JPH0397601A - 燃料改質器 - Google Patents
燃料改質器Info
- Publication number
- JPH0397601A JPH0397601A JP1235266A JP23526689A JPH0397601A JP H0397601 A JPH0397601 A JP H0397601A JP 1235266 A JP1235266 A JP 1235266A JP 23526689 A JP23526689 A JP 23526689A JP H0397601 A JPH0397601 A JP H0397601A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- burner
- combustion
- reforming
- tube
- combustion gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、燃料電池発電システムに組み込んで改質原料
ガスを水素に富むガスに改質して燃料電池に供給する燃
料改質器に関する. 〔従来の技術〕 燃料電池は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換
するものであり、小出力でも高い熱効率が得られること
から最近では従来のエンジン発電機やタービン発電機に
替わる移動用電源,離島用電源として、開発.展開が進
められている.ところで燃料電池に供給する燃料ガスの
水素源として天然ガスやLPG、あるいはこれらの主威
分である炭化水素に比べて反応温度が大幅に低く、かつ
改質工程も簡単に済むメタノールが用いられている.こ
れらの炭化水素やメタノールは改質触媒の下に水蒸気改
質反応により水素に富むガスに改質され、燃料電池の燃
料ガスとなる. ところで天然ガスは主威分であるメタンが下記の二つの
反応により改質される. CHa +HjO→CO+3H茸 ・・・一・・・・
・・・(1)Co +H,O→Cow +Ht
・・一・・・・・・・・《2》(1》の反応はNl系の
改質触媒の下で700℃〜900℃で行われる吸熱反応
であり、(2)の反応はCu系の改質触媒の下で200
℃〜400℃で行われる発熱反応である.なお、(1)
の反応は旧系の改質触媒が充填された改質管を有する燃
料改質器で行われ、(2)の反露はCu系の改質触媒を
内蔵する一酸化炭素変威器で行われる. 一方、メタノールは気化したメタノールガスが下記の2
段の反応により改質されると考えられている. ? H x O H = C O + 2 H *
・・・−・・・−・・・−・・(3)C O +H
* O→CO■十H, ・(4)+31,
+41の反応はいずれもCu系の改質触媒の下で200
℃〜400℃で行われ、(3)の反応は吸熱反応、(4
Jの反応は発熱反応であるがトータルすると吸熱反応で
ある.なお、(3)I (4)の反応は反応温度が低く
、一酸化炭素の濃度も低いため、Cu系の改質触媒が充
填された改質管を有する燃料改質器のみで行われる. 上記のメタン,メタノール等の改質原料ガスを改質する
燃料改質器の改質管における水蒸気改質反応はいずれも
大きな吸熱反応であるので外部からの熱の供給が必要で
あり、この場合外部からの伝熱がポイントになる.外部
からの熱の供給は高温の熱媒体、例えば燃焼ガスによっ
て行われ、改質触媒が充填された改質管を燃料改質器の
容器内に配設し、燃焼ガスを容器内に導いて改質管の管
壁に沿って通流させて改質管内の改質触媒からなる触媒
層を加熱し、改質原料ガスを水蒸気改質反応により水素
に富むガスに改質している.燃焼ガスは伝熱によりその
保有する熱を改質原燃料ガスに与えることにより、温度
が著しく低下してしまう.このため触媒層の上下流にお
いて均一な伝熱量を確保することは困難であり、これを
修正する手段として例えば伝熱促進手段の伝熱フィンを
改質管外壁に取りつける提案がなされている. このような燃料改質器として従来第2図に示すものが知
られている.図において1は燃料改質器の炉容器であり
、上部中央にバーナ2を備え、バーナ2を囲んで耐火物
3が内張リされた円筒状の隔壁4が吊り下げられている
.なおバーナ2には燃焼用燃料の入口管5と図示しない
燃焼ガス人口簀が設けられ、また炉容器1の上部には燃
焼ガス出口7が設けられている.隔壁4の内部の燃焼室
8には、改質原料ガスを過熱するら旋状の過熱管9が設
けられ、また隔壁4と炉容器lとの間のアニュラス状の
加熱室10には隔壁4を囲む内筒11と外筒12とから
なる改質管13が配設されている.改質管工3には改質
触媒が充填されて触媒層l4が形成され、またその外壁
には伝熱を促進するフィン15が改質管13の中部から
上部の円周上に取付けられている.なお、過熱管9の上
端には炉容器1の上板を貫通する改質原料ガス入口管1
6が、またその下端には改質管13の下端に接続する連
結管17が取付けられ、改質管13の上端には炉容器l
の上板を貫通する改質ガス出口管18が取付けられてい
る.このような構造により燃焼用燃料を燃焼用燃料入口
管5を経て、また燃焼空気を図示しない入口管を経てバ
ーナ2に供給して燃焼用燃料を燃焼させる.この燃焼に
より生じた火炎と燃焼ガスは燃焼室8が配設された過熱
器9を昇温し、燃焼ガスはさらに下方に流れて隔壁4の
下端をUターンして加熱室10を上方に流れ、加熱室l
Oに配設された改質管l3を加熱してフィン15により
伝熱が促進されて触媒層14を加熱昇温する.そして伝
熱により低温になった燃焼ガスは燃焼ガス出口7から外
部に排出される. 一方、改質原料ガスを触媒層14の温度が所定値に達し
たら改質原料ガス入口管16を経て遇熱g9に供給する
.過熱管9に供給された改質原料ガスは前記火炎や燃焼
ガスにより加熱されて過熱ガスとなり、この過熱ガスは
連結管17を経て改質管l3に流入する.流入した過熱
ガスは改質管l3内の触媒層14を上方に流れ、この間
改質管13の外壁に沿って流れる燃焼ガスにより加熱さ
れ、フィン15により伝熱が促進されて触媒層14に熱
が与えられ、改質反応温度の触媒の下で改質原料ガスは
水蒸気改質する.この改質された改質ガスは燃料電池に
供給される. 〔発明が解決しようとするL[題) 燃料改質器で改質原料ガスを水蒸気改質するために、バ
ーナ2にて燃焼が行われて改質管13内の触媒層14が
加熱されるが、燃焼時、燃焼室8に生じる火炎が長く伸
びて隔壁4の下端部を折返して加熱室10に入り込むこ
とがある.このためこの入り込んだ火炎により触媒層l
4が過熱されて触媒が劣化し、また加熱室10を流れる
燃焼ガス流量の傾よりか生じてこの傾よりにより触媒層
14の円周方向の温度分布が不均一になるという問題が
ある.本発明の目的は、バーナからの火炎が直接改質管
を加熱せずに燃焼ガスが均等に改質管を加熱するように
することのできる燃料改質器を提供することである. (!IImを解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明によれば炉容器の上
部中央に設けられるバーナと、このバーナを囲んで炉容
器上部から吊り下げられる筒状の隔壁と、隔壁と炉容器
の側壁との間に隔壁を囲んで配される改質触媒が充填さ
れた改質管とを備え、バーナからの燃焼による熱媒体に
より改質管を加熱して改質管を通流する改質原料ガスを
改質する燃料改質器において、前記隔壁内にバーナの周
囲から吊り下げられるバーナ筒と、炉容器の底部から直
立し、前記バーナ筒の下端からの一部を熱媒体通路を形
成して囲む燃焼筒とを設けるものとする. 〔作用〕 バーナで燃焼した火炎はバーナ筒内を長く伸びてバーナ
筒と燃焼筒とで形成される熱媒体通路に入り込んでも、
この熱媒体通路を通過する間で完全燃焼が行われて火炎
は熱媒体通路外には伸びず、隔壁と炉容器との間にある
改質管の方に入り込まないため、改質触媒の過熱は生じ
ない.また燃焼筒を出る燃焼ガスは火炎の傾よりに無関
係に隔壁を囲む改質管に等配され、改質管は均等に加熱
される. 〔実施例) 以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する.
第1図は本発明の実施例による燃料改賞器の断面図であ
る.なお、第1図において第2図の従来例と同一部品に
は同じ符号を付し、その説明を省略する.第1図におい
て従来例と異なるのは陽壁4内にバーナ2の周囲から吊
り下げられるバーナf!J21と、炉容器1の底部に直
立し、バーナ筒2lの下端からの一部を囲む筒状の燃焼
flJ22を設けたことである.なおバーナ筒2lと燃
焼筒22との間は燃焼ガス通路23を形成している.ま
た過熱管9は燃焼ガス通路23に配設されている.この
ような構造によりバーナ2での燃焼により火炎や燃焼ガ
スが生じるが、火炎が長く伸びてバーナ1m21からそ
の下端を折返して燃焼ガス通路23に入り込んでも燃焼
ガス通路23を通過する間で完全燃焼が行われて火炎は
燃焼ガス通路23外に伸びない.したがって燃焼ガス通
路23からは燃焼ガスのみが排出されて燃焼筒22の上
端で折返して燃焼筒22と隔壁4との間を流れて加熱室
10に流れ込むので、燃焼ガスは加熱室10に等配され
る.したがって加熱室IOに配された改質管13内の触
媒層14は火炎により遇熱されず、また触媒層14は等
配された燃焼ガスにより均等に加熱され、円周方向の温
度分布が均一化される. 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、バー
ナの周囲から吊り下げられるバーナ筒と、炉容器の底部
から直立し、バーナ筒の下端からの一部を熱媒体通路を
形成して囲む燃焼筒とを設けたことにより、バーナでの
燃焼により火炎が長く伸びても前記燃焼ガス通路外に火
炎は伸びず、燃焼ガス通路からは燃焼ガスのみが排出さ
れるので、改質管は火炎に直接加熱されず、かつ等配さ
れた燃焼ガスにより加熱され、このため触媒の劣化を防
ぐとともに触媒層の円周方向の温度分布が均一化される
,
ガスを水素に富むガスに改質して燃料電池に供給する燃
料改質器に関する. 〔従来の技術〕 燃料電池は化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換
するものであり、小出力でも高い熱効率が得られること
から最近では従来のエンジン発電機やタービン発電機に
替わる移動用電源,離島用電源として、開発.展開が進
められている.ところで燃料電池に供給する燃料ガスの
水素源として天然ガスやLPG、あるいはこれらの主威
分である炭化水素に比べて反応温度が大幅に低く、かつ
改質工程も簡単に済むメタノールが用いられている.こ
れらの炭化水素やメタノールは改質触媒の下に水蒸気改
質反応により水素に富むガスに改質され、燃料電池の燃
料ガスとなる. ところで天然ガスは主威分であるメタンが下記の二つの
反応により改質される. CHa +HjO→CO+3H茸 ・・・一・・・・
・・・(1)Co +H,O→Cow +Ht
・・一・・・・・・・・《2》(1》の反応はNl系の
改質触媒の下で700℃〜900℃で行われる吸熱反応
であり、(2)の反応はCu系の改質触媒の下で200
℃〜400℃で行われる発熱反応である.なお、(1)
の反応は旧系の改質触媒が充填された改質管を有する燃
料改質器で行われ、(2)の反露はCu系の改質触媒を
内蔵する一酸化炭素変威器で行われる. 一方、メタノールは気化したメタノールガスが下記の2
段の反応により改質されると考えられている. ? H x O H = C O + 2 H *
・・・−・・・−・・・−・・(3)C O +H
* O→CO■十H, ・(4)+31,
+41の反応はいずれもCu系の改質触媒の下で200
℃〜400℃で行われ、(3)の反応は吸熱反応、(4
Jの反応は発熱反応であるがトータルすると吸熱反応で
ある.なお、(3)I (4)の反応は反応温度が低く
、一酸化炭素の濃度も低いため、Cu系の改質触媒が充
填された改質管を有する燃料改質器のみで行われる. 上記のメタン,メタノール等の改質原料ガスを改質する
燃料改質器の改質管における水蒸気改質反応はいずれも
大きな吸熱反応であるので外部からの熱の供給が必要で
あり、この場合外部からの伝熱がポイントになる.外部
からの熱の供給は高温の熱媒体、例えば燃焼ガスによっ
て行われ、改質触媒が充填された改質管を燃料改質器の
容器内に配設し、燃焼ガスを容器内に導いて改質管の管
壁に沿って通流させて改質管内の改質触媒からなる触媒
層を加熱し、改質原料ガスを水蒸気改質反応により水素
に富むガスに改質している.燃焼ガスは伝熱によりその
保有する熱を改質原燃料ガスに与えることにより、温度
が著しく低下してしまう.このため触媒層の上下流にお
いて均一な伝熱量を確保することは困難であり、これを
修正する手段として例えば伝熱促進手段の伝熱フィンを
改質管外壁に取りつける提案がなされている. このような燃料改質器として従来第2図に示すものが知
られている.図において1は燃料改質器の炉容器であり
、上部中央にバーナ2を備え、バーナ2を囲んで耐火物
3が内張リされた円筒状の隔壁4が吊り下げられている
.なおバーナ2には燃焼用燃料の入口管5と図示しない
燃焼ガス人口簀が設けられ、また炉容器1の上部には燃
焼ガス出口7が設けられている.隔壁4の内部の燃焼室
8には、改質原料ガスを過熱するら旋状の過熱管9が設
けられ、また隔壁4と炉容器lとの間のアニュラス状の
加熱室10には隔壁4を囲む内筒11と外筒12とから
なる改質管13が配設されている.改質管工3には改質
触媒が充填されて触媒層l4が形成され、またその外壁
には伝熱を促進するフィン15が改質管13の中部から
上部の円周上に取付けられている.なお、過熱管9の上
端には炉容器1の上板を貫通する改質原料ガス入口管1
6が、またその下端には改質管13の下端に接続する連
結管17が取付けられ、改質管13の上端には炉容器l
の上板を貫通する改質ガス出口管18が取付けられてい
る.このような構造により燃焼用燃料を燃焼用燃料入口
管5を経て、また燃焼空気を図示しない入口管を経てバ
ーナ2に供給して燃焼用燃料を燃焼させる.この燃焼に
より生じた火炎と燃焼ガスは燃焼室8が配設された過熱
器9を昇温し、燃焼ガスはさらに下方に流れて隔壁4の
下端をUターンして加熱室10を上方に流れ、加熱室l
Oに配設された改質管l3を加熱してフィン15により
伝熱が促進されて触媒層14を加熱昇温する.そして伝
熱により低温になった燃焼ガスは燃焼ガス出口7から外
部に排出される. 一方、改質原料ガスを触媒層14の温度が所定値に達し
たら改質原料ガス入口管16を経て遇熱g9に供給する
.過熱管9に供給された改質原料ガスは前記火炎や燃焼
ガスにより加熱されて過熱ガスとなり、この過熱ガスは
連結管17を経て改質管l3に流入する.流入した過熱
ガスは改質管l3内の触媒層14を上方に流れ、この間
改質管13の外壁に沿って流れる燃焼ガスにより加熱さ
れ、フィン15により伝熱が促進されて触媒層14に熱
が与えられ、改質反応温度の触媒の下で改質原料ガスは
水蒸気改質する.この改質された改質ガスは燃料電池に
供給される. 〔発明が解決しようとするL[題) 燃料改質器で改質原料ガスを水蒸気改質するために、バ
ーナ2にて燃焼が行われて改質管13内の触媒層14が
加熱されるが、燃焼時、燃焼室8に生じる火炎が長く伸
びて隔壁4の下端部を折返して加熱室10に入り込むこ
とがある.このためこの入り込んだ火炎により触媒層l
4が過熱されて触媒が劣化し、また加熱室10を流れる
燃焼ガス流量の傾よりか生じてこの傾よりにより触媒層
14の円周方向の温度分布が不均一になるという問題が
ある.本発明の目的は、バーナからの火炎が直接改質管
を加熱せずに燃焼ガスが均等に改質管を加熱するように
することのできる燃料改質器を提供することである. (!IImを解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明によれば炉容器の上
部中央に設けられるバーナと、このバーナを囲んで炉容
器上部から吊り下げられる筒状の隔壁と、隔壁と炉容器
の側壁との間に隔壁を囲んで配される改質触媒が充填さ
れた改質管とを備え、バーナからの燃焼による熱媒体に
より改質管を加熱して改質管を通流する改質原料ガスを
改質する燃料改質器において、前記隔壁内にバーナの周
囲から吊り下げられるバーナ筒と、炉容器の底部から直
立し、前記バーナ筒の下端からの一部を熱媒体通路を形
成して囲む燃焼筒とを設けるものとする. 〔作用〕 バーナで燃焼した火炎はバーナ筒内を長く伸びてバーナ
筒と燃焼筒とで形成される熱媒体通路に入り込んでも、
この熱媒体通路を通過する間で完全燃焼が行われて火炎
は熱媒体通路外には伸びず、隔壁と炉容器との間にある
改質管の方に入り込まないため、改質触媒の過熱は生じ
ない.また燃焼筒を出る燃焼ガスは火炎の傾よりに無関
係に隔壁を囲む改質管に等配され、改質管は均等に加熱
される. 〔実施例) 以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する.
第1図は本発明の実施例による燃料改賞器の断面図であ
る.なお、第1図において第2図の従来例と同一部品に
は同じ符号を付し、その説明を省略する.第1図におい
て従来例と異なるのは陽壁4内にバーナ2の周囲から吊
り下げられるバーナf!J21と、炉容器1の底部に直
立し、バーナ筒2lの下端からの一部を囲む筒状の燃焼
flJ22を設けたことである.なおバーナ筒2lと燃
焼筒22との間は燃焼ガス通路23を形成している.ま
た過熱管9は燃焼ガス通路23に配設されている.この
ような構造によりバーナ2での燃焼により火炎や燃焼ガ
スが生じるが、火炎が長く伸びてバーナ1m21からそ
の下端を折返して燃焼ガス通路23に入り込んでも燃焼
ガス通路23を通過する間で完全燃焼が行われて火炎は
燃焼ガス通路23外に伸びない.したがって燃焼ガス通
路23からは燃焼ガスのみが排出されて燃焼筒22の上
端で折返して燃焼筒22と隔壁4との間を流れて加熱室
10に流れ込むので、燃焼ガスは加熱室10に等配され
る.したがって加熱室IOに配された改質管13内の触
媒層14は火炎により遇熱されず、また触媒層14は等
配された燃焼ガスにより均等に加熱され、円周方向の温
度分布が均一化される. 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、バー
ナの周囲から吊り下げられるバーナ筒と、炉容器の底部
から直立し、バーナ筒の下端からの一部を熱媒体通路を
形成して囲む燃焼筒とを設けたことにより、バーナでの
燃焼により火炎が長く伸びても前記燃焼ガス通路外に火
炎は伸びず、燃焼ガス通路からは燃焼ガスのみが排出さ
れるので、改質管は火炎に直接加熱されず、かつ等配さ
れた燃焼ガスにより加熱され、このため触媒の劣化を防
ぐとともに触媒層の円周方向の温度分布が均一化される
,
第1図は本発明の実施例による燃料改質器の断面図、第
2図は従来の燃料改質器の断面図である.1;炉容器、
4:隔壁、13:改質管、14:触媒層、21:バーナ
筒、22:燃焼筒、23:燃焼ガス通−4
2図は従来の燃料改質器の断面図である.1;炉容器、
4:隔壁、13:改質管、14:触媒層、21:バーナ
筒、22:燃焼筒、23:燃焼ガス通−4
Claims (1)
- 1)炉容器の上部中央に設けられるバーナと、このバー
ナを囲み、炉容器上部から吊り下げられる筒状の隔壁と
、この隔壁と炉容器の側壁との間に隔壁を囲んで配され
る改質触媒が充填された改質管とを備え、バーナからの
燃焼による熱媒体により改質管を加熱して改質管を通流
する改質原料ガスを水素に富むガスに改質する燃料改質
器において、前記隔壁内にバーナの周囲から吊り下げら
れるバーナ筒と、炉容器の底部から直立し、前記バーナ
筒の下端からの一部を熱媒体通路を形成して囲む燃焼筒
とを設けることを特徴とする燃料改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1235266A JPH0397601A (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 燃料改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1235266A JPH0397601A (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 燃料改質器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0397601A true JPH0397601A (ja) | 1991-04-23 |
Family
ID=16983546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1235266A Pending JPH0397601A (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 燃料改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0397601A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101771160B (zh) | 2008-12-29 | 2012-02-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种热耦合天然气重整器 |
| JP2017105695A (ja) * | 2015-08-28 | 2017-06-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 水素生成装置及び燃料電池システム |
-
1989
- 1989-09-11 JP JP1235266A patent/JPH0397601A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101771160B (zh) | 2008-12-29 | 2012-02-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种热耦合天然气重整器 |
| JP2017105695A (ja) * | 2015-08-28 | 2017-06-15 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 水素生成装置及び燃料電池システム |
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