CN1430303A - 氢生成装置和包括它的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氢生成装置及具有该装置的燃料电池系统，该氢生成装置能够使热效率得以提高、且能实现改性气体中的CO浓度稳定化以及改性气体的供给量的稳定化。围绕燃烧室(17)地设置有圆筒状的改性器(10)，与燃烧室(17)同轴地分别在该改性器(10)的圆周外侧设有圆筒状燃烧气体流路(12)、和在燃烧气体流路(12)的圆周外侧设有圆筒状蒸发室(28)。蒸发室(28)由第1蒸发室(18)以及与该第1蒸发室(18)相隔分隔壁(21)而设置的第2蒸发室(22)构成，在分隔壁(21)上形成有多个开口部(23)。

Description

氢生成装置和包括它的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种用于得到提供给燃料电池的富含氢的改性气体的氢生成装置，以及具有这种氢生成装置的燃料电池系统。
背景技术
在燃料电池中为了进行发电，必须向燃料电池提供富含氢的气体。就现有的产生这种气体的氢生成装置的例子来说，产生可供进行改性反应的水蒸汽的蒸发室，具有向下倾斜地缠绕线圈状管的结构(例如，参照专利文献1)。图5表示现有的氢生成装置的结构的剖面示意图。如图5所示，现有的氢生成装置，具有填充了粒状或圆柱状催化剂的圆筒状改性器1，和用作加热改性器1的燃烧部的燃烧器2A。在位于该燃烧器2A上方的改性器1的内侧设置有的燃烧筒2B内配置着上述线圈状管3，该线圈状管3的出口连接着蒸汽供给管4。蒸汽供给管4连接着原料供给管7成为混合气体导入管8，该混合气体导入管8与设置在燃烧筒2B上方的混合气体室9相连。并且，在改性器1的圆周外侧配设有改性气体流动的改性气体流路5，另外在改性气体流路5的圆周外侧配设有燃烧气体流路6。
在具有如上所述结构的现有的氢生成装置中，可供进行改性反应的水Y，由线圈状管3的上方输入，一边在管内流动一边被燃烧气体加热。据此经过气液两相流体的状态后，变成水蒸汽提供给蒸汽供给管4。这样提供给蒸汽供给管4的水蒸汽，与在原料供给管7中流动的原料X一同通过混合气体导入管8提供给混合气体室9。提供给混合气体室9的水蒸汽及原料X被提供给改性器1通过水蒸汽改性反应得到改性气体，经改性气体流路5排出到外部。并且，由燃烧器2A产生的燃烧气体，在加热过线圈状管3及改性器1后，通过燃烧气体流路6排出到外部。
(专利文献1)
特开2000-281311号公报
但是，在上述的现有的氢生成装置中，由于燃烧气体流路6被配置在装置的最外侧，所以有因向周围散发的热量大而热效率低的所谓问题。
并且，由线圈状管3所产生的水蒸汽，由于经过将其引向装置内的蒸汽供给管4提供给改性器1，所以具有因由蒸汽供给管4放出的热量变大而进一步降低热效率的所谓问题。
另外，由于线圈状管3利用高温的燃烧气体加热，所以在线圈状管3内侧面产生不存在水的所谓干燥状态，其结果是易于发生间歇性蒸发的暴沸状态。因该暴沸状态而产生的水蒸汽在由液相变成气相时产生急剧的体积膨胀。因此，管内的流动阻力急剧增大。所以，反复的暴沸状态使得水Y的供给压力的波动变大，从而水Y的供给量、进而水蒸汽的供给量也发生波动。这样，一旦提供给利用改性器1的催化反应的水蒸汽量产生波动，就会出现改性气体中的一氧化碳(CO)浓度变得易于波动的所谓问题。不仅如此，由于流过蒸汽供给管4的水蒸汽与原料X混合而提供给改性器1，所以随着水蒸汽流量的波动，原料X的供给压力波动。结果，由于原料X的流量变得波动，所以提供给燃料电池的改性气体的流量也发生波动，从而就有燃料电池中发电量不稳定的所谓问题。
发明内容
本发明就是鉴于这些情况而提出的，其目的在于提供一种能够实现热效率的提高、改性气体中CO浓度的稳定化、以及改性气体的供给量稳定化的氢生成装置。
为解决上述课题，本发明涉及的氢生成装置具有：产生燃烧气体的燃烧部；由该燃烧部所产生的燃烧气体流经的燃烧气体流路；利用来自上述燃烧气体的传热、使用含有至少由碳及氢构成的化合物的原料和水蒸汽通过水蒸汽改性反应而生成含氢的改性气体的改性器；通过利用来自上述燃烧气体流路中流过的燃烧气体的传热使从外部供给的水蒸发而生成水蒸汽、将该水蒸汽提供给上述改性器的蒸发室，上述燃烧气体流路设置成覆盖上述改性器外侧的至少一部分，上述蒸发室设置成覆盖上述燃烧气体流路外侧的至少一部分。
这样，因为具有最高温度的改性器被配置在内侧，而具有最低温度的蒸发室被配置在外侧，所以与原来相比能够提高热效率。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选上述蒸发室包括：具有水或水蒸汽入口的第1蒸发室；和位于该第1蒸发室内侧，且设置于上述燃烧气体流路的外侧、具有水蒸汽出口的第2蒸发室，上述第1蒸发室和上述第2蒸发室相隔分隔壁而设，在该分隔壁形成有至少一个开口部。
通过象这样将第1蒸发室配置在产生过热蒸汽的第2蒸发室的外侧，由于其内部有液态的水和饱和水蒸汽通过，可以使第1蒸发室的外侧温度降低到大约100℃以下。这样，能够减少向周围放出的热量并进一步提高热效率。
并且，由于产生于第1蒸发室的水蒸汽通过开口部迅速地移动到第2蒸发室，因此能够降低在第1蒸发室内产生水蒸汽时因体积膨胀导致的压力上升。由此，可以减小水的供给压力的变化，所以能够稳定提供给改性器的水蒸汽量。而且，能够稳定催化反应，并能稳定改性气体中的CO浓度及氢量。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选为，上述蒸发室具有由外筒和内筒围成的圆筒状空间，通过在该圆筒状空间中配置筒状的上述分隔壁设置出上述第1蒸发室及上述第2蒸发室。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选为，在上述第1蒸发室中，沿着圆周方向形成有流动延缓部，利用该流动延缓部规定水或水蒸汽的流动线路。此时，优选通过上述流动延缓部将上述水或水蒸汽的流路限定为螺旋状。
由于采用这样的结构，能够提高水的蒸发能力，并能够使提供给水蒸汽改性反应的水蒸汽量增加，所以提高原料的转化率，增加氢量。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选上述第1蒸发室具有上述原料的入口。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选在上述蒸发部的下端附近设有温度检测部。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选在从上述第2蒸发室具有的上述水蒸汽出口至上述改性器的流动线路中，形成有水蒸汽和燃烧气体可进行热交换的结构。
并且，在上述发明的氢生成装置中，优选在上述第1蒸发室的外侧配设有燃烧气体流路。
另外，在上述发明的氢生成装置中，优选还具有用于以燃烧气体加热提供给上述第1蒸发室的水或水蒸汽的水预热部。
并且，本发明的燃料电池系统，具备：权利要求1所述的氢生成装置和使用含氧的氧化气体及由上述氢生成装置提供的改性气体而进行发电的燃料电池。这样，可以稳定燃料电池中的发电量。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的氢生成装置的结构的剖面示意图。
图2是表示图1中所示的氢生成装置的左下端部结构的局部剖面图。
图3是表示本发明实施方式2的氢生成装置的结构的剖面示意图。
图4是表示本发明实施方式3的氢生成装置的结构的剖面示意图。
图5是表示现有的氢生成装置的结构的剖面示意图。
具体实施方式
下面，就本发明的具体实施方式，参照着附图进行说明
(实施方式1)
图1表示本发明实施方式1的氢生成装置的结构的剖面示意图。如图1所示，本实施方式的氢生成装置100具有产生燃烧气体的燃烧器16，和设置在该燃烧器16的上方的圆筒状燃烧室17。在该燃烧室17的圆周外侧，设有与燃烧室17同轴的圆筒状改性器10。改性器10收存填充有水蒸汽改性催化剂的催化剂层，在该催化剂层内使原料气体进行水蒸汽改性反应而生成改性气体。
另外，在氢生成装置100的外侧，设有燃料电池101，由这些氢生成装置100及燃料电池101构成本发明的燃料电池系统。将在改性器10中生成的改性气体从改性气体排出口27排出而提供给燃料电池101。
并且，与燃烧室17同轴地分别设有位于改性器10的圆周外侧、用于将在改性器10中生成的改性气体导向改性气体排出口27的圆筒状改性气体流路11和位于改性气体流路11的圆周外侧、燃烧器16中产生的燃烧气体流经的圆筒状燃烧气体流路12。燃烧气体流路12是由利用圆筒状的隔热材料13及筒体14分隔出来的流路形成，形成向着燃烧气体排出口15输导燃烧气体的结构。
另外，在燃烧气体流路12的圆周外侧，圆筒状的蒸发室28与燃烧室17同轴地设置在氢生成装置100的最外侧。该蒸发室28由圆筒状的第1蒸发室18及与该第1蒸发室18隔着圆筒状的分隔壁21而设置的第2蒸发室22构成。在此，第2蒸发室22位于燃烧气体流路12侧，第1蒸发室18相隔分隔壁21位于第2蒸发室22的圆周外侧，即氢生成装置100的圆周最外侧。在第1蒸发室18的上方部位，形成有用于向装置内提供含有至少由碳及氢构成的化合物的原料X的原料入口19及同时用于供给水Y的入水口20。另外，就至少由碳及氢构成的化合物来说，可以举出，例如甲烷、乙烷、丙烷等的烃，都市燃气，天然气，甲醇等的醇，灯油及LPG(液化石油气)等。并且，在第2蒸发室22的上方部位，设有水蒸汽出口24，作为在蒸发室28中产生的水蒸汽的出口。该水蒸汽出口24通过水蒸汽供给管25与改性器10相连。因此，由水蒸汽出口24排出的水蒸汽通过水蒸汽供给管25提供给改性器10。
这些第1蒸发室18与第2蒸发室22通过形成于分隔壁21上的多个开口部23及连通部26相连通。下面，参照图2就这种结构做出详细的说明。
图2是表示图1中所示氢生成装置100的左下端部结构的局部剖面图。如图2所示，分隔壁21并不是一直延伸到氢生成装置100的底壁29上，在分隔壁21的下端与底壁29之间环绕全周形成有一定宽度的间隙。该间隙形成连通第1蒸发室18和第2蒸发室22的连通部26。并且，在分隔壁21的适当位置处形成多个开口部23。对该开口部23的形状并没有特别的限定。例如无论是圆形、长圆形、椭圆形、矩形都可以。
以下，就具有如上结构的本实施方式的氢生成装置100的动作进行说明。
由燃烧器16生成的燃烧气体，一边依次加热改性器10、改性气体流路11、和第2蒸发室22一边通过燃烧气体流路12，由燃烧气体排出口15排放到外部。供给由改性器10进行水蒸汽改性反应的水Y，通过入水口20由外部输入，向着下方流过第1蒸发室18。此时，利用从通过燃烧气体流路12的燃烧气体传递的热量，水Y蒸发变成水蒸汽。这样，由于要利用来自燃烧气体的传热量使水Y蒸发，为可靠地实施该蒸发，必须要增加来自燃烧气体的传热量。这样为增加来自燃烧气体的传热量可延长水Y通过第1蒸发室18的时间。因此，入水口20优选设置在第1蒸发室18的尽可能靠上的地方。
由第1蒸发室18产生的水蒸汽，通过形成于分隔壁21上的多个开口部23移动到第2蒸发室22。第1蒸发室18中未蒸发的水Y，积存在第1蒸发室18的底部，并经连通部26积存在第2蒸发室22的底部。如图1所示，由于燃烧气体是由第2蒸发室22的下方向上方流动，所以促进了向积存在第1蒸发室18及第2蒸发室22的底部的水Y的传热。由于第1蒸发室18内流动的是液态的水和饱和水蒸汽，所以能够使氢生成装置100外周面温度降低到大约100℃以下。由于这样可以降低释放到周围环境中的热量，所以能够提高氢生成装置100的热效率。并且，由于通过设置开口部23，可使由第1蒸发室18产生的水蒸汽迅速移动到第2蒸发室22，所以能够抑制因产生的水蒸汽的体积膨胀引起的第1蒸发室18内的压力增加。结果是，由于能够减小水Y的供给压力的波动，从而能够使从水蒸汽出口24提供给改性器10的水蒸汽的量保持稳定，所以能够使改性器10中的催化反应稳定并减小改性气体中CO的浓度波动。
原料X通过原料入口19由外部供给，经过第1蒸发室18、第2蒸发室22，从水蒸汽供给管25流入改性器10。这样在改性器10中，通过利用改性催化剂的水蒸汽改性反应生成富含氢的改性气体。另外，该水蒸汽改性反应是在700℃程度的高温下发生的吸热反应，利用来自燃烧气体的传热而进行。如此生成的改性气体通过改性气体流路11从改性气体排出口27排出而提供给燃料电池101。
并且，由于原料X在通过第1蒸发室18及第2蒸发室22时利用来自燃烧气体的传热进行预热，因此能够提高氢生成装置100的热效率。另外，为了增加传热面积，也可分别在第1蒸发室18、第2蒸发室22的第1蒸发室18一侧、以及第2蒸发室22的燃烧气体流路12一侧设置散热片。通过设置这样的散热片，可以增大水Y的蒸发量。
(实施方式2)
图3表示本发明实施方式2的氢生成装置100的结构的剖面示意图。如图3所示，作为流动延缓部的圆棒呈螺旋状地缠绕在圆筒状的第1蒸发室18内，这样在第1蒸发室18内形成螺旋状流路18A。并且，由用于检测第1蒸发室18及第2蒸发室22的底部温度的温度传感器构成的温度检测装置32设置于第1蒸发室18及第2蒸发室22的下方。并且，在水蒸汽供给管25处设有热交换器33。
另外，关于本实施方式的氢生成装置100的其它结构，因与实施方式1的情况相同而采用相同的符号，省略说明。
下面，就如上结构的本实施方式的氢生成装置100的动作进行说明。
通过入水口20从外部供给的水Y，在螺旋状流路18A内沿圆棒31向下方流动。这样通过使水Y沿着缠绕成螺旋状的圆棒31流动，延长了水Y在第1蒸发室18内的滞留时间，并使滞留的水Y均匀分布在圆周方向。由于这样可增加来自燃烧气体的传热量，因此能够增加提供给水蒸汽改性反应的水蒸汽量。因此，能够提高原料X的转化率，使改性气体中的氢量得以增加。
这样为使水Y长时间滞留在第1蒸发室18内，并使滞留的水Y均匀分布在圆周方向，优选一种能够防止从外部提供的水Y很快就流到第1蒸发室底部的结构。但是，流路18A也不一定必须呈螺旋状才行，只要设有使水或水蒸汽至少沿着圆周方向流动的流动延缓部即可。
热交换器33用于进行通过水蒸汽供给管25的水蒸汽与燃烧气体间的热交换。由于这样能够回收燃烧气体的热量，因此能够进一步提高氢生成装置100的热效率。
温度检测装置32检测第1蒸发室18及第2蒸发室22的底部温度。根据该检测后的温度，能够推断第1蒸发室18及第2蒸发室22的底部是有水Y积存，还是呈已经蒸发掉了的状态。例如，检测后的温度比规定的温度低时即可推断第1蒸发室18及第2蒸发室22有水Y积存。在得到这样的推断时，就能够通过减少水Y的供给量使利用第1蒸发室18及第2蒸发室22的蒸发可靠地进行。
另外，在第2蒸发室22内也可以形成有和螺旋状流路18A同样的螺旋状流路。在这种情况下，由于能够延长通过第2蒸发室22内的水蒸汽的滞留时间，所以能够提高水蒸汽的温度。
并且，螺旋状流路18A也可以是通过在分隔壁21上设置螺旋状的肋而形成，不一定必须设有圆棒31。
(实施方式3)
图4表示本发明实施方式3的氢生成装置的结构的剖面示意图。如图4所示，在第1蒸发室18的圆周外侧与第1蒸发室18同轴地设有圆筒状的燃烧气体流路12A。在该燃烧气体流路12A的下部形成有燃烧气体排出口15。并且，在氢生成装置100的上部设有水预热部41，以便于利用燃烧气体加热提供给第1蒸发室18的水Y。
另外，关于本实施方式的氢生成装置100的其它结构，因与实施方式1的情况相同而采用相同的符号，省略说明。
然后，就如上结构的本实施方式的氢生成装置100的动作进行说明。
沿着第2蒸发室22流动的燃烧气体，流过设置于下游侧的水预热部41的周围，通过设置于第1蒸发室18圆周外侧的燃烧气体流路12A后，由燃烧气体排出口15排出。提供给水预热部41的水Y，由于能够通过来自燃烧气体的传热进行预热所以可以提高热效率。并且，由于燃烧气体流路12A中流动着燃烧气体，所以通过由燃烧气体向第1蒸发室18的传热，能够大大提高蒸发能力，降低由燃烧气体排出口15排出的燃烧气体的温度，因此能够进一步提高热效率。
另外，相应于配备本发明的氢生成装置的燃料电池系统的用途等，能够通过使上述实施方式内的某些适当组合而能实现各种氢生成装置。

Claims (11)

1.一种氢生成装置，具有：
产生燃烧气体的燃烧部；
由该燃烧部所产生的燃烧气体流经的燃烧气体流路；
利用来自所述燃烧气体的传热、使用含有至少由碳及氢构成的化合物的原料和水蒸汽通过水蒸汽改性反应而生成含氢的改性气体的改性器；
通过利用来自所述燃烧气体流路中流过的燃烧气体的传热使从外部供给的水蒸发而生成水蒸汽、将该水蒸汽提供给所述改性器的蒸发室，其特征在于：
所述燃烧气体流路设置成覆盖所述改性器外侧的至少一部分，所述蒸发室设置成覆盖所述燃烧气体流路外侧的至少一部分。
2.权利要求1所述的氢生成装置，其特征在于：所述蒸发室包括：具有水或水蒸汽入口的第1蒸发室；和位于该第1蒸发室内侧、且设置于所述燃烧气体流路的外侧、具有水蒸汽出口的第2蒸发室，所述第1蒸发室和所述第2蒸发室相隔分隔壁而设，在该分隔壁上形成有至少一个开口部。
3.权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于：所述蒸发室具有由外筒和内筒围成的圆筒状空间，通过在该圆筒状空间中配置筒状的所述分隔壁而设置出所述第1蒸发室及所述第2蒸发室。
4.权利要求3所述的氢生成装置，其特征在于：在所述第1蒸发室中，沿着圆周方向形成有流动延缓部，利用该流动延缓部规定水或水蒸汽的流路。
5.权利要求4所述的氢生成装置，其特征在于：通过所述流动延缓部而将所述水或水蒸汽的流路限定为螺旋状。
6.权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于：所述第1蒸发室具有所述原料入口。
7.权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于：在所述蒸发部的下端附近设有温度检测部。
8.权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于：在从所述第2蒸发室具有的所述水蒸汽出口至所述改性器的流经路线中，形成有水蒸汽和燃烧气体可进行热交换的结构。
9.权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于：在所述第1蒸发室的外侧配设有燃烧气体流路。
10.权利要求2所述的氢生成装置，其特征在于：还具有用于以燃烧气体加热提供给所述第1蒸发室的水或水蒸汽的水预热部。
11.一种燃料电池系统，具有：
权利要求1所述的氢生成装置，
使用含氧的氧化气体及由所述氢生成装置提供的改性气体而进行发电的燃料电池。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100338811C (zh) * 2003-07-29 2007-09-19 松下电器产业株式会社 氢生成装置及燃料电池电能产生系统
CN102395523A (zh) * 2009-12-25 2012-03-28 松下电器产业株式会社 氢生成装置和燃料电池系统
CN101500940B (zh) * 2006-09-05 2012-11-21 松下电器产业株式会社 氢生成装置以及燃料电池系统
CN109818008A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 财团法人工业技术研究院 燃料电池系统的模块化设备
CN110600774A (zh) * 2019-09-29 2019-12-20 武汉华科福赛新能源有限责任公司 一种固体氧化物燃料电池一体化集成bop系统

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7105431B2 (en) * 2003-08-22 2006-09-12 Micron Technology, Inc. Masking methods
CN100460311C (zh) * 2004-02-17 2009-02-11 松下电器产业株式会社 氢生成装置以及具备该装置的燃料电池系统
US7115524B2 (en) 2004-05-17 2006-10-03 Micron Technology, Inc. Methods of processing a semiconductor substrate
JP3872491B2 (ja) * 2005-02-01 2007-01-24 学校法人慶應義塾 燃料電池用の改質器および燃料電池システム
JPWO2006088018A1 (ja) * 2005-02-16 2008-07-03 松下電器産業株式会社 水素生成装置及びその運転方法並びに燃料電池システム
KR101156401B1 (ko) * 2005-04-11 2012-06-13 에스케이이노베이션 주식회사 열교환기 일체형 원통형 수증기 개질 장치
JP4437766B2 (ja) * 2005-05-23 2010-03-24 本田技研工業株式会社 燃料電池用蒸発装置及び蒸気生成方法
US7506685B2 (en) * 2006-03-29 2009-03-24 Pioneer Energy, Inc. Apparatus and method for extracting petroleum from underground sites using reformed gases
US20090133259A1 (en) * 2006-04-26 2009-05-28 Yutaka Yoshida Method for manufacturing hydrogen generator
US8273489B2 (en) 2006-06-12 2012-09-25 Fuji Electric Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell system including the same
KR100898296B1 (ko) * 2007-10-30 2009-05-18 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템용 증발기
US7906016B2 (en) * 2008-08-20 2011-03-15 Tiax Llc Chemical reactors
WO2010022732A1 (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Dantherm Power A/S Fuel cell system and method of operating such fuel cell system
US8090250B2 (en) * 2009-06-23 2012-01-03 Ether Precision, Inc. Imaging device with focus offset compensation
KR101108972B1 (ko) * 2009-11-12 2012-01-31 주식회사 한국가스스프링 회전 가능한 밸브핀 조작용 개폐레버를 갖는 가스 스프링
JP5610812B2 (ja) 2010-03-30 2014-10-22 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 水素製造装置及び燃料電池システム
KR101440914B1 (ko) * 2012-12-03 2014-09-17 에스티엑스중공업 주식회사 고온 평관형 고체산화물 연료전지 스택
KR101830954B1 (ko) 2016-06-08 2018-04-04 한국에너지기술연구원 일산화탄소 제거부가 포함된 수소제조 반응기

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6270202A (ja) * 1985-09-19 1987-03-31 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池用の燃料改質装置
JPH0611641B2 (ja) * 1987-12-12 1994-02-16 富士電機株式会社 メタノール改質器
JPH10167701A (ja) * 1996-12-13 1998-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 改質器
US20020007595A1 (en) * 1997-06-24 2002-01-24 Uli Maier-Roeltgen Method for reforming hydrocarbons autothermally
JP2000281311A (ja) 1999-03-31 2000-10-10 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池用改質装置
JP2000281313A (ja) * 1999-03-31 2000-10-10 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池用改質装置
CA2357960C (en) * 2000-10-10 2007-01-30 Tokyo Gas Co., Ltd. Single-pipe cylinder type reformer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100338811C (zh) * 2003-07-29 2007-09-19 松下电器产业株式会社 氢生成装置及燃料电池电能产生系统
CN101500940B (zh) * 2006-09-05 2012-11-21 松下电器产业株式会社 氢生成装置以及燃料电池系统
CN102395523A (zh) * 2009-12-25 2012-03-28 松下电器产业株式会社 氢生成装置和燃料电池系统
CN102395523B (zh) * 2009-12-25 2015-04-22 松下电器产业株式会社 氢生成装置和燃料电池系统
CN109818008A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 财团法人工业技术研究院 燃料电池系统的模块化设备
CN109818008B (zh) * 2017-11-20 2020-11-24 财团法人工业技术研究院 燃料电池系统的模块化设备
CN110600774A (zh) * 2019-09-29 2019-12-20 武汉华科福赛新能源有限责任公司 一种固体氧化物燃料电池一体化集成bop系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN1262034C (zh) 2006-06-28
KR100500087B1 (ko) 2005-07-11
US7223296B2 (en) 2007-05-29
KR20030055151A (ko) 2003-07-02
US20040043262A1 (en) 2004-03-04
EP1324414A3 (en) 2003-11-26
EP1324414A2 (en) 2003-07-02

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