材料。
另外，由于上述熱回收氣體通路37部分地設(shè)置在催化劑載體12的周圍，由熱回收氣體通路37圍著催化劑載體12，可以提高熱效率。另外，該熱回收氣體通路37也可以圍著改性氣體通路11的催化劑載體12的整個周圍地進(jìn)行設(shè)置。
另外，上述熱回收氣體由于是燃料電池31中的氧極34側(cè)的排氣，不需要向?qū)⒖諝庾鳛闊峄厥諝怏w使用的那樣地，要重新準(zhǔn)備空氣，可以直接利用燃料電池31的已有的排氣，同時也不需要用于將空氣作為熱回收氣體而使其流動的鼓風(fēng)機(jī)及其動力。
也可以如上所述地將空氣用作熱回收氣體，這時通過將空氣作為熱回收氣體，在高溫?zé)峄厥罩屑词乖诓糠重?fù)荷時也可以進(jìn)行穩(wěn)定的熱交換，有容易獲得容易利用的熱回收氣體的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施例5)圖9和圖10表示實(shí)施例5，是改變了上述實(shí)施例4中的移位反應(yīng)部10的構(gòu)造的實(shí)施例。
即，在該實(shí)施例中，與上述實(shí)施例2相同地在變換裝置A的移位反應(yīng)部10中的殼體1內(nèi)的兩隔壁2、2內(nèi)面間一體地跨架著多個改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…，該多個改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…面臨兩隔壁2、2間的改性氣體通路11(內(nèi)部空間)并且沿其內(nèi)部的改性氣體的流動方向延伸。另外，在各隔壁2的外面上突出設(shè)置著多個熱回收氣體側(cè)傳熱翅片25、25、…，該多個熱回收氣體側(cè)傳熱翅片25、25、…面對熱回收氣體通路37地沿殼體1的軸向延伸，由這些改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…和熱回收氣體側(cè)傳熱翅片25、25、…構(gòu)成熱交換器26，該熱交換器26用于在改性通路11內(nèi)的改性氣體和熱回收氣體通路37內(nèi)的熱回收氣體之間進(jìn)行熱交換。
在與上述改性氣體通路11面臨的各改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面、各隔壁2的內(nèi)面及殼體1的內(nèi)面(這些由金屬質(zhì)構(gòu)成催化劑載體)上涂敷或載持著構(gòu)成移位反應(yīng)部10的變換催化劑(其位置在圖10中用粗實(shí)線表示)。其它的構(gòu)成與上述實(shí)施例4相同。
在該實(shí)施例中，當(dāng)來自改性反應(yīng)部6的高溫改性氣體供給到移位反應(yīng)部10的改性氣體通路11時，在其改性氣體流動在改性氣體通路11中的期間，與面臨的各改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面、各隔壁2的內(nèi)面及殼體1的內(nèi)面的變換催化劑接觸進(jìn)行移位反應(yīng)。而且其反應(yīng)熱從改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…通過熱回收氣體側(cè)傳熱翅片25、25、…傳遞到熱回收氣體通路37的熱回收氣體中。因此，在這種情況下也可以得到與上述實(shí)施例4相同的作用效果。
另外，上述變換催化劑，由于涂敷或載持在金屬質(zhì)的構(gòu)成催化劑載體的各改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面、各隔壁2的內(nèi)面及殼體1的內(nèi)面上，因此，可以在移位反應(yīng)部10中提高從改性氣體向熱回收氣體的傳熱效率，可以獲得由與熱回收氣體的熱交換冷卻面臨改性氣體通路11的變換催化劑所希望的催化劑載體。
(實(shí)施例6)圖11表示實(shí)施例6，是在上述實(shí)施例的構(gòu)成中將殼體1的隔壁2等的形狀變更為圓形狀。
即，在該實(shí)施例中，與上述實(shí)施例3相同，殼體1和隔壁2做成為相互同心狀地配置著圓筒狀的構(gòu)件。另外，熱交換器26的熱回收側(cè)傳熱翅片25、25、…突出設(shè)置在隔壁2的外周面上；改性氣體側(cè)傳熱翅片21、21、…突出設(shè)置在隔壁2的內(nèi)面上，并將改性氣體通路11劃分為多個部分；在該改性氣體側(cè)傳熱翅片21的表面至隔壁2的內(nèi)面(都是金屬質(zhì)的催化劑載體)上載持或涂敷的變換催化劑。因此，在該實(shí)施例中也可以獲得與上述實(shí)施例5相同的作用效果。
另外，本發(fā)明當(dāng)然也可以適用于使用于上述實(shí)施例那樣的原料電池系統(tǒng)以外的改性裝置。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明，在從反應(yīng)速度快的高溫狀態(tài)到對于反應(yīng)平衡性有利的低溫狀態(tài)的寬的溫度范圍中變換從改性反應(yīng)部出來的改性氣體，可以實(shí)現(xiàn)變換溫度范圍的擴(kuò)大的同時可以謀求不需要改性氣體的溫度控制使變換裝置的構(gòu)成簡單化，還可以謀求移位反應(yīng)部的變換催化劑的充填量的降低，在可提高燃料電池或氫發(fā)動機(jī)等的使用性這一點(diǎn)上其產(chǎn)業(yè)上的可利用性高。
權(quán)利要求
1.變換裝置，具有移位反應(yīng)部(10)，該移位反應(yīng)部(10)由變換催化劑使在改性反應(yīng)部(6)中由含有部分氧化的反應(yīng)從原料氣體生成的富含氫氣的改性氣體進(jìn)行水煤氣移位反應(yīng)來變換其改性氣體，其特征在于，上述移位反應(yīng)部(10)構(gòu)成為將來自上述改性反應(yīng)部(6)的改性氣體直接導(dǎo)入改性氣體通路(11)一邊與上述原料氣體熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是具有耐熱性的貴金屬類的催化劑。
3.如權(quán)利要求2所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是將Pt或Pt、Ru作為活性金屬使用的催化劑。
4.如權(quán)利要求2所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑涂敷或載持在多孔質(zhì)材料上。
5.如權(quán)利要求4所述的變換裝置，其特征在于，多孔的材料是發(fā)泡金屬、堇青石或陶瓷的任何一種材料。
6.如權(quán)利要求1所述的變換裝置，其特征在于，在移位反應(yīng)部(10)的周圍設(shè)有對改性反應(yīng)部(6)供給原料氣體的原料氣體通路(3)。
7.如權(quán)利要求6所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)和原料氣體通路(3)一體地設(shè)在殼體(1)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的變換裝置，其特征在于，設(shè)有由輻射使移位反應(yīng)部(10)的反應(yīng)熱和顯熱與原料氣體通路(3)的原料氣體熱交換的熱交換器(15)。
9.如權(quán)利要求8所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的改性氣體通路(11)做成為改性氣體從移位反應(yīng)部(10)的中心側(cè)向外周側(cè)流動的形式。
10.如權(quán)利要求9所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)中的改性氣體的流動方向下游側(cè)部分的與原料氣體通路(3)的距離比上游側(cè)部分的與原料氣體通路(3)的距離大。
11.如權(quán)利要求8所述的變換裝置，其特征在于，熱交換器(15)具有面臨原料氣體通路(3)的傳熱翅片(16)。
12.如權(quán)利要求11所述的變換裝置，其特征在于，傳熱翅片(16)沿原料氣體通路(3)設(shè)置多個，上述多個傳熱翅片(16)的移位反應(yīng)部(10)中的改性氣體流動方向上游側(cè)的間距比下游側(cè)窄。
13.如權(quán)利要求7所述的變換裝置，其特征在于，設(shè)有熱交換器(23)，該熱交換器(23)具有面臨改性氣體通路(11)的改性氣體側(cè)傳熱翅片(21)和面臨原料氣體通路(3)的原料氣體側(cè)傳熱翅片(22)，使移位反應(yīng)部(10)的反應(yīng)熱和顯熱與原料氣體通路(3)的原料氣體熱交換；移位反應(yīng)部(10)變換催化劑至少涂敷或載持在上述改性氣體側(cè)傳熱翅片(21)上。
14.如權(quán)利要求7所述的變換裝置，其特征在于，改性反應(yīng)部(6)、原料氣體通路(3)及移位反應(yīng)部(10)一體地設(shè)在殼體(1)內(nèi)。
15.變換裝置，具有移位反應(yīng)部(10)，該移位反應(yīng)部(10)由變換催化劑使在改性反應(yīng)部(6)中由含有部分氧化的反應(yīng)從原料氣體生成的富含氫氣的改性氣體水煤氣移位反應(yīng)來變換其改性氣體，其特征在于，上述移位反應(yīng)部(10)構(gòu)成為，將來自上述改性反應(yīng)部(6)的改性氣體一邊與熱回收氣體熱交換一邊進(jìn)行移位反應(yīng)。
16.如權(quán)利要求15所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是具有耐熱性的貴金屬類的催化劑。
17.如權(quán)利要求16所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑是將Pt或Pt、Ru的合金作為活性金屬使用的催化劑。
18.如權(quán)利要求16所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑涂敷或載持在多孔質(zhì)材料上。
19.如權(quán)利要求18所述的變換裝置，其特征在于，多孔的材料是發(fā)泡金屬、堇青石或陶瓷的任何一種材料。
20.如權(quán)利要求16所述的變換裝置，其特征在于，移位反應(yīng)部(10)的變換催化劑涂敷或載持在由金屬構(gòu)成的催化劑載體上。
21.如權(quán)利要求15～20中的任何一項(xiàng)所述的變換裝置，其特征在于，流動熱回收氣體的熱回收氣體通路(37)設(shè)在催化劑載體的周圍。
22.如權(quán)利要求15～21中的任何一項(xiàng)所述的變換裝置，其特征在于，熱回收氣體是空氣。
23.如權(quán)利要求15～21中的任何一項(xiàng)所述的變換裝置，其特征在于，熱回收氣體是燃料電池(31)中的氧極(34)側(cè)的排氣。
全文摘要
為了降低在改性反應(yīng)部(6)中通過含有部分氧化的反應(yīng)從燃料氣體中生成的富含氫氣的改性氣體中的CO并且提高氫氣收獲率,其目的是在移位反應(yīng)部(10)中由變換催化劑使其改性氣體水煤氣移位反應(yīng)進(jìn)行變換時,在移位反應(yīng)部(10)中可以將來自改性反應(yīng)部(6)的高溫的改性氣體原樣地進(jìn)行移位反應(yīng),使變換裝置成為簡單的構(gòu)造,將來自改性反應(yīng)部(6)的改性氣體直接導(dǎo)入移位反應(yīng)部(10)的改性氣體通路(11)一邊與原料氣體熱交換一邊使其進(jìn)行移位反應(yīng)。在從反應(yīng)速度快的高溫狀態(tài)到反應(yīng)速度平衡性好的低溫狀態(tài)的寬的溫度范圍中變換從改性反應(yīng)部(6)出來的改性氣體,謀求變換溫度范圍的擴(kuò)大的同時、謀求不需要改性氣體的溫度控制而使變換裝置的構(gòu)成簡單化。
文檔編號H01M8/06GK1341076SQ00804333
公開日2002年3月20日 申請日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月28日
發(fā)明者松井伸樹, 池上周司, 岡本康令, 米本和生 申請人:大金工業(yè)株式會社