JP2013227161A - Multiple pipe type reformer - Google Patents
Multiple pipe type reformer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013227161A JP2013227161A JP2012099043A JP2012099043A JP2013227161A JP 2013227161 A JP2013227161 A JP 2013227161A JP 2012099043 A JP2012099043 A JP 2012099043A JP 2012099043 A JP2012099043 A JP 2012099043A JP 2013227161 A JP2013227161 A JP 2013227161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- peripheral surface
- fin
- space
- pipe
- 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
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高温型燃料電池へ供給する水素を生成するための、重管型の改質器に関する。 The present invention relates to a heavy pipe type reformer for generating hydrogen to be supplied to a high temperature fuel cell.
燃料電池に供給する水素を生成するための触媒を備える改質器が知られている。改質器では、触媒上で化石燃料(例えば、メタン等)と蒸気とが反応することにより、水素が発生する(特許文献1参照)。この反応は、燃料の水蒸気改質反応(発熱反応)及び一酸化炭素(CO)シフト反応(吸熱反応)の平衡反応であり、略700℃〜800℃程度の高温下において、均一に触媒が加熱されることが要求される。 A reformer including a catalyst for generating hydrogen to be supplied to a fuel cell is known. In the reformer, hydrogen is generated when a fossil fuel (for example, methane or the like) reacts with steam on the catalyst (see Patent Document 1). This reaction is an equilibrium reaction of fuel steam reforming reaction (exothermic reaction) and carbon monoxide (CO) shift reaction (endothermic reaction), and the catalyst is heated uniformly at a high temperature of about 700 ° C to 800 ° C. It is required to be done.
改質器において略700℃〜800℃程度の高温下で燃料と蒸気との反応を行わせるために、例えば熱源として燃焼器等を用いることが考えられる。即ち、燃焼器における燃焼により生じた高温の排ガスを改質器に導いて改質器において熱交換を行い、改質器を高温にする。 In order to cause the reaction between fuel and steam at a high temperature of about 700 ° C. to 800 ° C. in the reformer, for example, a combustor or the like may be used as a heat source. That is, high-temperature exhaust gas generated by combustion in the combustor is guided to the reformer, heat is exchanged in the reformer, and the reformer is heated to a high temperature.
しかし、排ガスを用いて熱交換を行う場合には、流通する排ガスの上流側と下流側とでは温度が異なる。このため、流通する排ガスの上流側から下流側へと向かう方向において所定の長さを有する触媒を、均一に加熱することは困難である。 However, when heat exchange is performed using exhaust gas, the temperature differs between the upstream side and the downstream side of the flowing exhaust gas. For this reason, it is difficult to uniformly heat the catalyst having a predetermined length in the direction from the upstream side to the downstream side of the flowing exhaust gas.
本発明は、流通する高温の排ガスを用いて触媒をより均一に加熱することができる重管型の改質器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a heavy tube type reformer capable of heating a catalyst more uniformly using a flowing high-temperature exhaust gas.
本発明は、筒状の中管と、筒状であり、前記中管の内方に設けられた内側管と、前記内側管の内周面に設けられ、前記内側管の内周面から突出する内側フィンと、前記内側管の内周面により囲まれて形成された内側管内空間と、前記中管の内周面と前記内側管の外周面との間に形成された反応空間と、を備え、前記反応空間には、触媒が配置され、燃料及び蒸気が流通し、前記反応空間内で高温下において燃料と蒸気とが前記触媒上で反応して水素が発生し、前記内側管内空間には、高温のガスが流通する重管型の改質器に関する。 The present invention is a cylindrical middle tube, a cylindrical shape, an inner tube provided inside the middle tube, an inner circumferential surface of the inner tube, and protruding from an inner circumferential surface of the inner tube. An inner fin, an inner tube inner space formed by being surrounded by an inner peripheral surface of the inner tube, and a reaction space formed between an inner peripheral surface of the middle tube and an outer peripheral surface of the inner tube. A catalyst is disposed in the reaction space, fuel and steam circulate, and fuel and steam react on the catalyst at a high temperature in the reaction space to generate hydrogen, and in the inner pipe inner space. Relates to a heavy tube type reformer through which high-temperature gas flows.
また、前記内側フィンは、板状であり、前記内側管の軸方向に所定の間隔で平行に複数枚設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said inner fin is plate shape and is provided with two or more parallel in the axial direction of the said inner pipe | tube at predetermined intervals.
また、前記内側フィンは、前記内側管の軸方向視で環を二分割した形状を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said inner fin has a shape which divided the ring into two by the axial direction view of the said inner side pipe | tube.
また、前記内側管の内周面は、前記内側管内空間に流れる高温のガスの流れの上流側に相当する内側管無フィン部であって前記内側フィンが設けられていない内側管無フィン部と、前記内側管内空間に流れる高温のガスの流れの下流側に相当する内側管有フィン部であって前記内側フィンが設けられている内側管有フィン部と、を有することが好ましい。 The inner peripheral surface of the inner pipe is an inner pipe no-fin part corresponding to the upstream side of the flow of the high-temperature gas flowing in the inner pipe inner space, and the inner pipe no-fin part not provided with the inner fin. It is preferable to have an inner tube-equipped fin portion corresponding to the downstream side of the flow of the high-temperature gas flowing in the inner tube inner space and provided with the inner fin.
また、前記内側管の軸方向における前記内側管の単位長さ当たりの前記内側フィンの数は、前記内側管の部分であって前記内側管内空間に流れる高温のガスの上流側の部分に相当する部分よりも、下流側の部分の方が多いことが好ましい。 Further, the number of the inner fins per unit length of the inner tube in the axial direction of the inner tube corresponds to a portion of the inner tube and an upstream portion of the high-temperature gas flowing in the inner tube inner space. It is preferable that there are more downstream portions than portions.
また、前記中管の外方に配置された外側管と、前記中管の前記外周面と前記外側管の内周面との間に形成され、高温のガスが流通する外側空間と、前記中管の外周面に設けられ、前記中管の外周面から突出する外側フィンと、を備えることが好ましい。 An outer tube disposed outside the middle tube; an outer space formed between the outer peripheral surface of the middle tube and the inner peripheral surface of the outer tube; It is preferable to include an outer fin provided on the outer peripheral surface of the tube and projecting from the outer peripheral surface of the middle tube.
また、前記外側フィンは、板状であり、前記中管の軸方向に所定の間隔で平行に複数枚設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said outer side fin is plate shape and is provided with two or more parallel in the axial direction of the said middle pipe | tube at predetermined intervals.
また、前記外側フィンは、前記中管の軸方向視で環を二分割した形状を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said outside fin has the shape which divided the ring into two by the axial direction view of the said middle pipe | tube.
また、前記中管の外周面は、前記外側空間に流れる高温のガスの流れの上流側に相当する中管無フィン部であって前記外側フィンが設けられていない中管無フィン部と、前記外側空間に流れる高温のガスの流れの下流側に相当する中管有フィン部であって前記外側フィンが設けられている中管有フィン部と、を有することが好ましい。 Further, the outer peripheral surface of the intermediate tube is an intermediate tube non-fin portion corresponding to the upstream side of the flow of high-temperature gas flowing in the outer space, and the intermediate tube non-fin portion where the outer fin is not provided, It is preferable to have an intermediate tube-equipped fin portion corresponding to the downstream side of the flow of the high-temperature gas flowing in the outer space, the intermediate tube-equipped fin portion provided with the outer fin.
また、前記中管の軸方向における前記中管の単位長さ当たりの前記外側フィンの数は、前記中管の部分であって、前記外側空間に流れる高温のガスの上流側の部分よりも、下流側の部分の方が多いことが好ましい。 Further, the number of the outer fins per unit length of the intermediate tube in the axial direction of the intermediate tube is a portion of the intermediate tube, and more than the upstream portion of the high-temperature gas flowing in the outer space, It is preferable that there are more downstream portions.
本発明は、流通する高温の排ガスを用いて触媒をより均一に加熱することができる重管型の改質器を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a heavy tube type reformer that can heat a catalyst more uniformly using circulating high-temperature exhaust gas.
以下、本発明の第1実施形態に係る重管型の改質器について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る重管型の改質器1を示す断面斜視図である。図2は、第1実施形態に係る重管型の改質器1の内側フィン11を示す平面図である。
Hereinafter, a heavy tube type reformer according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing a heavy tube type reformer 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the
図1に示すように、第1実施形態に係る重管型の改質器1は、内側管10と中管20と外側管30と内側フィン11と外側フィン23とを有している。説明の便宜上、内側管10の軸方向において、内側管10の端部側であって、後述のように流通する排ガスG1の流入口側の端部側を上側と定義し、その反対側の端部側である図1の内側管10の下端部側を下側と定義する。
As shown in FIG. 1, the heavy tube type reformer 1 according to the first embodiment includes an
内側管10は、ステンレス鋼からなる円筒状であり、その内周面101によって内側管内空間121が形成されている。内側管内空間121には、燃焼器(図示せず)において燃料が燃焼されて生成された、略700℃〜800℃程度の高温の排ガスG1が流通可能である。排ガスG1は、図1に示す内側管内空間121の上端から流入し、下端から内側管内空間121の外方へ排出される。
The
内側フィン11は、内側管10の内周面101に設けられている。内側フィン11は、内側管10の内周面101から、内側管10の径方向内方へ向かって突出している。
内側フィン11は、側方視で平板状である。内側フィン11は、平面視で、同一形状の中心角120°〜180°を有する略扇形の環の一部が線対称形状の位置関係で対をなして配置されたような形状を有している。本実施形態では、内側フィン11は、あたかも環がその直径位置(中心角180°の位置)において二分割されたような形状を有して対をなしており、環の直径位置にある二分割線111、111同士が、10mmの間隔で離間して配置された位置関係を有する。
The
The
内側フィン11は、図1に示すように、平行な位置関係を有する平坦な上面112と平坦な下面113とを有しており、上面112及び下面113は、それぞれ、内側管10の径方向に平行な面、即ち、水平面に対して10°の角度をなして交差する位置関係を有して傾斜している。また、各内側フィン11同士においても、その上面112と上面112とは互いに平行な位置関係を有しており、下面113と下面113とは、互いに平行な位置関係を有している。
上述のように傾斜している内側フィン11、11の部分であって、二分割線111(111A)、111(111A)、111(111B)、111(111B)のうちの一方の対をなす二分割線111A、111Aを有する部分は、内側フィン11、11においては、上下方向において最も上に位置する部分であり、二分割線111B、111Bを有する部分は、内側フィン11、11においては、上下方向において最も下に位置する部分である。内側フィン11は、内側管10の上端部近傍から、後述する触媒202の下端に対向する位置に至るまで、内側管10の軸方向に10mm間隔で23対設けられている。
As shown in FIG. 1, the
The
中管20は、内側中管21と外側中管22とを有する。内側中管21は、円筒状であり、内側管10の外方において内側管10と同芯状に配置されている。従って、内側管10は、内側中管21の内方に中管20と同芯状に配置されている。内側管10の軸方向において、内側中管21の下端は、内側管10の下端よりも上方に位置している。内側管10の軸方向において、内側中管21の上端は、内側管10の上端よりも下方に位置している。
The
内側中管21の内周面211及び内側管10の外周面102は、反応空間201の一部を形成している。反応空間201は、後述する都市ガスと蒸気との混合ガスG2が反応空間201に配置された後述の触媒202中を通過することにより、燃料である都市ガスの水蒸気改質反応(発熱反応)及び一酸化炭素(CO)シフト反応(吸熱反応)の平衡反応が行われ、水素ガスG2が生成される空間である。反応空間201の下半分には、触媒202が設けられている。触媒202は、反応空間201内において、内側中管21の内周面211と内側管10の外周面102との間に充填されるように配置されている。
The inner
外側中管22は、円筒状であり、内側中管21の外方において内側中管21と同芯状に配置されている。内側管10の軸方向において、外側中管22の下端は、内側中管21の下端よりも下方に位置し、且つ、内側管10の下端と一致した位置関係を有している。外側中管22の下端と内側管10の下端とは、中管下壁24によって接続されている。内側中管21の外周面212及び外側中管22の内周面221は、反応空間201の一部を形成している。反応空間201は、中管下壁24によって、内側管10の軸方向における下端において閉塞されている。また、内側中管21の下端において、反応空間201の部分であって、内側中管21の外周面212及び外側中管22の内周面221により形成されている部分と、内側中管21の内周面211及び内側管10の外周面102により形成されている部分とは、互いに連通している。
The
また、内側管10の軸方向において、外側中管22の上端は、内側中管21の上端と一致している。外側中管22の上端と内側管10の外周面102とは、中管上壁25によって接続されている。中管上壁25によって、内側管10の軸方向における上端において、反応空間201は閉塞されている。また、内側中管21の上端において、反応空間201の部分であって、内側中管21の外周面212及び外側中管22の内周面221により形成されている部分と、内側中管21の内周面211及び内側管10の外周面102により形成されている部分とは、連通しておらず遮断されている。
Further, the upper end of the outer
中管上壁25には、貫通孔251が形成されている。貫通孔251の開口部には、当該開口部を取り囲み、中管上壁25から内側管10の軸方向且つ上方へ延びる燃料蒸気流入管部252が設けられている。また、外側中管22の側面の上端部には、貫通孔253が形成されており、貫通孔253の開口部には、当該開口部を取り囲み、当該外側中管22の側面の上端部から外側中管22の径方向外方へ延びる燃料蒸気排出管部254が設けられている。
A through
外側管30は、円筒状であり、外側中管22の外方において外側中管22と同芯状に配置されている。内側管10の軸方向において、外側管30の下端は、内側管10の下端よりも下方に位置している。
外側管30の下端は、外側管下壁31によって閉塞されている。外側管30の内周面301及び外側中管22の外周面222は、外側空間303を形成している。内側管内空間121は、外側管下壁31の上面と、中管下壁24の下面との間の空間を介して、外側空間303に連通している。
The
The lower end of the
また、内側管10の軸方向において、外側管30の上端は、外側中管22の燃料蒸気排出管部254よりも下方に位置している。外側管30の上端と外側中管22の外周面222とは、外側管上壁32によって接続されている。外側管上壁32によって外側空間303は、内側管10の軸方向上端において閉塞されている。
外側管30の外周面302の上端部には、貫通孔304が形成されており、貫通孔304の開口部には、当該開口部を取り囲み、当該外側管30の外周面302の上端部から外側管30の径方向外方へ延びる排ガス排出管部305が設けられている。
Further, in the axial direction of the
A through
外側フィン23は、外側中管22の外周面222に設けられている。外側フィン23は、外側中管22の外周面222から、内側管10の径方向外方へ向かって突出している。
内側フィン11と同様に、外側フィン23は、側方視で平板状である。外側フィン23は、平面視で、同一形状の中心角120°〜180°を有する略扇形の環の一部が線対称形状の位置関係で対をなして配置されたような形状を有している。本実施形態では、外側フィン23は、あたかも環がその直径位置(中心角180°の位置)において二分割されたような形状を有して対をなしており、環の直径位置にある二分割線231、231同士が、15mmの間隔で離間して配置された位置関係を有する。なお、図1においては、対をなす外側フィン23のうちの一方のみが現れている。
The
Similar to the
外側フィン23は、図1に示すように、平行な位置関係を有する平坦な上面232と平坦な下面233とを有しており、上面232及び下面233は、それぞれ、外側管30の径方向に平行な面、即ち、水平面に対して12°の角度をなして交差する位置関係を有して傾斜している。また、各外側フィン23同士においても、その上面232と上面232とは互いに平行な位置関係を有しており、下面233と下面233とは、互いに平行な位置関係を有している。
上述のように傾斜している外側フィン23、23の部分であって、二分割線231(231A)、231(231A)、231(231B)、231(231B)のうちの一方の対をなす二分割線231A、231Aを有する部分は、外側フィン23、23においては、上下方向において最も上に位置する部分であり、二分割線231B、231Bを有する部分は、外側フィン23、23においては、上下方向において最も下に位置する部分である。外側フィン23は、外側中管22の下端部近傍から、外側管30の上端部近傍であって外側管30の排ガス排出管部305よりも下の部分に相当する部分に至るまで、内側管10の軸方向に20mm間隔で14対設けられている。
As shown in FIG. 1, the
The
次に、重管型の改質器1の動作について説明する。図1に示すように、重管型の改質器1の内側管内空間121には、燃焼器(図示せず)における燃焼により生成された高温の排ガスG1が供給される。また、重管型の改質器1の反応空間201には、都市ガスのガス栓から供給された都市ガスと、濾過膜モジュール(図示せず)の濾過膜(例えば、逆浸透膜、ナノ濾過膜)によりろ過された水が加熱されて得られた蒸気との混合ガスG2が供給される。
Next, the operation of the heavy tube type reformer 1 will be described. As shown in FIG. 1, high-temperature exhaust gas G <b> 1 generated by combustion in a combustor (not shown) is supplied to the inner pipe
排ガスG1は、内側管内空間121を上側から下側へと流れる。このとき、排ガスG1の一部は、内側フィン11に衝突し、内側フィン11に熱を十分に伝達する。内側フィン11に伝達された熱は、内側管10を通して反応空間201内の触媒202や混合ガスG2へ伝達される。内側管内空間121の下端に至った排ガスG1は、外側管下壁31の上面と中管下壁24の下面との間の空間を通って、外側空間303の下端から外側空間303内に流入する。そして、外側空間303内を下側から上側へと流れる。このとき、排ガスG1の一部は、外側フィン23に衝突し、外側フィン23に熱を十分に伝達する。外側フィン23に伝達された熱は、外側中管22を通して、後述の反応空間201内を流れる水素ガスG2であって、混合ガスG2から生成された水素ガスG2へ伝達される。
The exhaust gas G1 flows through the inner pipe
混合ガスG2は、燃料蒸気流入管部252から反応空間201内に流入し、反応空間201を上側から下側へと流れる。そして、均一に加熱された触媒202の中を通過することにより、燃料である都市ガスの水蒸気改質反応(発熱反応)及び一酸化炭素(CO)シフト反応(吸熱反応)の平衡反応が、略700℃〜800℃程度の高温下において行われ、水素ガスG2が生成される。水素ガスG2は、反応空間201の部分であって、内側中管21の外周面212及び外側中管22の内周面221により形成されている部分を、下側から上側へと流れ、外側フィン23によって加熱され、燃料蒸気排出管部254から排出される。
The mixed gas G2 flows into the
次に、本発明の第2実施形態に係る重管型の改質器1Aについて図3を参照しながら説明する。第2実施形態に係る重管型の改質器1Aにおいては、中管20A等の構成が異なることにより、反応空間201Aの構成や排ガスG1や混合ガスG2の流れる方向が、第1実施形態に係る重管型の改質器1とは異なる。
Next, a heavy
図3に示すように、第2実施形態に係る重管型の改質器1Aは、内側管10Aと中管20Aと外側管30Aと内側フィン11と外側フィン23とを有している。内側管10A、中管20A、外側管30A、内側フィン11、及び外側フィン23は、第1実施形態のものと同一の材料により構成されている。説明の便宜上、内側管10Aの軸方向において後述のように流通する排ガスG1の上流側を上側と定義し、下流側を下側と定義する。
As shown in FIG. 3, the heavy tube type reformer 1 </ b> A according to the second embodiment includes an
内側管10Aは、円筒状であり、その内周面101Aによって内側管内空間121Aが形成されている。内側管内空間121Aには、燃焼器(図示せず)において燃料が燃焼されて生成された、略700℃〜800℃程度の高温の排ガスG1が流通可能である。排ガスG1は、後述する排ガス流入管部15を通して内側管内空間121Aの上方から流通してきて、内側管内空間121Aの上端から流入し、内側管10Aの下端から内側管10A外へ排出される。
The
内側管10Aの内周面101Aには、内側フィン11が設けられている。内側フィン11は、内側管10Aの内周面101Aから、内側管10Aの径方向内方へ向かって突出している。各内側フィン11の構成については、第1実施形態の内側フィン11と同一であるため説明を省略する。
内側フィン11は、内側管10Aの上端部近傍から、後述する触媒202Aの下端に対向する位置に至るまで、内側管10Aの軸方向に15mm間隔で16対設けられている。
Sixteen pairs of
中管20Aは、内側中管21Aと外側中管22Aとを有する。内側中管21Aは、円筒状であり、内側管10Aの外方において内側管10Aと同芯状に配置されている。従って、内側中管21Aの内方には、内側管10Aが中管20Aと同芯状に配置されている。内側管10Aの軸方向において、内側中管21Aの下端は、内側管10Aの下端よりも上方に位置している。内側管10Aの軸方向において、内側中管21Aの上端は、内側管10Aの上端よりも下方に位置している。
The
外側中管22Aは、円筒状であり、内側中管21Aの外方において内側中管21Aと同芯状に配置されている。内側管10Aの軸方向において、外側中管22Aの下端は、内側中管21Aの下端と一致した位置関係を有している。外側中管22Aの下端と内側中管21Aの下端と内側管10Aの外周面102Aとは、中管下壁24Aによって接続されている。
The outer
反応空間201Aは、内側中管21Aの外周面212Aと外側中管22Aの内周面221Aとで形成される空間と、内側中管21Aの内周面211Aと内側管10Aの外周面102Aとで形成される空間とにより構成されている。反応空間201Aは、中管下壁24Aによって、内側管10Aの軸方向下端において閉塞されている。また、反応空間201Aの部分であって、内側中管21Aの外周面212Aと外側中管22Aの内周面221Aとで形成される部分は、反応空間201Aの部分であって、内側中管21Aの内周面211Aと内側管10Aの外周面102Aとで形成される部分に、内側中管21Aの上端において連通している。
The
反応空間201Aの上半分には、触媒202Aが設けられている。触媒202Aは、内側中管21Aの外周面212Aと外側中管22Aの内周面221Aとの間に充填されるように配置されている。
また、内側管10Aの軸方向において、外側中管22Aの上端は、内側中管21Aの上端よりも上方に位置している。内側管10Aの軸方向において、外側中管22Aの上端と内側管10Aの上端とは、一致した位置関係を有している。外側中管22Aの上端と内側管10Aの上端とは、中管上壁25Aによって接続されている。反応空間201Aは、中管下壁24Aによって、内側管10Aの軸方向下端において閉塞されている。
A
Further, in the axial direction of the
外側中管22Aの外周面222Aには、外側フィン23が設けられている。外側フィン23は、外側中管22Aの外周面222Aから、内側管10Aの径方向外方へ向かって突出している。各外側フィン23の構成については、第1実施形態の外側フィン23と同一であるため説明を省略する。外側フィン23は、触媒202Aの上端に相当する部分から、外側中管22Aの下端部近傍であって後述の外側管30Aの排ガス排出管部305Aよりも上の部分に相当する部分に至るまで、内側管10Aの軸方向に17mm間隔で16対設けられている。
外側管30Aは、円筒状であり、外側中管22Aの外方において外側中管22Aと同芯状に配置されている。内側管10Aの軸方向において、外側管30Aの下端は、内側中管21Aの下端及び外側中管22Aの下端と一致する位置関係を有している。外側管30Aの下端は、中管下壁24Aによって内側中管21Aの下端及び外側中管22Aの下端と接続されている。外側管30Aの下端は、中管下壁24Aによって閉塞されている。外側管30Aの内周面301A及び外側中管22Aの外周面222Aは、外側空間303Aを形成している。
The
また、内側管10Aの軸方向において、外側管30Aの上端は、中管上壁25Aよりも上方に位置しており、上壁(図示せず)によって閉塞されている。上壁の中央には、貫通孔(図示せず)が形成されており、貫通孔の開口部には、当該開口部を取り囲み、上方へ延びる排ガス流入管部15が設けられている。排ガス流入管部15の下端と内側管10Aの上端とは、所定の距離で離間しており、内側管内空間121Aと外側空間303Aとは、中管上壁25A上で連通している。
Further, in the axial direction of the
外側管30Aの側面の下端部には、貫通孔304Aが形成されており、貫通孔304Aの開口部には、当該開口部を取り囲み、当該外側管30Aの外周面302Aの下端部から内側管10Aの径方向且つ外側管30Aの外方へ延びる排ガス排出管部305Aが設けられている。
中管下壁24Aには、貫通孔251Aが形成されている。貫通孔251Aは、中管下壁24Aの部分であって、反応空間201Aを構成している空間、即ち、内側中管21Aの外周面212A及び外側中管22Aの内周面221Aにより形成されている空間に対向する部分に形成されている。貫通孔251Aの開口部には、当該開口部を取り囲み、中管下壁24Aから内側管10Aの軸方向且つ下方へ延びる燃料蒸気流入管部252Aが設けられている。
また、中管下壁24Aには、貫通孔253Aが形成されている。貫通孔253Aは、中管下壁24Aの部分であって、反応空間201Aを構成している空間、即ち、内側中管21Aの内周面211A及び内側管10Aの外周面102Aにより形成されている空間に対向する部分に形成されている。貫通孔253Aの開口部には、当該開口部を取り囲み、中管下壁24Aから内側管10Aの軸方向且つ下方へ延びる燃料蒸気排出管部254Aが設けられている。
A through
A through
Further, a through
次に、重管型の改質器1Aの動作について説明する。重管型の改質器1Aの内側管内空間121Aには、図3に示すように、燃焼器(図示せず)における燃焼により生成された高温の排ガスG1が、排ガス流入管部15を通して供給される。
具体的には、排ガスG1は、内側管内空間121Aを上側から下側へと流れる。このとき、排ガスG1の一部は、内側フィン11に衝突し、内側フィン11に熱を十分に伝達する。内側フィン11に伝達された熱は、内側管10Aを通して、反応空間を構成する空間、即ち内側管10Aの外周面102Aと内側中管21Aの内周面211Aとの間の空間に流通する水素ガスG2であって、混合ガスG2から生成された水素ガスG2へ伝達される。そして、排ガスG1は、内側管10Aの下端から排出される。
Next, the operation of the heavy
Specifically, the exhaust gas G1 flows through the inner pipe
また、中管上壁25A上を通り、内側管10Aの径方向外方へ流れた排ガスG1は、外側空間303Aの上端から外側空間303A内に流入する。そして、外側空間303Aを上側から下側へと流れる。このとき、排ガスG1の一部は、外側フィン23に衝突し、外側フィン23に熱を十分に伝達する。外側フィン23に伝達された熱は、外側中管22Aを通して、触媒202Aと、後述のように反応空間201A内を流れる混合ガスG2とへそれぞれ伝達される。外側空間303Aの下端に至った排ガスG1は、排ガス排出管部305Aから排出される。
Further, the exhaust gas G1 that has passed over the middle pipe
重管型の改質器1Aの反応空間201Aには、図3に示すように、都市ガスと蒸気との混合ガスG2が供給される。
具体的には、混合ガスG2は、燃料蒸気流入管部252Aから反応空間201A内に流入し、反応空間201Aを構成する空間、即ち、内側中管21Aの外周面212A及び外側中管22Aの内周面221Aにより形成されている空間において、下側から上側へと流れる。そして、均一に加熱された触媒202Aの中を通過することにより、燃料である都市ガスの水蒸気改質反応(発熱反応)及び一酸化炭素(CO)シフト反応(吸熱反応)の平衡反応が、略700℃〜800℃程度の高温下において行われ、水素が生成される。そして、反応空間201Aの上端において、反応空間201Aの部分、即ち、内側管10Aの外周面102Aと内側中管21Aの内周面211Aとにより形成される部分空間に流入し、上側から下側へ流れ、燃料蒸気排出管部254Aから排出される。
As shown in FIG. 3, a mixed gas G2 of city gas and steam is supplied to the
Specifically, the mixed gas G2 flows into the
上記本実施形態の重管型の改質器1、1Aによれば、以下のような効果を得ることができる。
内側管10、10Aの内周面101、101Aには、内周面101、101Aから突出する内側フィン11が設けられているため、内側管10、10A内に流れる高温の排ガスG1の熱を、触媒202、202A、混合ガスG2、及び水素ガスG2に均一に伝達することができる。このため、触媒202、202A上における燃料と蒸気との反応に均一に効果的に導くことができる。同様に、中管20、20Aを構成する外側中管22、22Aの外周面222、222Aには、外側中管22、22Aの外周面222、222Aから突出する外側フィン23が設けられているため、外側空間303、303A内に流れる高温の排ガスG1の熱を、触媒202、202A、混合ガスG2、及び水素ガスG2に均一に伝達することができる。このため、触媒202、202A上における燃料と蒸気との反応に均一に効果的に導くことができる。このため、均一な反応により効率よく水素を発生させることができる。
この結果、SOFC(固体酸化物形燃料電池)のような高温型の燃料電池に、均一な反応により効率よく発生させた高温の水素を供給することができる。また、排ガスG1から混合ガスG2へ低圧損で高効率な熱交換を可能とすることができる。
According to the heavy
Since the inner
As a result, high-temperature hydrogen efficiently generated by a uniform reaction can be supplied to a high-temperature fuel cell such as a SOFC (solid oxide fuel cell). Further, highly efficient heat exchange can be performed from the exhaust gas G1 to the mixed gas G2 with a low pressure loss.
また、内側フィン11は、板状であり、内側管10、10Aの軸方向に所定の間隔で平行に複数枚設けられているため、高温の排ガスG1を、内側フィン11の上面112及び下面113に広く当てることができると共に、スムーズに内側管10、10Aの軸方向へ流すことができる。同様に、外側フィン23は、板状であり、中管20、20Aの軸方向に所定の間隔で平行に複数枚設けられているため、高温の排ガスG1を外側フィン23の上面232及び下面233に広く当てることができると共に、スムーズに内側管10、10Aの軸方向へ流すことができる。
The
また、内側フィン11は、内側管10、10Aの軸方向視で環を二分割した形状を有するため、内側管10、10A内において、高温の排ガスG1を内側管10、10Aの軸方向へスムーズに流すことができる。同様に、外側フィン23は、内側管10、10Aの軸方向視で環を二分割した形状を有するため、外側空間303、303A内において、高温の排ガスG1を内側管10、10Aの軸方向へスムーズに流すことができる。
Further, since the
また、前述のように、内側フィン11の上面112及び下面113は、それぞれ、内側管10、10Aの径方向に平行な面に対して10°の角度をなして交差する位置関係を有する。また、外側フィン23の上面232及び下面233は、それぞれ、内側管10、10Aの径方向に平行な面に対して12°の角度をなして交差する位置関係を有する。このため、内側フィン11、外側フィン23の破損を低減することができ、また、内側フィン11、外側フィン23の伝熱面積を大きくすることができる。
Further, as described above, the
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、上述の第1実施形態では、内側フィン11は、内側管10の上端部近傍から、触媒202の下端に対向する位置に至るまで、内側管10の軸方向に10mm間隔で23対設けられていたが、この構成に限定されない。即ち、内側フィン11の数や間隔の値は、本実施形態の数や値に限定されず、また、内側フィンは、内側管10、10Aの上端部近傍から、触媒202、202Aの下端に対向する位置に至るまで一様に設けられていなくてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified within the technical scope described in the claims. For example, in the first embodiment described above, 23 pairs of the
例えば、図4、図5にそれぞれ示すように、内側管10、10Aの内周面101、101Aは、内側管内空間121、121Aに流れる高温のガスである排ガスG1の流れの上流側に相当する部分であって内側フィン11が設けられていない内側管無フィン部105、105Aと、内側管内空間121、121Aに流れる排ガスG1の流れの下流側に相当する部分であって内側フィン11が設けられている内側管有フィン部106、106Aと、を有していてもよい。
For example, as shown in FIGS. 4 and 5, the inner
同様に、中管20、20Aの外側中管22、22Aの外周面222、222Aは、外側空間303、303Aに流れる排ガスG1の流れの上流側に相当する部分であって外側フィン23が設けられていない中管無フィン部27、27Aと、外側空間303、303Aに流れる排ガスG1の流れの下流側に相当する部分であって外側フィン23が設けられている中管有フィン部28、28Aと、を有していてもよい。
Similarly, the outer
図4は、第1実施形態に係る重管型の改質器1の変形例を示す断面斜視図である。図4に示す第1実施形態の変形例は、内側フィン11の数が異なる点、内側フィン11の設けられている位置が異なる点、外側フィン23の数が異なる点、及び外側フィン23の設けられている位置が異なる点のみにおいて、第1実施形態とは異なる。
また、図5は、第2実施形態に係る重管型の改質器1Aの変形例を示す断面斜視図である。図5に示す第2実施形態の変形例は、内側フィン11の数が異なる点、内側フィン11の設けられている位置が異なる点、外側フィン23の数が異なる点、及び外側フィン23の設けられている位置が異なる点のみにおいて、第2実施形態とは異なる。
FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing a modification of the heavy tube type reformer 1 according to the first embodiment. The modification of the first embodiment shown in FIG. 4 is that the number of the
FIG. 5 is a cross-sectional perspective view showing a modification of the heavy
具体的には、第1実施形態の変形例では、図4に示すように、重管型の改質器1Bの内側管内空間121における排ガスG1の流れの上流側に相当する部分である図4の上側の略3分の2程度の部分には、内側フィン11は設けられていない。内側管10の内周面101であって、このように内側フィン11が設けられていない部分は、内側管無フィン部105を構成する。これに対して内側管内空間121における排ガスG1の流れの下流側に相当する部分である図4の下側の略3分の1程度の部分には、内側フィン11が11mm間隔で9対設けられている。内側管10の内周面101のこの部分は、内側管有フィン部106を構成する。
Specifically, in the modification of the first embodiment, as shown in FIG. 4, the portion corresponding to the upstream side of the flow of the exhaust gas G <b> 1 in the inner pipe
また、外側空間303における排ガスG1の流れの上流側に相当する部分である下側の略3分の1程度の部分には、外側フィン23は設けられていない。外側中管22の外周面222のこの部分は、中管無フィン部27を構成する。これに対して外側空間303における排ガスG1の流れの下流側に相当する部分である上側の略3分の2程度の部分には、外側フィン23が22mm間隔で9対設けられている。外側中管22の外周面222のこの部分は、中管有フィン部28を構成する。
In addition, the
また、第2実施形態の変形例では、図5に示すように、重管型の改質器1Cの内側管内空間121Aにおける排ガスG1の流れの上流側に相当する部分である図5の上側の略2分の1程度の部分には、内側フィン11は設けられていない。内側管10Aの内周面101Aのこの部分は、内側管無フィン部105Aを構成する。これに対して内側管内空間121Aにおける排ガスG1の流れの下流側に相当する部分である下側の略2分の1程度の部分には、内側フィン11が16mm間隔で9対設けられている。内側管10Aの内周面101Aのこの部分は、内側管有フィン部106Aを構成する。
Moreover, in the modification of 2nd Embodiment, as shown in FIG. 5, it is a part equivalent to the upstream of the flow of the waste gas G1 in the inner pipe | tube
また、外側空間303Aにおける排ガスG1の流れの上流側に相当する部分である上側の略3分の1程度の部分には、外側フィン23は設けられていない。外側中管22Aの外周面222Aのこの部分は、中管無フィン部27Aを構成する。これに対して外側空間303Aにおける排ガスG1の流れの下流側に相当する部分である下側の略3分の2程度の部分には、外側フィン23が30mm間隔で12対設けられている。外側中管22Aの外周面222Aのこの部分は、中管有フィン部28Aを構成する。
In addition, the
排ガスG1は、流れてゆくに従い、その温度は低下する。また、蒸気及び燃料の混合ガスG2は、発熱反応、吸熱反応を繰り返すので、その温度は低下する。しかし、上述のように内側フィン11及び外側フィン23を配置させたため、当該排ガスG1の温度が低下した位置においても排ガスG1から熱を効果的に触媒202、202Aに伝達させることができ、必要最小限のフィンの数で、熱を均一に触媒202、202Aに伝達することができる。
As the exhaust gas G1 flows, its temperature decreases. Moreover, since the mixed gas G2 of steam and fuel repeats an exothermic reaction and an endothermic reaction, its temperature decreases. However, since the
また、上述の実施形態及び変形例では、内側フィン11、外側フィン23は、等間隔で配置されていたが、等間隔でなくてもよい。
例えば、内側管10、10Aの軸方向における内側管10、10Aの単位長さ当たりの内側フィン11の数は、内側管10、10Aの部分であって内側管内空間121、121Aに流れる高温のガスである排ガスG1の上流側の部分に相当する部分よりも、下流側の部分の方が多く構成されていてもよい。同様に、中管20、20Aの軸方向における中管20、20Aの単位長さ当たりの外側フィン23の数は、中管20、20Aの部分であって、外側空間303、303Aに流れる排ガスG1の上流側の部分よりも、下流側の部分の方が多く構成されていてもよい。
Moreover, in the above-mentioned embodiment and modification, although the
For example, the number of the
前述のように排ガスG1は、流れてゆくに従い、排ガスG1の温度は低下する。また、蒸気及び燃料の混合ガスG2は、発熱反応、吸熱反応を繰り返すので、その温度は低下する。しかし、このように内側フィン11及び外側フィン23を配置させたため、当該温度が低下した位置において、排ガスG1からより多くの熱を効果的に触媒202、202Aに伝達させることができ、熱を均一に触媒202、202Aに伝達することができる。
また、上述の実施形態及び変形例では、中管20、20Aは、外側中管22、22A及び内側中管21、21Aにより構成されているが、この構成に限定されない。また、改質器1、1A、1B、1Cにより生成された水素が用いられるのは、高温型燃料電池に限定されない。
As described above, as the exhaust gas G1 flows, the temperature of the exhaust gas G1 decreases. Moreover, since the mixed gas G2 of steam and fuel repeats an exothermic reaction and an endothermic reaction, its temperature decreases. However, since the
Moreover, in the above-mentioned embodiment and modification, although the
1、1A、1B、1C 改質器
10 内側管
11 内側フィン
20 中管
21 内側中管
22 外側中管
23 外側フィン
30 外側管
101、211、221 内周面
102、212、222 外周面
112、232 上面
113、233 下面
G1 排ガス
G2 混合ガス(水素ガス)
201 反応空間
202 触媒
303 外側空間
1, 1A, 1B,
201
Claims (10)
筒状であり、前記中管の内方に設けられた内側管と、
前記内側管の内周面に設けられ、前記内側管の内周面から突出する内側フィンと、
前記内側管の内周面により囲まれて形成された内側管内空間と、
前記中管の内周面と前記内側管の外周面との間に形成された反応空間と、を備え、
前記反応空間には、触媒が配置され、燃料及び蒸気が流通し、前記反応空間内で高温下において燃料と蒸気とが前記触媒上で反応して水素が発生し、前記内側管内空間には、高温のガスが流通する重管型の改質器。 A cylindrical inner tube,
An inner tube that is cylindrical and provided inside the middle tube;
An inner fin provided on an inner peripheral surface of the inner tube and projecting from an inner peripheral surface of the inner tube;
An inner tube inner space formed by being surrounded by an inner peripheral surface of the inner tube;
A reaction space formed between the inner peripheral surface of the intermediate tube and the outer peripheral surface of the inner tube;
A catalyst is disposed in the reaction space, fuel and steam circulate, and fuel and steam react on the catalyst at a high temperature in the reaction space to generate hydrogen, and in the inner pipe inner space, A heavy tube type reformer with high-temperature gas circulation.
前記中管の前記外周面と前記外側管の内周面との間に形成され、高温のガスが流通する外側空間と、
前記中管の外周面に設けられ、前記中管の外周面から突出する外側フィンと、を備える請求項1〜請求項5のいずれかに記載の重管型の改質器。 An outer tube disposed outside the middle tube;
An outer space formed between the outer peripheral surface of the intermediate tube and the inner peripheral surface of the outer tube, through which high-temperature gas flows;
The heavy pipe type reformer according to any one of claims 1 to 5, further comprising an outer fin provided on an outer peripheral surface of the intermediate tube and protruding from an outer peripheral surface of the intermediate tube.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012099043A JP2013227161A (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Multiple pipe type reformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012099043A JP2013227161A (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Multiple pipe type reformer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013227161A true JP2013227161A (en) | 2013-11-07 |
Family
ID=49675234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012099043A Pending JP2013227161A (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Multiple pipe type reformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013227161A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160062961A (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-03 | 에스티엑스중공업 주식회사 | U Shaped Reformer Integrated Combustor for Fuel Cell |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59193825U (en) * | 1983-06-07 | 1984-12-22 | 三菱電機株式会社 | Reforming reaction tube |
JPS6227033A (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-05 | Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd | Reaction device |
JPH01107930A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-25 | Man Technol Gmbh | Manufacture of heat exchanger tube with fin |
JPH07291603A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-07 | Sanyo Electric Co Ltd | Gas reforming device and method for reforming gas |
-
2012
- 2012-04-24 JP JP2012099043A patent/JP2013227161A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59193825U (en) * | 1983-06-07 | 1984-12-22 | 三菱電機株式会社 | Reforming reaction tube |
JPS6227033A (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-05 | Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd | Reaction device |
JPH01107930A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-25 | Man Technol Gmbh | Manufacture of heat exchanger tube with fin |
JPH07291603A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-07 | Sanyo Electric Co Ltd | Gas reforming device and method for reforming gas |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160062961A (en) * | 2014-11-26 | 2016-06-03 | 에스티엑스중공업 주식회사 | U Shaped Reformer Integrated Combustor for Fuel Cell |
KR101692386B1 (en) | 2014-11-26 | 2017-01-17 | 에스티엑스중공업 주식회사 | U Shaped Reformer Integrated Combustor for Fuel Cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6283027B2 (en) | Steam reformer, module, and method of use | |
JP2007084429A5 (en) | ||
RU2015135889A (en) | CATALYTIC REACTOR WITH A RADIATING WALL AND METHOD FOR CARRYING OUT THE CHEMICAL REACTION IN SUCH REACTOR | |
RU2008102375A (en) | COMPACT REFORM REDUCER | |
CN106582467B (en) | A kind of radial direction microchannel coupled reactor and application | |
JP2018162184A (en) | Gas production system, and gas production method | |
JP6189391B2 (en) | Fuel processor | |
JP4979354B2 (en) | Hydrogen generator and fuel cell system | |
JP5147804B2 (en) | Evaporator and fuel reformer | |
JP2013227161A (en) | Multiple pipe type reformer | |
WO2006100908A1 (en) | Fuel modification apparatus | |
KR20200028632A (en) | 7 normal cubic meter per hour hydrogen production apparatus | |
US8992850B2 (en) | Floating catalyst/regenerator | |
JP2017048079A (en) | Hydrogen generator and fuel cell system using the same | |
JP6616718B2 (en) | Fuel cell hot module | |
CN106378063B (en) | A kind of methanator and methanation process | |
JP5551407B2 (en) | Fuel cell reactor | |
JP4450755B2 (en) | Fuel reformer | |
JP5763434B2 (en) | Double pipe type heat transfer device with partition wall | |
WO2009019045A1 (en) | Chemical reactor | |
KR101758716B1 (en) | Heat exchanger for fuel reformer of fuel cell system and ato assembly with the same | |
JP2011178613A (en) | Multiple cylindrical steam reformer | |
CN106582468A (en) | Axial micro-channel coupling reactor and applications thereof | |
KR101832033B1 (en) | Steam reformer integrated with pre-heater | |
JP2014144418A (en) | Reactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150223 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151013 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151201 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160119 |