氢生成设备及其制造方法和利用氢生成设备的燃料电池系统的制作方法

专利名称：氢生成设备及其制造方法和利用氢生成设备的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及被配置为使烃化合物与水进行反应以生成含氢气体的氢生成设备、该氢生成设备的制造方法以及利用该氢生成设备的燃料电池系统，尤其涉及水蒸发器。
背景技术：
在包括燃料电池的发电系统中，重整器使用烃化合物和水蒸汽作为原料来进行水蒸汽重整反应，由此产生包含氢、二氧化碳、一氧化碳、未反应的甲烷和水蒸汽的重整气体。 接着，诸如转化单元或选择性氧化单元等的一氧化碳降低单元消除对燃料电池有害的一氧化碳，由此产生燃料气体。燃料电池通过使用所产生的燃料气体来发电。水蒸汽重整反应所需的水蒸汽是从配置在重整器的上游的蒸发器所蒸发的水而获得的。对于蒸发用的热源，燃烧单元燃烧从燃料电池排出的未使用的燃料气体，并且通常使用利用燃烧所获得的燃烧排气的热作为热源。已提出了具有多个各种蒸发器的氢生成设备(例如，参见专利文献1)。以下参考图6来简要说明专利文献1所述的氢生成设备。图6是示出相关技术的氢生成设备的结构的截面图。如图6所示，相关技术的氢生成设备包括包含燃烧器的加热源2 (以下简称为“燃烧器”)、重整催化剂3、转化催化剂4、选择性氧化催化剂5、蒸发器8以及用于使元件2、3、 4、5和8绝热的绝热材料14。从原料进给口 7进给用作原料的烃和水，并且从排气口 6排出燃烧器2的燃烧气体。绝热材料14使氢生成设备整体绝热。使用从燃料电池排出的未使用的燃料气体作为用于供给水蒸汽重整反应所需的反应热的燃烧器2用的燃料。重整催化剂3包含钌作为主成分，并且包含原料和水蒸汽的混合气体在重整催化剂3内发生反应，以产生包含氢、二氧化碳、一氧化碳、未反应的甲烷和水蒸汽的重整气体。在转化催化剂4中，该重整气体所包含的一氧化碳与该重整气体所包含的水蒸汽进行反应，由此使一氧化碳的浓度降低为约以下。该重整气体与从空气进给口 12进给的空气混合，并且选择性氧化催化剂5通过燃烧来选择性地消除一氧化碳，由此产生燃料气体。将如上所述生成的燃料气体从燃料气体出口 13供给至燃料电池。供给至重整催化剂3的水蒸汽是通过使用燃烧器2所燃烧的燃烧气体对蒸发器8 内的水进行加热而获得的。蒸发器8包括内筒9、外筒10和夹持于二者之间的螺旋杆11。 从原料进给口 7进给的原料和水在向下流经螺旋杆11所限定的螺旋空间8B的过程中，由燃烧器2所产生的燃烧气体进行加热。通过在内筒9和外筒10之间设置螺旋杆11，确保了足以使水蒸发的传热面积。该结构可以提供小型高性能的氢生成设备。还公开了不具有螺旋杆的蒸发器8的结构(例如，参见专利文献2)。专利文献2 公开了如图7(a) 7(c)的截面图所示的三种类型的蒸发器的结构。图7(a)是示出相关技术的蒸发器的示例的截面图。图7(b)是示出相关技术的蒸发器的另一示例的截面图。图7(c)是示出相关技术的蒸发器的又一示例的截面图。在图7(a)所示的蒸发器8中，在外筒10的内侧形成凹状的螺旋肋15，并且使螺旋肋15以紧密接触内筒9的方式与内筒9组合在一起。要蒸发的水向下流经限定在内筒 9和外筒10之间的螺旋空间。在图7(b)所示的蒸发器8中，在内筒9的外侧形成凸状的螺旋肋16，并且使螺旋肋16以紧密接触外筒10的方式与外筒10组合在一起。与上述例子相同，要蒸发的水向下流经限定在内筒9和外筒10之间的螺旋空间。在图7(c)所示的蒸发器8中，管17螺旋状地卷绕并且紧密接触内筒9。要蒸发的水向下流经管17。专利文献1 日本特许4145785专利文献2 日本特开2002-21190
发明内容
发明要解决的问题然而，在专利文献1所述的蒸发器中，由于为了确保蒸发所需的传热面积而使水螺旋状地向下流动，因此内筒9必须紧密接触螺旋杆11，并且同样外筒10必须紧密接触螺旋杆11。这是因为如果内筒9与螺旋杆11或者外筒10与螺旋杆11彼此存在间隙，则未蒸发的水向下流经该间隙，并且向下流动的水的尚未蒸发的部分被供给至重整催化剂3。结果，向下流入重整催化剂3的水导致重整催化剂3的温度部分下降，由此使氢生成能力显著下降。此外，由于重整催化剂3的温度急剧改变，因此发生重整催化剂3的破裂或粉化，这可能不利地影响了氢生成设备的寿命。由于利用高温的燃烧气体从下游侧向着上游侧来加热蒸发器8，因此蒸发器8的下游侧与蒸发器8的上游侧相比更热。由于该原因，向下流经螺旋杆11和内筒9之间或者螺旋杆11和外筒10之间的间隙的水在短的时间段内到达温度较高的下游侧。因此，水被快速加热，由此瞬间产生剧烈沸腾。当由于该原因而发生猛烈爆沸时，氢生成设备内的气体被瞬间从燃料气体出口 13向着燃料电池推出。结果，被瞬间向着燃料电池推出的重整气体未能进行重整催化剂、转化催化剂和选择性氧化催化剂内的反应。结果，该重整气体包含的氢量较少并且一氧化碳的浓度高，由此产生燃料电池由于氢不足或一氧化碳中毒而陷入发电停止的问题。同时，对于专利文献2所述的蒸发器，只要图7(a)和7 (b)所示的内筒9和外筒10 以略微压缩的方式接合至螺旋肋15或16，就消除了这些肋与圆筒之间的间隙，从而可以避免发生专利文献1所述的问题。然而，在图7(a)和7(b)所示的蒸发器中，肋15和16是通过挤出而形成的，因而肋15和16的挤出高度有限。具体地，当通过利用例如圆形夹具对由不锈钢制成的厚度为 Imm的圆筒进行挤出来形成螺旋肋15和16时，除非将要挤出的肋的高度被限制为2mm以下，否则各个肋的端部厚度变小，由此产生开裂等。因此，要蒸发的水向下流经的存在于内筒9和外筒10之间的间隙的通道宽度为2mm以下。结果，由于蒸发期间发生的压力损失因通道宽度小而变大，因此出现了如下问题对水以及一起进给的原料高压进行强制推压所需的能量增大。同时，要蒸发的水的通道宽度和蒸发器的压力损失等都是设计元素，并且期望能够任意设计这些元素。然而，上述蒸发器存在设计自由度有限的问题。由于图7(c)所示的蒸发器被配置为使水在管17内蒸发，因此所卷绕的管17的直径必然由内筒9的直径来确定。假定内筒9的外径为10cm，则所卷绕的管17的直径约为 IOmm以下。结果，管17的内径约为8mm，这对于水在被蒸发时所流经的通道而言过窄。因此，出现压力损失增大的问题。本发明用以解决上述问题，并且本发明的目的是提供使水能够在蒸发器内确定地螺旋状向下流的氢生成设备。用于解决问题的方案为了解决上述相关技术的问题，一种氢生成设备，包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的变形的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，其中，所述蒸发器被配置成将水供给至由所述内筒、所述外筒和所述螺旋构件围绕所形成的螺旋流路，并且利用所述加热源使水蒸发。利用该结构中的螺旋状地设置在内筒和外筒之间的变形的螺旋构件，由此该螺旋构件与内筒和外筒之间的接触面积增大，并且该螺旋构件与内筒和外筒分离的部分最终减少。因此，可以抑制螺旋构件与内筒和外筒之间的间隙的生成。结果，可以实现防止了氢生成能力下降、催化剂破裂和由于爆沸而生成一氧化碳的可靠性高的氢生成设备。在本发明中，一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件；以及加热源，所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及在所述内筒的直径方向上对所述内筒进行扩管以使得在所述内筒和所述外筒之间挤压所述螺旋构件从而使所述螺旋构件压缩变形、由此形成所述蒸发器的步骤。利用该方法，可以制造出能够通过使螺旋构件变形来确定地防止内筒和外筒之间的间隙的生成的氢生成设备。在本发明中，一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件；以及加热源，所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及在所述外筒的直径方向上对所述外筒进行缩管以使得在所述内筒和所述外筒之间挤压所述螺旋构件从而使所述螺旋构件压缩变形、由此形成所述蒸发器的步骤。利用该方法，可以制造出能够通过使螺旋构件的截面形状变形来确定地防止内筒和外筒之间的间隙的生成的氢生成设备。在本发明中，一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件；以及加热源，所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及对所述螺旋构件进行扩管、直到所述螺旋构件变形为沿着所述内筒和所述外筒的轴向具有椭圆形状为止、由此形成所述蒸发器的步骤。利用本发明，可以制造出能够通过使螺旋构件变形来确定地防止内筒和外筒之间的间隙的生成的氢生成设备。本发明的燃料电池系统包括上述的氢生成设备；以及燃料电池。因此，可以实现以下的燃料电池系统该燃料电池系统包括防止了氢生成能力下降、催化剂破裂和由于爆沸而生成一氧化碳的可靠性高的氢生成设备，并且可以在长的时间段内稳定工作。本发明的效果对于本发明的氢生成设备和该氢生成设备的制造方法，设置有变形的螺旋构件， 由此防止内筒和外筒之间的间隙的生成。结果，防止了氢生成能力下降、催化剂破裂以及由于爆沸而生成一氧化碳，由此能够容易地实现可靠性高的氢生成设备。


图1是本发明第一实施例的氢生成设备的示意框图。图2(a)是用于说明对本发明第一实施例的氢生成设备中的蒸发器的内筒进行扩管(enlargement)之前的状态的截面图；并且图2(b)是用于说明该内筒的扩管之后的状态的截面图。图3(a)是用于说明对本发明第一实施例的氢生成设备的另一示例中的蒸发器的外筒进行缩管(contraction)之前的状态的截面图；并且图3(b)是用于说明该外筒的缩管之后的状态的截面图。图4(a)是用于说明对本发明第一实施例的氢生成设备的又一示例中的蒸发器的中空螺旋构件进行扩管之前的状态的截面图；并且图4(b)是用于说明该螺旋构件的扩管之后的状态的截面图。图5(a)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为U形的螺旋构件的蒸发器的示意截面图，图5(b)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为X形的螺旋构件的蒸发器的示意截面图；图5(c)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为C形的螺旋构件的蒸发器的示意截面图；以及图5(d)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为星形的螺旋构件的蒸发器的示意截面图。图6是示出相关技术的氢生成设备的结构的截面图。图7(a)是示出相关技术的蒸发器的示例的截面图；图7(b)是示出相关技术的蒸发器的另一示例的截面图；并且图7(c)是示出相关技术的蒸发器的又一示例的截面图。
具体实施例方式第一发明包括以下的结构，其中该结构包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的变形的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使水蒸发，其中，所述蒸发器被配置成将水供给至由所述内筒、所述外筒和所述螺旋构件围绕所形成的螺旋流路，并且利用所述加热源使水蒸发。利用螺旋状地设置在内筒和外筒之间的变形的螺旋构件，由此该螺旋构件与内筒和外筒之间的接触面积增大，并且该螺旋构件与内筒和外筒分离的部分最终减少。因此，可以抑制螺旋构件与内筒和外筒之间的间隙的生成。结果，可以实现防止了氢生成能力下降、催化剂破裂和由于爆沸而生成一氧化碳的可靠性高的氢生成设备。在基于第一发明的第二发明中，所述螺旋构件以在弹性变形范围内发生了变形的状态设置在所述内筒和所述外筒之间。利用该结构，由于在氢生成设备的启动和停止时发生大的温度变化，因此内筒的直径和外筒的直径由于热膨胀和热收缩而改变。然而，由于螺旋构件以在弹性变形范围内发生了变形的状态进行配置，因此该直径的变化被吸收，并且该螺旋构件与内筒和外筒分离的部分减少。结果，未蒸发的水供给至重整催化剂的机会降低。在基于第一发明或第二发明的第三发明中，所述螺旋构件的截面形状为中空的椭圆形状，并且所述椭圆形状的长轴方向配置在所述内筒和所述外筒的轴向上。如果螺旋构件的截面形状为圆形，则该螺旋构件与内筒和外筒之间的接触部仅为点接触。此外，由于该螺旋构件无法形成为完美的圆形，因此产生了无法确保点接触的多个间隙部位，由此该螺旋构件并没有接触内筒和外筒。作为对比，如本发明一样，如果螺旋构件的截面形状为椭圆形状，则可以增大该中空螺旋构件与内筒和外筒之间的接触面积。因而，可以显著减少螺旋构件未接触内筒和外筒的间隙部位的产生，并且可以显著避免水向下流经这些间隙部位。在基于第三发明的第四发明中，所述螺旋构件的至少一端是密封的。利用该结构， 防止了水浸入螺旋构件的中空内，并且可以防止发生爆沸。在基于第一发明或第二发明的第五发明中，在所述螺旋构件的截面形状的一部分中形成凹部。利用该结构，可以防止具有该凹部的螺旋构件与内筒和外筒之间的间隙的生成。结果，可以实现防止了氢生成能力下降、催化剂破裂和由于爆沸而生成一氧化碳的可靠性高的氢生成设备。第六方面涉及一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使水蒸发， 所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及在所述内筒的直径方向上对所述内筒进行扩管以使得在所述内筒和所述外筒之间挤压所述螺旋构件从而使所述螺旋构件压缩变形、由此形成所述蒸发器的步骤。因此，可以制造出能够通过使螺旋构件变形来确定地防止内筒和外筒之间的间隙的生成的氢生成设备。第七发明涉及一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使水蒸发， 所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及在所述外筒的直径方向上对所述外筒进行缩管以使得在所述内筒和所述外筒之间挤压所述螺旋构件从而使所述螺旋构件压缩变形、由此形成所述蒸发器的步骤。因此，可以制造出能够通过使螺旋构件的凹部变形来确定地防止内筒和外筒之间的间隙的生成的氢生成设备。第八发明涉及一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使水蒸发， 所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及对所述螺旋构件进行扩管、直到所述螺旋构件变形为沿着所述内筒和所述外筒的轴向具有椭圆形状为止、由此形成所述蒸发器的步骤。因此，可以制造出能够通过使螺旋构件变形来确定地防止内筒和外筒之间的间隙的生成的氢生成设备。在基于第六发明至第八发明中任一个的第九发明中，所述螺旋构件在弹性变形范围内变形。即使当内筒或外筒的直径热变形时，螺旋构件也跟随该变形，由此确定地防止了间隙的生成。结果，可以实现在长的时间段内稳定工作的氢生成设备。第十发明涉及一种燃料电池系统，包括第一发明至第五发明中任一个的氢生成设备；以及燃料电池。因此，可以实现包括可靠性高的氢生成设备并且在长的时间段内稳定工作的燃料电池系统。尽管参考附图来说明本发明的各实施例，但对本发明中与相关技术所述的结构相同的结构分配相同的附图标记，并且为了简便，这里省略了对其的详细说明。本发明不应当局限于这些实施例。第一实施例以下详细说明本发明第一实施例的氢生成设备。图1是本发明第一实施例的氢生成设备1的示意框图。利用与图6所示的相关技术的氢生成设备的相应元件的附图标记相同的附图标记来说明图1所示的元件。如图1所示，本发明第一实施例的氢生成设备1包括包含燃烧器的加热源2 (以下称为“燃烧器”)；重整催化剂3 ；转化催化剂4 ；选择性氧化催化剂5 ；蒸发器8 ；以及用于使元件2、3、4、5和8绝热的绝热材料14。从原料进给口 7进给用作原料的烃和水，并且从排气口 6排出燃烧器2燃烧得到的燃烧气体。绝热材料14使氢生成设备整体绝热。用于生成燃料气体的操作与图6所示的相关技术的氢生成设备所进行的操作相同，因而省略了对该操作的详细说明。本实施例的氢生成设备1与相关技术的氢生成设备的不同之处在于蒸发器8的结构。现在详细说明本实施例的氢生成设备1的蒸发器8。如图1所示，本实施例的蒸发器8包括内筒9、外筒10、以及夹持于内筒9和外筒 10之间且例如变形为椭圆形的中空螺旋构件18。中空螺旋构件18与内筒9和外筒10 — 起限定了水等向下流经的螺旋流路8A。椭圆形的中空螺旋构件18的长轴沿着内筒9和外筒10的轴向配置。中空螺旋构件18由弹性可变形材料构成。例如，螺旋状地形成由不锈钢制成的外径为3mm且厚度为0. 3mm的薄管，并且将所形成的螺旋构件用于该中空螺旋构件。中空螺旋构件18的至少一端、例如上端收拢并且密封。也可以使中空螺旋构件18的上端和下端这两端密封。利用该结构，可以防止水浸入中空螺旋构件18的中空部分内。根据本实施例，中空螺旋构件18在内筒9和外筒10的径向上略微收拢，由此形成椭圆形的中空螺旋构件18。利用中空螺旋构件18，可以增大蒸发器8内的接触面积，并且中空螺旋构件18可以紧密接触内筒9和外筒10。具体地，在紧密接触内筒9和外筒10之前的、截面形状例如为圆形的中空螺旋构件18在弹性变形范围内压缩变形，直到限定为椭圆形为止，由此使得该螺旋构件无间隙地与内筒9和外筒10紧密接触。这样防止了水向下流经内筒9或外筒10与中空螺旋构件18之间的间隙。同时，氢生成设备中的内筒9和外筒10的温度在该氢生成设备启动和停止时大幅改变。因此，内筒9和外筒10的直径由于热膨胀和热收缩而改变。在这种情况下，内筒9和外筒10之间的间隔改变。然而，该间隔的变化被中空螺旋构件18的弹性变形所吸收，从而可以防止间隙的生成。具体地，通过压缩所形成的中空螺旋构件18在弹性变形范围内变形。因而，即使当内筒9或外筒10的直径改变时，中空螺旋构件18的截面形状也在内筒9或外筒10的径向上相应地变形，由此可以使中空螺旋构件18维持与内筒9和外筒10紧密接触。由于只要中空螺旋构件18维持其弹性就可以实现该效果，因此可以在长的时间段内防止中空螺旋构件18与内筒9和外筒 10之间的间隙的生成。以下参考图2(a)和2(b)来说明本发明第一实施例的氢生成设备的蒸发器的制造方法。图2(a)是用于说明对本发明第一实施例的氢生成设备的蒸发器的内筒9进行扩管之前的状态的截面图，并且图2(b)是用于说明该内筒的扩管之后的状态的截面图。首先，如图2(a)所示，截面形状例如为圆形的中空螺旋构件18配置在外筒10的内周面上，并且内筒9设置在该中空螺旋构件的内侧。底板19和顶板20分别抵压并且紧密接触内筒9的底部和顶部。此时，在顶板20上设置了连接至高压水泵(未示出)的管21。接着，如图2(b)所示，利用高压水泵向内筒9内注入水22。通过水的注入使内筒 9在其直径方向上进行扩管，由此中空螺旋构件18在内筒9的直径方向上被压缩。因压缩变形而变形为具有椭圆形状的中空螺旋构件18夹持于内筒9和外筒10之间并且紧密接触内筒9和外筒10。利用该方法，制造出无间隙且不漏水的蒸发器8。尽管内筒9的扩管率、即内筒9在扩管之后的外径相对于内筒9在扩管之前的外径的比率依赖于内筒9、中空螺旋构件18和外筒10的尺寸精度，但该扩管率优选约为内筒 9的外径的1 5%。具体地，在各构件的尺寸精度高并且图2(a)所示的设置精度也高的情况下，扩管率可以小到诸如小于1%。然而，在制造时通常难以提高这些精度。相反，在这些精度低的情况下，必须增大内筒9的扩管率。然而，如果扩管率超过5%，则内筒9有可能发生开裂。在上述实施例中，作为例子，说明了通过使用水压来对内筒9进行扩管的方法。然而，该方法不限于此。例如，可以利用除水压以外的例如气压和油压等来对内筒9进行扩管。在上述实施例中，作为例子，中空螺旋构件的厚度⑴相对于外形尺寸(R)的比率 (t/R)为1/10。然而，该比率不限于此。例如，该比率可以为1/20 1/3。在上述实施例中，作为例子，在中空螺旋构件的外形尺寸为3mm的条件下形成螺旋流路。然而，该条件不限于此。换言之，可以任意设置中空螺旋构件的外形尺寸。因此， 限定在内筒和外筒之间且水向下所流经的螺旋流路可以利用中空螺旋构件的外形尺寸来进行调节。结果，可以将由水的蒸发所引起的压力损失设置在适当的范围内，并且可以将进给原料所使用的动力(能量)缩减为较小的量。以下参考图3(a)和3(b)来说明本发明第一实施例的氢生成设备的蒸发器的另一制造方法。图3(a)是用于说明在对本发明第一实施例的氢生成设备的另一示例的蒸发器的外筒10进行缩管之前所实现的状态的截面图，并且图3(b)是用于说明该外筒的缩管之后的状态的截面图。首先，如图3(a)所示，截面形状例如为圆形的中空螺旋构件18卷绕在内筒9的外周面，并且具有中空螺旋构件18的内筒9设置在外筒10的内侧。底板23和顶板M分别抵压并且紧密接触外筒10的底部和顶部。此时，由底板23、顶板M和圆筒形的筒构件25 限定了密闭空间25A。此外，在顶板M的与密闭空间25A相对的位置处设置了连接至高压水泵(未示出)的管21。如图3(b)所示，利用高压水泵向外筒10的外侧注入水22。通过水的注入使外筒 10在其直径方向上进行缩管，由此中空螺旋构件18在外筒10的直径方向上被压缩。因压缩变形而变形为具有椭圆形状的中空螺旋构件18夹持于内筒9和外筒10之间并且紧密接触内筒9和外筒10。利用该方法，制造出无间隙且不漏水的蒸发器8。与前述扩管率相同，外筒10的缩管率、即外筒10在缩管之后的外径相对于外筒10 在缩管之前的外径的比率优选约为1 5%。在上述实施例中，作为例子，说明了用于通过使用水压来对外筒10进行缩管的方法。然而，该方法不限于此。例如，可以利用除水压以外的例如气压和油压等来对外筒10 进行缩管。以下参考图4(a)和4(b)来说明本发明第一实施例的氢生成设备的蒸发器的制造方法的另一示例。图4(a)是用于说明对本发明第一实施例的氢生成设备的又一示例的蒸发器中的中空螺旋构件18进行扩管之前的状态的截面图，并且图4(b)是用于说明中空螺旋构件18 的扩管之后的状态的截面图。首先，如图4(a)所示，截面形状例如为圆形的中空螺旋构件18卷绕在内筒9的外周面。此时，中空螺旋构件18的上端收拢并且密封，并且该中空螺旋构件的下端沈连接至高压水泵(未示出)。中空螺旋构件18设置在外筒10的内侧。如图4(b)所示，利用高压水泵将水注入中空螺旋构件18。通过水的注入对中空螺旋构件18进行扩管，由此中空螺旋构件18变形为具有椭圆形状，夹持于内筒9和外筒10 之间并且紧密接触内筒9和外筒10。随后，切断中空螺旋构件18的下端沈并且使中空螺旋构件18与高压水泵分离。利用该方法，制造出无间隙且不漏水的蒸发器8。根据本实施例的制造方法，可以利用在内筒9和外筒10的径向上略微收拢的椭圆形的中空螺旋构件18来制作具有增大的接触面积且中空螺旋构件紧密接触内筒和外筒的蒸发器。结果，可以制造出用于防止水向下流经内筒9或外筒10与中空螺旋构件18之间的间隙的高度可靠的氢生成设备。此外，中空螺旋构件18在弹性区域内变形并且紧密接触内筒9和外筒10。由此，可以容易地制造出以下的氢生成设备能够通过使中空螺旋构件 18变形来吸收内筒9和外筒10的热变形，从而在长的时间段内防止间隙的生成。第二实施例以下来详细说明本发明第二实施例的氢生成设备。本发明第二实施例的氢生成设备与第一实施例的氢生成设备的不同之处在于蒸发器的螺旋构件的结构。由于其它元件和制造方法未改变，因此省略了对这些其它元件和制造方法的说明。具体地，在本实施例中，螺旋构件与第一实施例的中空螺旋构件的不同之处在于 本实施例的螺旋构件的截面形状的一部分中形成有凹部。
以下参考图5(a) 5(d)来详细说明用作本发明第二实施例的氢生成设备的主要部件的蒸发器的螺旋构件。图5(a)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为U形的螺旋构件27的蒸发器的示意截面图；图5(b)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为X形的螺旋构件观的蒸发器的示意截面图；图5(c)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为C形的螺旋构件四的蒸发器的示意截面图；以及图5(d)是用于说明本发明第二实施例的氢生成设备中的、包括截面形状为星形的螺旋构件30的蒸发器的示意截面图。利用与第一实施例的方法相同的方法来形成图5(a) 5(d)所示的蒸发器8。即， 设置在内筒9和外筒10之间的螺旋构件在弹性区域内变形，从而紧密接触内筒9和外筒 10。具体地，在螺旋构件27、28、四和30的截面形状的一部分中各自形成有凹部。利用该结构，当螺旋构件在内筒9和外筒10之间进行夹持和压缩时，该螺旋构件容易发生弹性变形，并且无间隙地紧密接触内筒9和外筒10。结果，可以防止内筒和外筒之间的间隙的生成，由此防止水由于漏水而向下流动。在上述实施例中，作为例子，说明了图5(a) 5(d)所示的四种类型的螺旋构件的截面形状。然而，截面形状不限于此。例如，截面形状可以是任意形状，只要截面形状的一部分容易发生弹性变形由此使得弹性体紧密接触内筒和外筒即可。例如，图5(a)和5(c) 所示的螺旋构件27和四的截面形状为凹面向上，但还可以为凹面向下。可以获得诸如防止漏水等的相同优点。第三实施例以下说明本发明第三实施例的燃料电池系统。本发明第三实施例的燃料电池系统包括燃料电池以及第一实施例或第二实施例所述的氢生成设备。燃料电池使用从氢生成设备供给的含氢燃料气体与空气的化学反应来发电。根据本实施例，可以提供以下的燃料电池系统该燃料电池系统包括能够防止氢生成能力下降、催化剂破裂和由于爆沸而生成一氧化碳的可靠性高的氢生成设备，并且可以在长的时间段内稳定地进行发电工作。本专利申请是基于2009年3月9日提交的日本专利申请(特愿2009-54557)，在此通过引用包含其全部内容。产业上的可利用性具有本发明的蒸发器的氢生成设备对于能够稳定地供给重整反应所需的水蒸汽的燃料电池系统而言是有用的。附图标记说明1氢生成设备2加热源(燃烧器)3重整催化剂4转化催化剂5选择性氧化催化剂6 排气口
7原料进给口
8蒸发器
8A螺旋流路
8B空间
9内筒
10外筒
11螺旋杆
12空气进给口
13燃料气体出口
14绝热材料
15、16 肋
17管
18中空螺旋构件
19、23底板
20、M顶板
21管
22水
25筒构件
25A密闭空间
26下端
27、28、㈨、30螺旋构件
权利要求
1.一种氢生成设备，包括 重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的变形的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使所述水蒸发，其中，所述蒸发器被配置成将所述水供给至由所述内筒、所述外筒和所述螺旋构件围绕所形成的螺旋流路，并且利用所述加热源使所述水蒸发。
2.根据权利要求1所述的氢生成设备，其特征在于，所述螺旋构件以在弹性变形范围内发生了变形的状态设置在所述内筒和所述外筒之间。
3.根据权利要求1或2所述的氢生成设备，其特征在于， 所述螺旋构件的截面形状为中空的椭圆形状，以及所述椭圆形状的长轴方向配置在所述内筒和所述外筒的轴向上。
4.根据权利要求3所述的氢生成设备，其特征在于， 所述螺旋构件的至少一端是密封的。
5.根据权利要求1或2所述的氢生成设备，其特征在于， 在所述螺旋构件的截面形状的一部分中形成有凹部。
6.一种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使所述水蒸发，所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及在所述内筒的直径方向上对所述内筒进行扩管以使得在所述内筒和所述外筒之间挤压所述螺旋构件从而使所述螺旋构件压缩变形、由此形成所述蒸发器的步骤。
7.—种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使所述水蒸发，所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及在所述外筒的直径方向上对所述外筒进行缩管以使得在所述内筒和所述外筒之间挤压所述螺旋构件从而使所述螺旋构件压缩变形、由此形成所述蒸发器的步骤。
8.—种氢生成设备的制造方法，所述氢生成设备包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器，其包括内筒、外筒以及螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的螺旋构件，并且所述蒸发器用于使供给至所述重整器的水蒸发；以及加热源，用于使所述水蒸发，所述制造方法包括以下步骤将所述螺旋构件螺旋状地设置在所述内筒和所述外筒之间的步骤；以及对所述螺旋构件进行扩管、直到所述螺旋构件变形为沿着所述内筒和所述外筒的轴向具有椭圆形状为止、由此形成所述蒸发器的步骤。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的氢生成设备的制造方法，其特征在于，所述中空螺旋构件在弹性变形范围内变形。
10. 一种燃料电池系统，包括根据权利要求1至5中任一项所述的氢生成设备；以及燃料电池。
全文摘要
公开了一种使水在蒸发器内能够可靠地以螺旋方式向下流动的氢生成设备。还公开了该氢生成设备的制造方法。此外公开了利用该氢生成设备的燃料电池系统。该氢生成设备至少包括重整器，用于生成含氢气体；蒸发器(8)，用于使供给至重整器的水蒸发，并且包括内筒(9)、外筒(10)和变形的中空螺旋材料(18)，其中，该中空螺旋材料(18)以螺旋状态配置在内筒(9)和外筒(10)之间所形成的空间内；以及加热源(2)，用于使水蒸发。该蒸发器(8)被配置成将水供给至由内筒(9)、外筒(10)和中空螺旋材料(18)围绕所形成的螺旋流路(8A)，并且利用所述加热源(2)使水蒸发。
文档编号C01B3/38GK102348633SQ20108001138
公开日2012年2月8日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年3月9日
发明者前西晃, 向井裕二, 鹈饲邦弘 申请人:松下电器产业株式会社