JP2703500B2 - 改質装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は改質装置に関し、特に改
質反応管やマニフォールドに生じる応力を低減し、長寿
命かつ運転条件の範囲を拡大できるようにした改質装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば特開平４−８９３０１号公
報に示された従来の改質装置を示す断面図である。図９
において１は改質炉、２は放熱防止用の断熱材、３は環
状の改質反応管で、内管３ａ、中間管３ｂ、外管３ｃの
３重管と内管３ａと外管３ｃの端部に配設された環状の
エンドキャップ３ｄよりなる。４は内管３ａと中間管３
ｂとの間に形成され原料ガスが導入される第１の環状
部、５は、第１の環状部に触媒が充填されて形成された
触媒層、６は中間管３ｂと外管３ｃとの間に形成され、
原料ガスが触媒層５を流通することにより改質反応が行
われて生成された改質ガスが流通する第２の環状部、７
は燃焼装置であり、燃料管７ａ、空気噴出孔７ｂより構
成されている。７ｃは燃焼装置の火炎、８は燃焼空間を
示す。９は充填材、１０は充填材９を保持するための金
網、１１は燃焼装置７で燃焼し、内管３ａの中を通過し
て排出される燃焼ガスマニフォールドである。１２は断
熱材であり、この断熱材１２は燃焼ガスが外管を加熱す
ることを防止する。１３は燃料導入口、１４は空気導入
口である。１５は原料ガス導入口、１６は改質ガス排出
口、１７は燃焼ガス排出口である。１８は改質装置の原
料を改質反応管３に分配するための原料ガスマニフォー
ルド、１９は改質反応管で製造した改質ガスを排出する
改質ガスマニフォールドである。２０は、燃焼装置７で
発生した燃焼ガスを流通させるための燃焼管である。

【０００３】次に動作について説明する。改質装置の原
料ガスである燃料とスチームの混合ガスが原料ガス導入
口１５より改質炉１に導入され、原料ガスマニフォール
ド１８により分配されて改質反応管３に送られる。原料
ガスは内管３ａと中間管３ｂの第１の環状部４に触媒が
充填されてなる触媒層５中を通過する際に、改質反応を
生じ、水素リッチな改質ガスとなる。改質ガスはエンド
キャップ３ｄ内で流れ方向を反転し、中間管３ｂと外管
３ｃの間の第２の環状部６を通り改質ガスマニフォール
ド１９で集合し改質炉１外に取り出される。先の改質反
応は激しい吸熱反応であるため、反応を継続させるため
には改質反応管３に熱を供給することが必要であり、そ
のため改質炉１内に燃焼装置７を設け、その燃焼ガスか
ら熱を供給する。燃料導入口１４から供給された燃料
は、燃料管７ａを通り燃焼空間に出る。そこで空気導入
口１４から空気噴出孔７ｂより噴出される燃焼空気と混
合されて燃焼空間８で燃焼する。火炎が改質反応管に触
れないようにするためには、燃焼装置７を改質反応管に
対し下方にずらして改質炉１に取り付け、燃焼空間８を
大きくする必要がある。燃焼装置７で燃焼した高温の燃
焼ガスは環状の改質反応管３の中央部を通り上部の燃焼
ガスマニフォールド１１で集合し改質炉１外に取り出さ
れる。このとき、高温の燃焼ガスが内管３ａおよび充填
材９を加熱する。充填材９は燃焼ガスから内管への伝熱
を促進する役割を果たす。断熱材１２は、燃焼ガスが外
管を加熱することを防止する。以上のように改質反応管
３は、内周側すなわち内管３ａ側から加熱されるため内
管３ａは、外管３ｃより高温となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の改質装置は以上
のように構成されていたので、内管３ａと外管３ｃで温
度差を生じ、その熱伸びの差が改質反応管３、原料ガス
マニフォールド１８、改質ガスマニフォールド１９に応
力を発生させ、改質装置の寿命を縮めたり、また温度差
が小さくなるように運転条件の範囲が狭く制限されてい
た。

【０００５】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたものであり、改質反応管の温度差によるの
熱伸び差を吸収または改質反応管の温度差を低減する事
により、改質反応管やマニフォールドに生じる応力を低
減し、長寿命かつ運転条件の範囲を拡大できる改質装置
を得ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる改質装置は、内管と原料ガスマニフォールドをベロ
ーズで接続したものである。

【０００７】また、この発明の請求項２に係わる改質装
置は、外管と改質ガスマニフォールドをベローズで接続
したものである。

【０００８】また、この発明の請求項３に係わる改質装
置は、エンドキャップを薄板の単層もしくは多層体構造
としてエンドキャップに可撓性をもたせたものである。

【０００９】また、この発明の請求項４に係る改質装置
は、内管を支持する原料ガスマニフォールドの内管支持
板を薄板とし可撓性をもたせた弾性支持板としたもので
ある。

【００１０】また、この発明の請求項５に係る改質装置
は、内管を支持する原料ガスマニフォールドの内管支持
板および外管を支持する改質ガスマニフォールドの外管
支持板を薄板とし可撓性をもたせた弾性支持板としたも
のである。

【００１１】また、この発明の請求項６に係る改質装置
は、内管と中間管、中間管と外管を高熱伝導材料のサー
マルアンカで接続したものである。

【００１２】また、この発明の請求項７に係る改質装置
は、原料ガスマニフォールドの胴板にベローズを設けた
ものである。

【００１３】また、この発明の請求項８に係る改質装置
は、原料ガスマニフォールドの胴板および改質ガスマニ
フォールドの胴板にベローズを設けたものである。

【００１４】

【作用】この発明の請求項１に係る改質装置では、内管
と外管の熱伸び差を内管に接続されたベローズが吸収す
ることにより、改質反応管や原料ガスマニフォールド、
改質ガスマニフォールドに発生する応力を抑えることが
できる。

【００１５】この発明の請求項２に係る改質装置では、
内管と外管の熱伸び差を外管に接続されたベローズが吸
収することにより、改質反応管や原料ガスマニフォール
ド、改質ガスマニフォールドに発生する応力を抑えるこ
とができる。

【００１６】この発明の請求項３に係る改質装置では、
内管と外管の熱伸び差を可撓性をもたせたエンドキャッ
プが吸収することにより、改質反応管や原料ガスマニフ
ォールド、改質ガスマニフォールドに発生する応力を抑
えることができる。

【００１７】この発明の請求項４に係る改質装置では、
内管と外管の熱伸び差を可撓性をもたせた原料ガスマニ
フォールドの弾性支持板が吸収することにより、改質反
応管や原料ガスマニフォールド、改質ガスマニフォール
ドに発生する応力を抑えることができる。

【００１８】この発明の請求項５に係る改質装置では、
内管と外管の熱伸び差を可撓性をもたせた原料ガスマニ
フォールドの弾性支持板と改質ガスマニフォールドの弾
性支持板が吸収することにより、改質反応管や原料ガス
マニフォールド、改質ガスマニフォールドに発生する応
力を抑えることができる。

【００１９】この発明の請求項６に係る改質装置では、
内管と中間管と外管の間に設けたサーマルアンカ内の熱
伝導により、内管と外管の温度差が抑えられ、改質反応
管や原料ガスマニフォールド、改質ガスマニフォールド
に発生する応力を抑えることができる。

【００２０】この発明の請求項７に係る改質装置では、
内管と外管の熱伸び差を原料ガスマニフォールドの胴板
に設けたベローズが吸収することにより、改質反応管や
原料ガスマニフォールド、改質ガスマニフォールドに発
生する応力を抑えることができる。

【００２１】この発明の請求項８に係る改質装置では、
内管と外管の熱伸び差を原料ガスマニフォールドの胴板
および改質ガスマニフォールドの胴板に設けたベローズ
が吸収することにより、改質反応管や原料ガスマニフォ
ールド、改質ガスマニフォールドに発生する応力を抑え
ることができる。

【００２２】

【実施例】 実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。実施例１は、請求項１の改質装置に対応している。
図１は実施例１を示す改質装置の断面図であり、図にお
いて１〜２０は、図９に示した従来の改質装置と同一ま
たは相当部分について同一符号を付して示したもので、
ここではその説明を省略する。２１は内管３ａを支持す
る内管支持板、２２は原料ガスマニフォールド胴板であ
り、２１と２２で原料ガスマニフォールド１８が構成さ
れる。２３は外管３ｃを支持する外管支持板、２４は改
質ガスマニフォールド胴板、２５は中間管３ｂを支持す
る中間管支持板であり、２３〜２５で改質ガスマニフォ
ールド１９が構成される。内管３ａと内管支持板２１は
内管用ベローズ２６を介して溶接接続される。

【００２３】次に上記実施例１の動作について説明す
る。改質装置の原料ガスである燃料とスチームの混合ガ
スが原料ガス導入口１６より改質炉１に導入され、原料
ガスマニフォールド１８により分配され改質反応管３に
送られる。原料ガスは内管３ａと中間管３ｂの第１の環
状部４に触媒が充填された触媒層５中を通過する際に改
質反応を生じ、水素リッチな改質ガスとなる。改質ガス
はエンドキャップ３ｄ内で流れ方向を反転し、中間管３
ｂと外管３ｃの間の第２の環状部６を通り、改質ガスマ
ニフォールド１９で集合して改質炉１外に取り出され
る。先の改質反応は激しい吸熱反応であるため、反応を
継続させるためには、改質反応管３に熱を供給すること
が必要であり、そのため改質炉１内に燃焼装置７を設
け、その燃焼ガスから熱を供給する。燃料導入口１３か
ら供給された燃料は、燃料管７ａを通り燃焼空間に出
る。そこで空気導入口１４から供給され空気噴出孔７ｂ
より噴出される燃焼空気と混合されて、燃焼空間８で燃
焼する。燃焼装置７で燃焼した高温の燃焼ガスは、燃焼
管２０の内側を通り下部の炉空間で流れ方向を１８０度
変えて各改質反応管の内管の内側を流れる。燃焼ガス
は、その後燃焼ガスマニフォールド１１で集合し、燃焼
ガス排出口１７より改質炉１外に取り出される。このと
き、高温の燃焼ガスが内管３ａおよび充填材９を加熱す
る。断熱材１２は、燃焼ガスが外管を加熱することを防
止する。このとき、内管３ａの軸方向平均温度は、外管
３ｃの軸方向平均温度より５０〜２００℃程度高くな
り、内管３ａと外管３ｃの間で最大５ｍｍ程度の軸方向
の熱伸び差を生じる。この熱伸び差を内管用ベローズ２
６が吸収するため、改質反応管３や原料ガスマニフォー
ルド１８、改質ガスマニフォールド１９の応力の発生は
抑えられる。内管用ベローズ２６の肉厚を０．３ｍｍ程
度とすれば、熱伸び差５ｍｍにより内管用ベローズ２６
に発生する応力は６０kgf/mm²程度に抑えることができ
る。一方、内管用ベローズ２６の取り付けられている部
分では燃焼ガスの温度は６００℃以下である。ＳＵＳ３
０４、ＳＵＳ３１６などの一般用のステンレス材の６０
０℃での低サイクル疲労強度は１５０kgf/mm²程度であ
り、ベローズ材の耐熱強度については問題はない。

【００２４】実施例２．次にこの発明の請求項２に対応
する改質装置の一実施例を図２に基づいて説明する。図
２において１〜２５は、図１と同一である。２７は外管
３ｃと外管支持板２３を溶接で接続する外管用ベローズ
である。

【００２５】次に実施例２の動作について説明する。実
施例２の改質装置も、実施例１と同様に内管３ａと外管
３ｃの間で熱伸び差を生じる。この熱伸び差は外管用ベ
ローズ２７により吸収されるため、改質反応管３や原料
ガスマニフォールド１８、改質ガスマニフォールド１９
の応力の発生は抑えられる。外管用ベローズ２７の肉
厚、発生応力は実施例１の改質装置の内管用ベローズと
同様である。一方、外管用ベローズ２７の取り付けられ
ている改質ガスマニフォールド１９では、改質ガスの温
度は５５０℃以下であり、実施例１の改質装置の内管用
ベローズより低温であり、材料の疲労強度は向上し、ベ
ローズの耐熱強度の信頼性は向上する。その他は実施例
１の改質装置と同じである。

【００２６】実施例３．次に請求項３に対応する一実施
例を図３に基づいて説明する。図３において１〜２５
は、図１と同一である。ただし、図１のエンドキャップ
３ｅのかわりに、薄板の多層構造からなる弾性エンドキ
ャップ２８が設けられている。ただし、弾性エンドキャ
ップ２８は単層構造でもよい。

【００２７】次に実施例３の動作について説明する。実
施例３の改質装置も実施例１と同様、に内管３ａと外管
３ｃの間で熱伸び差を生じる。この熱伸び差を弾性エン
ドキャップ２８が吸収するため、改質反応管３や原料ガ
スマニフォールド１８、改質ガスマニフォールド１９の
応力の発生は抑えられる。弾性エンドキャップ２８の肉
厚を０．３ｍｍ程度とすれば熱伸び差５ｍｍにより、弾
性エンドキャップ２８に発生する応力は４０kgf/mm²程
度に抑えることができる。一方、改質反応を維持しなが
ら弾性エンドキャップ２８の温度を８００℃程度以下に
制限して運転することは可能である。ＳＵＳ３１０Ｓな
どの高温用ステンレス系材の８００℃での低サイクル疲
労強度は１００kgf/mm²程度あり、また薄板材の多層構
造とすることで耐圧強度、耐高温酸化に対する信頼性も
向上する。その他は実施例１の改質装置と同じである。

【００２８】実施例４．次に請求項４に対応する一実施
例を図４に基づいて説明する。図４において１〜２５
は、図１と同一である。ただし、図１の内管支持板２１
のかわりに、薄板構造の内管弾性支持板２１ａが設けて
ある。

【００２９】次に動作について説明する。実施例４でも
実施例１と同様に内管３ａと外管３ｃの間で熱伸び差を
生じる。この熱伸び差を内管弾性支持板２１ａが吸収す
るため、改質反応管３や原料ガスマニフォールド１８、
改質ガスマニフォールド１９の応力の発生は抑えられ
る。内管弾性支持板２１ａの肉厚を４ｍｍ程度とし、内
管３ａから原料ガスマニフォールド胴板２２までの長さ
を１５０ｍｍ程度とすれば、熱伸び差５ｍｍにより内管
弾性支持板２１ａに発生する応力は７０kgf/mm²程度に
抑えることができる。一方、原料ガスマニフォールド１
８では原料ガスの温度は５５０℃以下である。ＳＵＳ３
０４、ＳＵＳ３１６などの一般用のステンレス材の６０
０℃での低サイクル疲労強度は１５０kgf/mm²程度であ
り、内管弾性支持板材の耐熱強度については問題はな
い。その他は実施例１の改質装置と同じである。

【００３０】実施例５．次に請求項５に対応する改質装
置の一実施例を図５に基づいて説明する。図５において
１〜２５は、図４と同一である。ただし、図４の外管支
持板２３のかわりに、薄板構造の外管弾性支持板２３ａ
が設けられている。

【００３１】次に動作について説明する。実施例５でも
実施例１と同様に内管３ａと外管３ｃの間で熱伸び差を
生じる。この熱伸び差は内管弾性支持板２１ａと外管弾
性支持板２３ａで分担して吸収されるため改質反応管３
や原料ガスマニフォールド１８、改質ガスマニフォール
ド１９の応力の発生は抑えられる。内管弾性支持板２１
ａ、外管弾性支持板２３ａの肉厚を４ｍｍ程度とし、内
管３ａから原料ガスマニフォールド胴板２２までの長
さ、外管３ｃから改質ガスマニフォールド胴板２４まで
の長さを１５０ｍｍ程度とすれば、熱伸び差５ｍｍによ
り内管弾性支持板２１ａ、外管弾性支持板２３ａに発生
する応力は実施例４で示した改質装置の半分の３５kgf/
mm²程度に抑えることができる。一方、原料ガスマニフ
ォールド１８では原料ガスの温度は５５０℃以下、改質
ガスマニフォールド１９では改質ガスの温度は５５０℃
以下である。ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などの一般用
のステンレス材の６００℃での低サイクル疲労強度は１
５０kgf/mm²程度であり、内管弾性支持板材、外管弾性
支持板材の耐熱強度については問題はない。その他は実
施例１の改質装置と同じである。

【００３２】実施例６．次に請求項６に対応する一実施
例を図６に基づいて説明する。図６において１〜２５
は、図１と同一である。２９は高熱伝導材のサーマルア
ンカである。２９ａは内管３ａと中間管３ｂを接続する
もので、例えば内管３ａの外径側にブロック状のサーマ
ルアンカを複数個、放射状に配置し溶接しておき、中間
管３ｂを焼ばめする。２９ｂは中間管３ｂと外管３ｃを
接続するもので、例えば中間管３ｂの外径側にブロック
状のサーマルアンカを複数個、放射状に配置し溶接して
おき、外管３ｃを焼ばめする。

【００３３】次に実施例６の動作について説明する。実
施例６の構成によれば、燃焼ガスによる熱は燃焼ガスに
より加熱される内管３ａからサーマルアンカ２９ａの熱
伝導により中間管３ｂへ伝熱し、中間管３ｂからサーマ
ルアンカ２９ｂの熱伝導により外管３ｃへ伝熱する。内
管３ａと外管３ｃの隙間は３０ｍｍ程度であり、サーマ
ルアンカ２９自身の熱抵抗による温度差は、最大でも２
０℃程度である。この熱伝導により内管３ａと外管３ｃ
の温度差は４０℃程度にまで低減され、改質反応管３や
原料ガスマニフォールド１８、改質ガスマニフォールド
１９の応力の発生は抑えられる。その他は実施例１の改
質装置と同じである。

【００３４】実施例７．次に請求項７に対応する改質装
置の一実施例を図７に基づいて説明する。図７において
１〜２５は、図１と同一である。３０は原料ガスマニフ
ォールド胴板２２に設けた原料ガスマニフォールド胴板
ベローズである。原料ガスマニフォールド胴板ベローズ
３０は原料ガスマニフォールド胴板２２に溶接接続して
もよいし、原料ガスマニフォールド胴板２２を曲げ加工
して設けてもよい。

【００３５】次に動作について説明する。実施例７で
は、実施例１の改質装置と同様に内管３ａと外管３ｃの
間で熱伸び差を生じる。この熱伸び差を原料ガスマニフ
ォールド胴板ベローズ３０が吸収するため改質反応管３
や原料ガスマニフォールド１８、改質ガスマニフォール
ド１９の応力の発生は抑えられる。原料ガスマニフォー
ルド胴板ベローズ３０の肉厚を２ｍｍ程度とすれば、熱
伸び差５ｍｍにより原料ガスマニフォールド胴板ベロー
ズ３０に発生する応力は７０kgf/mm²程度に抑えること
ができる。一方、原料ガスマニフォールド１８では原料
ガスの温度は５５０℃以下である。ＳＵＳ３０４、ＳＵ
Ｓ３１６などの一般用のステンレス材の６００℃での低
サイクル疲労強度は１５０kgf/mm²程度であり、原料ガ
スマニフォールド胴板ベローズ材の耐熱強度については
問題はない。その他は実施例１の改質装置と同じであ
る。

【００３６】実施例８．次に実施例８の改質装置の一実
施例を図８に基づいて説明する。図８において１〜２５
および３０は、図７と同一である。３１は改質ガスマニ
フォールド胴板２４に設けた改質ガスマニフォールド胴
板ベローズである。改質ガスマニフォールド胴板ベロー
ズ３１は改質ガスマニフォールド胴板２４に溶接接続し
てもよいし、改質ガスマニフォールド胴板２４を曲げ加
工して設けてもよい。

【００３７】次に動作について説明する。実施例８の改
質装置も実施例１の改質装置と同様に内管３ａと外管３
ｃの間で熱伸び差を生じる。この熱伸び差を原料ガスマ
ニフォールド胴板ベローズ３０と改質ガスマニフォール
ド胴板ベローズ３１が分担して吸収するため改質反応管
３や原料ガスマニフォールド１８、改質ガスマニフォー
ルド１９の応力の発生は抑えられる。 原料ガスマニフ
ォールド胴板ベローズ３０と改質ガスマニフォールド胴
板ベローズ３１の肉厚を２ｍｍ程度とすれば、熱伸び差
５ｍｍにより原料ガスマニフォールド胴板ベローズ３
０、改質ガスマニフォールド胴板ベローズ３１に発生す
る応力は実施例７の改質装置の半分の３５kgf/mm²程度
に抑えることができる。一方、原料ガスマニフォールド
１８では原料ガスの温度は５５０℃以下、改質ガスマニ
フォールド１９では改質ガスの温度は５５０℃以下であ
る。ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などの一般用のステン
レス材の６００℃での低サイクル疲労強度は１５０kgf/
mm²程度であり、原料ガスマニフォールド胴板ベローズ
材、改質ガスマニフォールド胴板ベローズ材の耐熱強度
については問題はない。その他は実施例１の改質装置と
同じである。

【００３８】

【発明の効果】この発明は以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３９】この発明の請求項１に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップとからなる改
質反応管、上記内管を支持する内管支持板と胴板から成
り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガス
マニフォールド、上記外管を支持する外管支持板と、胴
板と、上記中間管を支持する中間管支持板とから成り上
記改質ガスを上記第２の環状部から排出する改質ガスマ
ニフォールド、上記内管と上記内管支持板とを接続する
ベローズを備えたため、内管と外管の間に温度差が生じ
ても、その熱伸び差をベローズが吸収するので、改質反
応管やマニフォールドに発生する応力を低減でき、改質
装置の長寿命化や運転条件の範囲の拡大が可能となると
いう効果を奏する。

【００４０】この発明の請求項２に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップとからなる改
質反応管、上記内管を支持する内管支持板と胴板とから
成り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガ
スマニフォールド、上記外管を支持する外管支持板と、
胴板と、上記中間管を支持する中間管支持板とから成り
上記改質ガスを上記第２の環状部から排出する改質ガス
マニフォールド、上記外管と上記外管支持板とを接続す
るベローズを備えたため、第１の発明の効果に加えて、
ベローズの信頼性が向上するという効果を奏する。

【００４１】この発明の請求項３に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるため薄板の単層もしくは多層体構造
を有するエンドキャップとからなる改質反応管、上記内
管を支持する内管支持板と胴板とから成り上記原料ガス
を上記第１の環状部に供給する原料ガスマニフォール
ド、上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管
を支持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第
２の環状部から排出する改質ガスマニフォールドを備え
たため、内管と外管の間に温度差が生じても、その熱伸
び差を弾性エンドキャップが吸収するので、改質反応管
やマニフォールドに発生する応力を低減でき、改質装置
の長寿命化や運転条件の範囲の拡大が可能となるという
効果を奏する。

【００４２】この発明の請求項４に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップとからなる改
質反応管、上記内管を支持する薄板の内管弾性支持板と
胴板とから成り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給
する原料ガスマニフォールド、上記外管を支持する外管
支持板と、胴板と、上記中間管を支持する中間管支持板
とから成り上記改質ガスを上記第２の環状部から排出す
る改質ガスマニフォールドを備えたため、内管と外管の
間に温度差が生じても、その熱伸び差を内管弾性支持板
が吸収するので、改質反応管やマニフォールドに発生す
る応力を低減でき、改質装置の長寿命化や運転条件の範
囲の拡大が可能となるという効果を奏する。

【００４３】この発明の請求項５に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップとからなる改
質反応管、上記内管を支持する薄板の内管弾性支持板と
胴板とから成り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給
する原料ガスマニフォールド、上記外管を支持する薄板
の外管弾性支持板と、胴板と、上記中間管を支持する中
間管支持板とから成り上記改質ガスを上記第２の環状部
から排出する改質ガスマニフォールドを備えたため、内
管と外管の間に温度差が生じても、その熱伸び差を内管
弾性支持板と外管弾性支持板で分担して吸収するので、
第４の発明よりさらに２倍の熱伸び差を吸収でき、さら
に長寿命化と運転条件の範囲の拡大か可能となるという
効果を奏する。

【００４４】この発明の請求項６に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップと、上記内管
と上記中間管との間および上記中間管と上記外管との間
に設けた高熱伝導材料のサーマルアンカとからなる改質
反応管、上記内管を支持する内管支持板と胴板とから成
り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガス
マニフォールド、上記外管を支持する外管支持板と、胴
板と、上記中間管を支持する中間管支持板とから成り上
記改質ガスを上記第２の環状部から排出する改質ガスマ
ニフォールドを備えたため、内管と外管の間の温度差を
低減でき、改質反応管やマニフォールドに発生する応力
を低減でき、改質装置の長寿命化や運転条件の範囲の拡
大が可能となるという効果を奏する。

【００４５】この発明の請求項７に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップとからなる改
質反応管、上記内管を支持する内管支持板とベローズを
有したベローズ胴板とから成り上記原料ガスを上記第１
の環状部に供給する原料ガスマニフォールド、上記外管
を支持する外管支持板と、胴板と、上記中間管を支持す
る中間管支持板とから成り上記改質ガスを上記第２の環
状部から排出する改質ガスマニフォールドを備えたた
め、内管と外管の間に温度差が生じても、その熱伸び差
をベローズが吸収するので、改質反応管やマニフォール
ドに発生する応力を低減でき、改質装置の長寿命化や運
転条件の範囲の拡大が可能となるという効果を奏する。

【００４６】この発明の請求項８に係る改質装置によれ
ば、燃料と空気を燃焼させることにより高温の燃焼ガス
を発生する燃焼装置、上記燃焼ガス空間を形成するため
の改質炉、上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記
内管の外側に同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料ガスが導入される第
１の環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成
され上記原料ガスが上記触媒層を流通することにより生
成される改質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管
と上記外管の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設
され、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連通
し、上記触媒層から流出する上記改質ガスを上記第２の
環状部に流入させるためのエンドキャップとからなる改
質反応管、上記内管を支持する内管支持板とベローズを
有したベローズ胴板とから成り上記原料ガスを上記第１
の環状部に供給する原料ガスマニフォールド、上記外管
を支持する外管支持板と上記ベローズを有したベローズ
胴板と上記中間管を支持する中間管支持板とから成り上
記改質ガスを上記第２の環状部から排出する改質ガスマ
ニフォールドを備えたため、内管と外管の間に温度差が
生じても、その熱伸び差を２つのベローズか分担して吸
収するので、たとえば、請求項７の発明に比べさらに２
倍の熱伸び差を吸収できるなど、さらに長寿命化と運転
条件の範囲の拡大が可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１を示す改質装置の断面図である。

【図２】 実施例２を示す改質装置の断面図である。

【図３】 実施例３を示す改質装置の断面図である。

【図４】 実施例４を示す改質装置の断面図である。

【図５】 実施例５を示す改質装置の断面図である。

【図６】 実施例６を示す改質装置の断面図である。

【図７】 実施例７を示す改質装置の断面図である。

【図８】 実施例８を示す改質装置の断面図である。

【図９】 従来の改質装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 改質炉、２ 断熱材、３ 改質反応管、３ａ 内
管、３ｂ 中間管、３ｃ外管、３ｄ エンドキャップ、
４ 第１の環状部、５ 触媒層 ６ 第２の環状部、７
燃焼装置、７ａ 燃料管、７ｂ 空気噴出口、７ｃ
火炎、８ 燃焼空間、９ 充填材層、１０ 金網、１１
燃焼ガスマニフォールド、１２ 断熱材、１３ 燃料
導入口、１４ 空気導入口、１５ 原料ガス導入口、１
６ 改質ガス排出口、１７ 燃焼ガス排出口、１８ 原
料ガスマニフォールド、１９ 改質ガスマニフォール
ド、２０ 燃焼管、２１ 内管支持板、２１ａ 内管弾
性支持板、２２ 原料ガスマニフォールド胴板、２３
外管支持板、２３ａ 外管弾性支持板、２４ 改質ガス
マニフォールド胴板、２５ 中間管支持板、２６ 内管
用ベローズ、２７ 外管用ベローズ、２８ 弾性エンド
キャップ、２９ サーマルアンカ、２９ａ 内管−中間
管用サーマルアンカ、２９ｂ 中間管−外管用サーマル
アンカ、３０ 原料ガスマニフォールド胴板ベローズ、
３１ 改質ガスマニフォールド胴板ベローズ。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する内管支持板と胴板から成り上記原料
   ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガスマニフォー
   ルドと、 上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管を支
   持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第２の
   環状部から排出する改質ガスマニフォールドと、 上記内管と上記内管支持板とを接続するベローズと、 を備えたことを特徴とする改質装置。
2. 【請求項２】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する内管支持板と胴板とから成り上記原
   料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガスマニフォ
   ールドと、 上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管を支
   持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第２の
   環状部から排出する改質ガスマニフォールドと、 上記外管と上記外管支持板とを接続するベローズと、 を備えたことを特徴とする改質装置。
3. 【請求項３】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるため薄板の単層もしくは多層体構造を有するエン
   ドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する内管支持板と胴板とから成り上記原
   料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガスマニフォ
   ールドと、 上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管を支
   持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第２の
   環状部から排出する改質ガスマニフォールドと、 を備えたことを特徴とする改質装置。
4. 【請求項４】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する薄板の内管弾性支持板と胴板とから
   成り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガ
   スマニフォールドと、 上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管を支
   持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第２の
   環状部から排出する改質ガスマニフォールドと、 を備えたことを特徴とする改質装置。
5. 【請求項５】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する薄板の内管弾性支持板と胴板とから
   成り上記原料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガ
   スマニフォールドと、 上記外管を支持する薄板の外管弾性支持板、胴板、上記
   中間管を支持する中間管支持板から成り上記改質ガスを
   上記第２の環状部から排出する改質ガスマニフォールド
   と、 を備えたことを特徴とする改質装置。
6. 【請求項６】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップと、上記内管と上記中間管
   との間および上記中間管と上記外管との間に設けた高熱
   伝導材料のサーマルアンカとからなる改質反応管と、
   上記内管を支持する内管支持板と胴板とから成り上記原
   料ガスを上記第１の環状部に供給する原料ガスマニフォ
   ールドと、 上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管を支
   持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第２の
   環状部から排出する改質ガスマニフォールドと、 を備えたことを特徴とする改質装置。
7. 【請求項７】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する内管支持板とベローズを有したベロ
   ーズ胴板とから成り上記原料ガスを上記第１の環状部に
   供給する原料ガスマニフォールドと、 上記外管を支持する外管支持板、胴板、上記中間管を支
   持する中間管支持板から成り上記改質ガスを上記第２の
   環状部から排出する改質ガスマニフォールドと、 を備えたことを特徴とする改質装置。
8. 【請求項８】 燃料と空気を燃焼させることにより高温
   の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、 上記燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、 上記燃焼ガスが内部を流通する内管と、上記内管の外側
   に同心状に配設された外管と、上記内管と上記外管との
   間に同心状に配設された中間管と、上記内管と上記中間
   管との間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部
   と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成された触
   媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され上記原
   料ガスが上記触媒層を流通することにより生成される改
   質ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管
   の上記原料ガス導入側と反対側の一端に配設され、上記
   第１の環状部と上記第２の環状部とを連通し、上記触媒
   層から流出する上記改質ガスを上記第２の環状部に流入
   させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と、 上記内管を支持する内管支持板とベローズを有したベロ
   ーズ胴板とから成り上記原料ガスを上記第１の環状部に
   供給する原料ガスマニフォールドと、 上記外管を支持する外管支持板、上記ベローズを有した
   ベローズ胴板、上記中間管を支持する中間管支持板から
   成り上記改質ガスを上記第２の環状部から排出する改質
   ガスマニフォールドと、 を備えたことを特徴とする改質装置。