燃料改性器及燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主要用于燃料电池的燃料改性器。
【背景技术】
[0002]在图1中图示了燃料电池之一例。该燃料电池101是固体氧化物燃料电池，其利用城市燃气等燃料气体、水和空气来发电。燃料电池101包括蒸发器102、空气预热器103、燃料改性器104、燃烧器105、发电电池106等。
[0003]蒸发器102对水进行加热来产生水蒸气。所产生的水蒸气与已进行了脱硫等处理的燃料气体混合后被送往燃料改性器104。燃料气体与水蒸气的混合气体在燃料改性器104中重整为以氢为主的高温改性气体后，被供往发电电池106。
[0004]空气在空气预热器103中被加热后供往发电电池106。在稳定运转时，通过供给高温改性气体和空气，发电电池106保持在700°C?900°C范围内的规定的运转温度域。
[0005]发电电池106由利用化学反应来产生电动势的多个单电池构成。例如，当平板型发电电池的情况下，包括将多个薄板状单电池层叠而成的电池层叠体。在电池层叠体中，在高温运转温度下改性气体通过各单电池的阳极侧、空气通过各单电池的阴极侧的期间，在各单电池中发生化学反应，从而产生电动势。通过从各单电池中提取该电动势来发电。
[0006]从发电电池106中排出的已变质的高温改性气体和空气被送往燃烧器105。在燃烧器105中，这些改性气体和空气被混合后燃烧，由此对燃料改性器104进行加热。在燃烧器105中产生的排气被送往空气预热器103，通过热交换对空气进行加热后被排出。
[0007]例如，专利文献1、专利文献2中公开了燃料改性器的具体构造。
[0008]专利文献I中公开了一种改性催化剂布置在燃料改性器的中心部分的燃料改性器。
[0009]详细而言，纵向上的长度较长的燃烧气体流路设置在燃料改性器的内部，在该燃烧气体流路的中心部设置有向下突出的反应管。在反应管的下侧设置有产生火焰的燃烧器，反应管的突出端部分与燃烧器相对。
[0010]燃烧气体流路的周围成为供空气流动的空气流路，改性催化剂仅布置在反应管的内部。反应管具有双重管结构，改性催化剂仅布置在反应管的外周部分，而在反应管的突出端部分则未布置有改性催化剂。
[0011]专利文献2中公开了一种改性催化剂布置在燃料改性器的周围的燃料改性器。
[0012]详细而言，收纳了燃烧器的中空圆筒状燃烧筒设置在燃料改性器的中心，在其周围布置有圆筒状改性催化剂层。
[0013]专利文献1:日本专利第2528836号公报
[0014]专利文献2:日本公开专利公报特开2004 - 299939号公报
【发明内容】
[0015]一发明所要解决的技术问题一
[0016]在燃料改性器中，为了使改性催化剂发挥作用，需要达到高温。而且，为了高效地进行重整，需要在高温下使含有水蒸气的燃料气体与改性催化剂充分地接触。
[0017]相对于此，专利文献1、专利文献2中的燃料改性器均具有复杂的构造，而且重整效率也谈不上是高效的，因此有改良的空间。
[0018]例如，在专利文献I中的燃料改性器中，由于改性催化剂仅布置在反应管的周围，因此改性催化剂的量比较少，从而不能与燃料气体充分地接触，而且燃烧器中的热也难以传递到改性催化剂处。
[0019]关于上述方面，虽然与专利文献I中的燃料改性器相比，专利文献2中的燃料改性器中的改性催化剂的量比较多，因此能更高效地进行重整，然而燃烧器的热只能间接地传递到改性催化剂处。
[0020]于是，本发明的主要目的在于:提供一种具有简单的构造且能够高效地进行重整的燃料改性器。
[0021]一用以解决技术问题的技术方案一
[0022]所公开的燃料改性器是一种借助催化作用并利用燃料气体来生成改性气体的燃料改性器。所述燃料改性器包括:主体部，其在内部具有在第一端与第二端之间呈筒状延伸的燃烧室；燃烧喷嘴，其布置在所述燃烧室的第一端侧并且根据喷射燃烧气体来产生火焰；排气管，其布置在第二端侧并且排出在该燃烧室中产生的排气；气体流通空隙，其以与所述燃烧室的内部隔绝的状态沿着该燃烧室的外壳设置；外侧改性部，其是通过向所述气体流通空隙填充改性催化剂而形成的；燃料气体引入管，其位于所述外侧改性部的上游侧并且向所述气体流通空隙引入燃料气体；以及改性气体引出管，其位于所述外侧改性部的下游侧并且从所述气体流通空隙弓I出改性气体。
[0023]而且，在所述燃烧室的内部设置有柱状突出部，在所述柱状突出部与所述外侧改性部之间具有空隙，所述柱状突出部具有与该燃烧室相隔绝的内部空间并且与所述燃料气体引入管和所述气体流通空隙相连通。
[0024]根据该燃料改性器，由燃烧喷嘴产生的火焰生长后一边朝向第二端侧延伸一边集中在燃烧室的中心部。因此，燃烧热难以传递至外侧改性部中的位于从燃烧喷嘴到第二端侧的部分，从而存在容易变成加热效率不高的情况。
[0025]相对于此，通过设置柱状突出部，从而高温排气流与柱状突出部的突出端碰撞，并流入沿着外侧改性部呈圆筒状扩展的空隙中。因此，能够向外侧改性部高效地传递排气流的燃烧热。
[0026]具体而言，柱状改性部是通过向所述柱状突出部的内部空间填充改性催化剂而形成的。所述燃料气体引入管插入到所述柱状突出部的内部空间中，使燃料气体流出的前端部以被改性催化剂覆盖的状态布置在所述柱状突出部的突出部分。
[0027]在该情况下，燃料气体在高温排气流所碰撞的柱状突出部的突出端部分向柱状改性部流出，因此刚引入燃料气体后最容易重整。因此能够高效地进行重整。
[0028]而且，在柱状突出部的突出端部分，燃烧热被改性催化剂高效地吸收，因此能够抑制隔壁部被过度地加热。因此还提高了耐热性。
[0029]燃料气体一边通过柱状改性部以及外侧改性部双方一边发生重整，因此能够高效地生成改性气体。
[0030]进一步具体而言，所述柱状突出部的突出端与所述燃烧喷嘴的前端之间设置有燃烧空间，并且所述柱状突出部的突出端与所述燃烧喷嘴的前端相对。
[0031 ]因此，能够使火焰充分地生长，从而能够使燃烧气体高效地燃烧。
[0032]并且，包括:限制部，其限制从所述燃烧喷嘴朝向所述柱状突出部的突出端方向延伸的火焰；以及开口部，其用于从所述燃烧喷嘴向所述燃烧喷嘴的周围喷射所述燃烧气体。
[0033]这样一来，火焰是朝向燃烧喷嘴的周围产生的，因此能够高效地加热外侧改性部。
[0034]优选为:具有导热性的传热部件以可通气的状态嵌入在所述外侧改性部与所述柱状突出部之间的空隙中。
[0035]这样一来，在通过空隙的期间，排气流的燃烧热经由传热部件传递至外侧改性部和柱状突出部的内部的柱状改性部，因此能够更加高效地重整。
[0036]并且，还能够将蒸发器组装在所公开的燃料改性器中。
[0037]具体而言，还包括水从前端部流出的引水管，通过将所述引水管的前端部插入在所述柱状突出部的内部空间中，来形成产生水蒸气的蒸发部，所述燃料气体引入管在第二端侧与所述气体流通空隙连接。
[0038]根据该燃料改性器，不需要另外设置蒸发器。从而能够实现更加简化的构造。
[0039]根据包括这些燃料改性器的燃料电池，能够提高燃烧热的利用效率。
[0040]一发明的效果一
[0041]根据本发明的燃料改性器，既具有简单的构造，又能够将燃烧热均衡地供给大量改性催化剂，因此能够高效地生成改性气体。
【附图说明】
[0042]图1是表示一般燃料电池的构造的简要示意图。
[0043]图2是表示本实施方式的燃料电池的构造的简要示意图。
[0044]图3是表示本实施方式的燃料改性器的简要立体图。
[0045]图4是本实施方式的燃料改性器的简要剖视图。
[0046]图5是从图4中的X — X线处观看到的简要剖视图。
[0047]图6是表示变形例的燃料电池的构造的简要示意图。
[0048]图7是变形例的燃料改性器的简要剖视图。
【具体实施方式】
[0049]下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。然而，下面的说明仅仅是本质上优选的示例而已，并没有对本发明、本发明的应用对象或本发明的用途加以限制的意图。
[0050](燃料电池)
[0051]图2示出本实施方式的燃料电池I的构造。该燃料电池I是平板型固体氧化物燃料电池I。除了燃料改性器20之外的燃料电池I的基本构造与上述的燃料电池101并没有很大的差异。
[0052]S卩，该燃料电池I包括蒸发器2、空气预热器3、燃料改性器20、电池堆4等，该燃料电池I利用城市燃气等燃料气体、水以及空气，并从电池堆4提取电动势来发电。
[0053]蒸发器2