JP2706421B2

JP2706421B2 - 改質装置

Info

Publication number: JP2706421B2
Application number: JP5347597A
Authority: JP
Inventors: 路奥藤本; 潔都留; 貞敏高柳; 信之伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JPH07187604A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炭化水素系原料を水
蒸気改質法等により水素リッチガスに改質する改質装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は例えば特開平１−３１７１０１
号公報に記載された従来の改質装置を示す断面図であ
り、図において、１は改質炉であり、その外回りに放熱
防止用の断熱材２が設置されている。３は改質炉１内に
複数個収納された環状の改質反応管であり、この反応管
３は内管３ａ、中間管３ｂ、及び外管３ｃの３重管構成
となっており、内管３ａと外管３ｃの端部には環状のエ
ンドキャップ３ｄが配設されている。４は内管３ａと中
間管３ｂとの間に形成され炭化水素系の原料ガスが導入
される第１の環状部、５は第１の環状部４内にあって触
媒が充填されている触媒層、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の環状部である。

【０００３】７は燃焼装置であり、燃料管７ａ、空気噴
出口７ｂ、燃料室７ｃ、空気室７ｄより成り、燃料導入
口１４及び空気導入口１５からそれぞれ供給される燃料
及び空気を原料として、燃焼空間８内で燃焼するように
構成されている。なお、７ｅは燃焼装置の火炎、９は燃
焼装置７を着火させるためのパイロットバーナーを示
す。

【０００４】１０は反応管の内管３ａの内側に充填され
る充填材であり、１２００℃以上の融点を有するセラミ
ック材あるいは金属材の粒状体が用いられる。１１は充
填材１０を保持するための金網、１２は燃焼装置７で燃
焼し、内管３ａの内側を通過して内管３ａを加熱した燃
焼ガスを排出するための燃焼ガスマニフォールドであ
る。１３は反応管３間に配設された断熱材であり、燃焼
ガスが外管３ｃを加熱することを防ぐ役割を果す。１６
は原料ガス導入口、１７は改質ガス排出口、１８は燃料
ガス排出口、１９は改質装置の原料ガスを改質反応管３
に分配するための原料ガスマニフォールド、２０は改質
反応管３で製造した水素リッチガスを排出する改質ガス
マニフォールドである。

【０００５】次に、上記従来装置の動作について説明す
る。改質すべき原料ガスである燃料とスチームの混合ガ
スが、例えば４５０℃程度に予熱された後、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１９により分配されて改質反応管３に送られる。そ
して、原料ガスは内管３ａと中間管３ｂの間の第１の環
状部４に流入して、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。この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２０で集合して、改質炉１
外に取り出される。

【０００６】ここで、上記改質反応は吸熱反応であるた
め、反応を継続させるためには改質反応管３に反応エネ
ルギーとしての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。即ち、燃料導入口１４から燃料室７ｃに供
給された燃料は、燃料管７ａを通り燃焼空間８に出る。
そこで空気導入口１５から空気室７ｄを通り空気噴出口
７ｂより噴出される空気と混合されて燃焼空間８で燃焼
する。ここで、燃焼装置７からの火炎が改質反応管３に
直接触れないようにするために、燃焼装置７を改質反応
管３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。

【０００７】そして、燃焼装置７で燃焼した高温(約１
０００〜１３００℃)の燃焼ガスは、環状の改質反応管
３の中央部、即ち内管３ａの内側を通り上部の燃焼ガス
マニフォールド１２で集合して燃焼ガス排出口１８より
改質炉１外に取り出される。この時、高温の燃焼ガスが
内管３ａおよび充填材層１０を加熱し、改質反応を促進
する。充填材層１０は燃焼ガスから改質反応管内管３ａ
への伝熱を促進し、断熱材１３は燃焼ガスが外管３ｃを
加熱することを防止している。

【０００８】上記のように構成された改質装置は、長時
間の使用により触媒層５中の触媒の活性が低下するた
め、一定期間毎に原料ガスマニフォールド１９を切断
し、触媒層５の触媒を交換する必要がある。また、燃焼
装置７も長時間の使用で酸化腐食が進むため、燃焼装置
７を分解して消耗部材を交換する必要がある。

【０００９】

【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るので、改質炉１の高さは、改質
反応管３の長さに加えて燃焼装置７や燃焼空間８の高さ
がさらに上乗せされることになり、改質装置が大型化す
るという問題点があった。

【００１０】また、触媒層５の触媒交換や燃焼装置７の
部品交換の為には、原料ガスマニフォールド１９を切断
し又は燃料装置７を分解するメンテナンス空間が必要で
あるが、図１０のようにメンテナンスを実施する場所が
改質炉の上下に分散しており、メンテナンス作業のため
のスペースが改質炉の上下共に必要となるため小型化で
きないという問題点があった。

【００１１】この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、改質炉をコンパクト化すると共
に、メンテナンスに必要なスペースを少なくできる改質
装置を提供することを目的とする。更に、改質反応管へ
の伝熱を効率的に行うと共に、伝熱の調整も可能な装置
を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１，２記載に係る
改質装置の発明は、高温の燃焼ガスを発生させる燃焼装
置と、燃焼装置から発生した燃焼ガスをその内側で流通
させる内管、内管と中間管の間で原料ガスを導入流通さ
せる触媒層を有した第１の環状部、中間管と外管の間で
改質ガスを流通させる第２の環状部から構成される３重
管の改質反応管を備え、燃焼装置を、改質反応管の原料
ガス導入側と同じ側に、かつ改質反応管と並行して設置
したものである。

【００１３】請求項３記載の発明は、燃焼装置を改質炉
の中心部に配設すると共に、燃焼装置を中心として同心
円上に複数本の改質反応管を配設したものである。

【００１４】請求項４記載の発明は、改質反応管の内管
の内側に、燃焼ガスの熱を内管と中間管の間の原料ガス
が流通する第１環状部へ効率よく伝えるための伝熱促進
部材を設けたものである。

【００１５】請求項５記載の発明は、改質反応管の内管
の内側の空間に、セラミック粒子等の伝熱性の良好な充
填部材を充填したものである。

【００１６】請求項６記載の発明は、改質反応管の内管
の内側に芯体を設置したものである。

【００１７】請求項７記載の発明は、改質反応管の内管
の内側の中心部に芯体を設置し、芯体の外表面にフィン
を取り付けたものである。

【００１８】請求項８記載の発明は、改質反応管の内管
の内側に、燃焼ガスの熱を内管と中間管の間の第１環状
部の所定位置の触媒層へ効率よく伝えるための伝熱調整
手段を設けたものである。

【００１９】請求項９記載の発明は、改質反応管のエン
ドキャップの外表面と、内管のエンドキャップ側の内側
表面に、伝熱抑制部材を設置したものである。

【００２０】請求項１０記載の発明は、改質反応管の内
管の内側に芯体を設置し、芯体の内部に燃焼ガスを流入
させて内管の所定位置に流出させるようにしたものであ
る。

【００２１】請求項１１記載の発明は、改質反応管の第
１環状部に導入する原料ガスの流量を調整する手段を設
けたものである。

【００２２】請求項１２記載の発明は、改質反応管の第
１環状部の原料ガス導入部にオリフィス孔を設けたもの
である。

【００２３】請求項１３記載の発明は、改質反応管の内
管の内側を流れる燃焼ガスの流量を調整する手段を設け
たものである。

【００２４】請求項１４記載の発明は、改質反応管の内
管の内側を流通する燃焼ガス流通通路の直後にオリフィ
ス孔を設けたものである。

【００２５】請求項１５記載の発明は、改質反応管の第
１の環状部をエンドキャップと反対側に延長した第４の
環状部の終端に触媒の交換のための出入口を設けたもの
である。

【００２６】

【作用】請求項１，２記載の発明においては、燃焼装置
が改質反応管と並行に配置されているため、火炎が長く
ても改質反応管のエンドキャップに届かない。また触媒
交換のための原料ガス導入側切断と燃焼装置の部品の交
換を改質炉に対して同じ方向から実施できる。

【００２７】請求項３記載の発明においては、燃焼装置
を中心部に設置しかつその周りに同心状に複数の改質反
応管を配置したので、燃焼ガスが効率良くかつ均一に各
反応管の内管の内側を通る。

【００２８】請求項４記載の発明においては、燃焼ガス
の熱が、内管と中間管の間の原料ガスが流通する第１環
状部の触媒層へ効率よく伝えられるので、改質反応を促
進する。

【００２９】請求項５記載の発明においては、燃焼ガス
の熱が、内管の内側に設けられた充填部材を介して、内
管へ効率良く伝達される。

【００３０】請求項６記載の発明においては、内管の内
側に芯体を設けたため、内管と芯体の間の燃焼ガス通路
の断面積が小さくなり、燃焼ガスの流速が上がるため、
燃焼ガスから内管への伝熱が促進される。

【００３１】請求項７記載の発明においては、内管の内
側に芯体を設けたため、内管と芯体の間にある第３の環
状部の断面積が小さくなり、燃焼ガスの流速が上がるた
め、燃焼ガスから内管への伝熱が促進される。また芯体
に設けられたフィンからの輻射により燃焼ガスから内管
への伝熱が促進される。

【００３２】請求項８記載の発明においては、改質反応
を促進したい第１環状部の触媒層部分に対して効率的に
伝熱を促進する。

【００３３】請求項９記載の発明においては、燃焼ガス
に接するエンドキャップの外表面と内管のエンドキャッ
プ側の内表面に伝熱抑制材を設けることにより、この部
分の燃焼ガスからの伝熱を抑制するとともにその他の部
分の伝熱を促進させる。

【００３４】請求項１０記載の発明においては、燃焼ガ
スの一部を芯体内部に設けた燃焼ガス通路を通して第３
の環状部に流出させることで、燃焼ガスから内管のエン
ドキャップ側への伝熱を抑制するとともにその他の部分
の伝熱が促進する。

【００３５】請求項１１記載の発明においては、改質反
応管に導入する原料ガスの流量を調整することにより、
原料ガスの流量分配のばらつきを小さして、改質反応を
均一化及び安定化させる。

【００３６】請求項１２記載の発明においては、改質反
応管の原料ガスが導入される第１の環状部の原料ガス導
入部に、均一なオリフィス孔を備えることにより、原料
ガスの流量分配のばらつきを小さくできる。

【００３７】請求項１３記載の発明においては、改質反
応管の内管内側を通過する燃料ガスの流量を調整するこ
とにより、伝熱を均一化し改質反応を安定化させる。

【００３８】請求項１４記載の発明においては、改質反
応管の内管内部を流通した燃焼ガスを、内管からでた直
後にオリフィス孔を通過させることにより、燃焼ガスの
流量配分を自由に調整できる。

【００３９】請求項１５記載の発明においては、第１の
環状部をエンドキャップと反対側に延長した第４の環状
部の終端に触媒出入口を設けたので、触媒の交換作業を
原料ガスマニフォールドを切断しないで実施できる。

【００４０】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１に係る改質装置を
示す側面断面図、図２は図１のＥ−Ｅ線における部分断
面図である。図１及び図２において、図１０に示した従
来の改質装置と同一または相当部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。

【００４１】１０７は燃料導入口１１４から供給される
燃料と空気導入口１１５から供給される空気との混合気
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
装置であり、燃料管１０７ａ、空気噴出口１０７ｂ等か
ら構成される。１００はその内部で燃焼装置１０７の火
炎１０７ｅを形成させ、発生した燃焼ガスを流通させる
燃焼管である。１０８は燃焼管１００の内部とその下方
に広がる燃焼空間であり、燃焼空間１０８で発生した燃
焼ガスは、燃焼管１００を出た後１８０度方向を転換し
て改質反応管３の内管３ｂ内側に充填された充填材１０
に導かれるように構成されている。

【００４２】この実施例１では、図１及び図２に示すよ
うに、燃焼装置１０７及び燃焼管１００を改質炉１の中
心部に配置すると共に、この中心部に対し同心状に複数
個の改質反応管３を配設している。さらに、燃焼装置１
０７を構成する燃料管１０７ａ、空気噴出口１０７ｂ等
が、改質炉１に対して燃焼ガスマニフォールド１２、原
料ガスマニフォールド１９、及び改質ガスマニフォール
ド２０等と同じ側になるように配置されており、その結
果、燃焼装置１０７で燃焼され燃焼管１００内を流れる
燃焼ガスの向きは反応管３の触媒層５を流れる原料ガス
の向きと同一方向になる。

【００４３】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１９により分配されて改質反応管３
に送られる。そして、この原料ガスは内管３ａと中間管
３ｂの間の第１の環状部４内であって触媒が充填された
触媒層５中を通過する際、外部より熱が与えられて改質
反応を起こし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２０で集められて改質炉１外に取り出される。
以上の動作は従来例と同様である。

【００４４】一方、改質炉１内の中心部に設けられた燃
焼装置１０７において、燃料導入口１１４から供給され
た燃料は燃料管１０７ａを通り燃焼空間に噴出され、空
気導入口１１５から供給され空気噴出口１０７ｂより噴
出される空気と混合されて燃焼空間１０８で燃焼する。
燃焼装置１０７で燃焼した高温の燃焼ガスは、燃焼管１
００内を通り、改質炉下方に広がる空間においてその流
れを１８０度変えて、各改質反応管３の内管３ａの内側
を流れる。この時、高温の燃焼ガスが内管３ａおよび充
填材層１０を加熱し、第１の環状部４内の触媒層５及び
通過する原料ガスに熱を付与して改質反応を起こさせ
る。その後、燃焼ガスは燃焼ガスマニフォールド１２で
集合し、燃焼ガス排出口１８より改質炉１外に取り出さ
れる。

【００４５】以上のように、上記実施例１によれば、燃
焼装置１０７を改質反応管３の長さ方向と並行に配設し
たので、燃焼装置１０７の火炎が長くても改質反応管３
のエンドキャップ３ｄに届かない。また、従来装置と比
べて改質炉１内に燃焼装置のためのスペース(図１０の
下側のスペース)を設けなくとも良いので、改質炉の小
型化が達成できる。また、燃焼装置１０７を改質炉１の
中心部に設置しかつ燃焼装置１０７を中心とする円周上
に複数の改質反応管３を配置したので、燃焼ガスが効率
良くかつ均一に各反応管の内管３ａ内部を通り、改質反
応を均一化及び安定化させる。さらに、燃焼装置１０７
を、改質炉１に対して原料ガスマニフォールド１９と同
じ側にくるように配置したので、触媒交換のための原料
ガスマニフォールド１９の切断・交換作業と、燃焼装置
１０７の部品の交換作業を、同じ側(図１では上側)から
実施できるため、改質炉１の他方側(図１では下側)にメ
ンテナンススペースを確保する必要がなくなる。

【００４６】なお図１及び図２では、改質反応管３を燃
焼装置１０７を中心とした単一の円周上に配置した改質
装置を示したが、複数の円周上に２重、３重に配置して
も良い。また、燃焼装置１０７を改質炉１の中心に配置
しなくても良く、更に燃焼装置１０７を複数個設置した
ものでも良い。

【００４７】実施例２．次に、この発明の実施例２を図
３に基づいて説明する。図３において、２２は改質反応
管の内管３ａの内側中心部に配設された耐熱性を有する
芯体であり、ここでは反応管３の中心軸に対して同心状
の中空円筒のものを使用した。なお、中実構造で断熱性
を有するものでも良い。２３は内管３ａと芯体２２との
間に形成され燃焼ガスが流通する第３の環状部であり、
この環状部２３内には伝熱性の良好なセラミック粒子等
の充填部材が充填された充填部材層２４が存在する。な
お、その他の構成は図１と同様である。

【００４８】次に、実施例２の動作について説明する。
燃焼ガスは改質反応管の内管３ａとその内側の芯体２２
との間に形成された充填部材層２４を流れるのである
が、芯体２２を設置しない場合に比べて上記充填部材層
２４の横断面積が小さくなるので、燃焼ガスの流速が速
くなり、燃焼ガスから内管３ａへの伝熱が促進される。

【００４９】実施例３．次に、この発明の実施例３を図
４に基づいて説明する。図４において、２５は芯体２２
の外表面に取り付けられたフィンである。このフィン２
５は図４では燃焼ガスの流通方向に対して直線状に取り
付けられたものが示されているが、流通方向に対して螺
旋状のフィン、芯体２２に対して円周方向のフィン、突
起状のフィン等種々の形状のフィンが考えられる。ま
た、内管３ａの内側にフィンを形成しても良い。その他
の構成は図３と同様である。

【００５０】次に、実施例３の動作について説明する。
燃焼装置１０７からの燃焼ガスが、反応管の内管３ａと
芯体２２との間に形成された第３の環状部２３を通る際
に、芯体２２に設けられたフィン２５を加熱する。そし
て、高温となったフィン２５からの輻射伝熱により内管
３ａが暖められ、触媒層５への伝熱が促進される。ま
た、内管３ａと芯体２２の間にある第３の環状部２３の
断面積が小さくなるので、燃焼ガスの流速が上がり、燃
焼ガスから内管３ａへの伝熱が促進される。更に、内管
３ａと芯体２２との間に図３に示すような充填材を設置
しなくても良く、構造上簡略なものとなる。

【００５１】実施例４．次に、この発明の実施例４を図
５に基づいて説明する。図５において、２６は燃焼ガス
に接するエンドキャップ３ｄの外表面と内管３ａのエン
ドキャップ側の所定領域(図のＬ部分)内表面に設けられ
た伝熱抑制材である。この伝熱抑制材２６は断熱材など
の熱伝導度の低いものを使用する。その他の構成は実施
例１と同様である。

【００５２】次に、実施例４の動作について説明する。
伝熱抑制材２６を被覆することにより、エンドキャップ
３ｄ及び内管３ａのエンドキャップ３ｄ側所定領域(図
５のＬ部分)に対する燃焼ガスからの伝熱量は少なくな
り、その分伝熱抑制材２６がつけられていない内管３ａ
部分への伝熱量が増す。即ち、燃焼ガスから内管３ａに
供給される熱は、大部分が触媒層５における改質反応に
利用され、この改質反応は触媒層５の原料ガス通過過程
で均一にかつ全体に渡って行われるのが理想である。よ
って、原料ガスの出口側にあたるエンドキャップ３ｄ付
近に多量の燃焼ガスの熱が供給されても当該熱が有効に
利用されない。そこで本実施例では、エンドキャップ３
ｄ側の伝熱を抑制し、当該抑制した熱をその他の部分
(内管３ａの中央付近；改質反応を促進する部分)に供給
することで、燃焼熱を有効に利用することとした。ま
た、エンドキャップ３ｄ付近は最も火炎に近いため局部
的な過熱が生じやすく、上記伝熱抑制材２６は改質反応
管３を過熱から防止するという役割も果たす。

【００５３】実施例５．次に、この発明の実施例５を図
６に基づいて説明する。図６において、２２ａは燃焼ガ
スの一部を芯体２２の内部に流入させるための燃焼ガス
導入口、２２ｂは芯体２２内部に設けた燃焼ガス通路、
２２ｃは芯体２２の内部に流通している燃焼ガスを再び
第３の環状部２３に流入させるための燃焼ガス排出口で
ある。なお、その他の構成は図３と同様である。

【００５４】次に、実施例５の動作について説明する。
燃焼ガスの一部が芯体２２の燃焼ガス導入孔２２ａから
芯体２２内部の燃焼ガス通路２２ｂを通り、芯体の中間
部にある燃焼ガス排出口２２ｃより第３の環状部２３へ
流入することにより、内管３ａのエンドキャップ３ｄ側
の伝熱を抑えて、主に内管３ａの中間部分への伝熱を促
進することで、燃焼熱を有効に利用する。ここで、芯体
２２の燃焼ガス通路２２ｂと第３の環状部２３との燃焼
ガスの流量配分は、その流路抵抗を考慮し燃焼ガス導入
口２２ａの孔径を決めることにより行う。また、燃焼ガ
ス排出口２２ｃの位置も改質反応を促進したい位置にあ
わせて設置する。

【００５５】実施例６．次に、この発明の実施例６を図
７に基づいて説明する。図７において、２７は複数の改
質反応管３の各々に対して、第１の環状部４の原料ガス
導入部に設けたオリフィス板である。２８はオリフィス
板２７のオリフィス孔であり、原料ガス通過時の圧損が
触媒層通過時の圧損の０．５〜３倍となるようにし、ま
た各々のオリフィス板２７は同一のオリフィス孔径を有
するようにする。なお、その他の構成は図１と同様であ
る。

【００５６】次に、実施例６の動作について説明する。
原料ガスの各改質反応管３に対する流量配分は、各反応
管３内の触媒層５の流路抵抗によって決まる。そしてこ
の流路抵抗のばらつきが大きい場合、原料ガス流量のば
らつきが大きくなる。本実施例６の構成によれば、各反
応管３に対する流量配分は、触媒層５の流路抵抗とオリ
フィス板２７の流路抵抗の和によって決定されるため、
オリフィス板２７のオリフィス径２８を均一に、しかも
触媒層５の流路抵抗と同等より少な目又はそれ以上の流
路抵抗を持つようにすれば、オリフィス板２７のない場
合に比べて原料ガスの流量均一分配からのズレを小さく
できる。ここで実験によれば原料ガス通過時の圧損が触
媒層通過時の圧損の０．５〜３倍となるようにオリフィ
ス孔２８の径を調整すれば良いことがわかった。

【００５７】本実施例６によれば、原料ガスの流量分配
のばらつきを小さくすることにより、各改質反応管３の
温度のばらつきを小さくすることができ、改質ガスの組
成が改善される。

【００５８】実施例７．次に、この発明の実施例７を図
８に基づいて説明する。図８において、２９は複数の改
質反応管３の各々に対して、その燃焼ガス出口部に設け
たオリフィス板であり、このオリフィス板２９はフラン
ジ３１により固定されている。３０はオリフィス板２９
のオリフィス孔であり、３２はガスケットである。な
お、その他の構成は図１と同様である。

【００５９】次に、実施例７の動作について説明する。
複数の改質反応管３で温度ばらつきが生じた際、温度の
高い反応管３のオリフィス板２９のオリフィス径３０を
小さく調整することにより、内管３ａの内側を流れる燃
料ガスの流量を減少させ、その改質反応管３の温度を下
げて複数の改質反応管３の温度のばらつきを小さくする
ことができる。その結果、改質ガスの組成を改善するこ
とができる。

【００６０】また、充填部材１０を収納している金網１
１の目の大きさや空孔率を調整したり、また内実の芯体
２２を設けて、燃焼ガスの流路面積を調整することによ
り、燃料ガスの流量を調整しても良い。

【００６１】実施例８．次に、この発明の実施例８を図
９に基づいて説明する。図９において、３３，３４は触
媒層５の触媒を交換する場合の出入口となるフランジ、
３５は上記フランジ３３と３４間に設けたガスケット、
３６は触媒層５の触媒が原料ガスマニフォールド１９に
入らないようにするためのパンチメタル(孔を有する金
属)である。また、３７は第１の環状部４をエンドキャ
ップ３ｄと反対側に延長した第４の環状部である。

【００６２】次に、実施例８の動作について説明する。
本実施例の構成によると、改質装置の長期間運転の後、
触媒層５の触媒の活性が低下した場合、フランジ３３を
外すことにより原料ガスマニフォールド１９を切断せず
に簡単に交換作業が行える。

【００６３】

【発明の効果】請求項１，２記載の発明によれば、燃焼
装置が改質反応管と並行に設置されているため、燃焼空
間を小さくでき改質装置の小型化が図れる。また、触媒
交換のための原料ガス導入側切断と燃焼装置の部品の交
換を改質炉に対して同じ方向から実施できるので、メン
テナンス空間を小さくできる効果がある。

【００６４】請求項３記載の発明によれば、燃焼装置を
中心部に設置しかつその周りに同心状に複数の改質反応
管を配置したので、燃焼ガスが効率良くかつ均一に各反
応管の内管の内側を通り、伝熱が均一化され、改質反応
を安定化させる。

【００６５】請求項４記載の発明によれば、燃焼ガスか
ら内管への伝熱を促進できるので、改質反応を促進し、
かつ改質装置の小型化ができる。

【００６６】請求項５記載の発明によれば、内管の内側
に伝熱性の良好な充填部材を充填するという簡単な構成
により、燃焼ガスの伝熱を促進できる。

【００６７】請求項６記載の発明によれば、内管と芯体
の間の燃焼ガス通路の断面積が小さくなるので、燃焼ガ
スの流速が上がり伝熱が促進する。

【００６８】請求項７記載の発明によれば、内管の内側
に芯体を設けたため、内管と芯体の間の断面積が小さく
なり、燃焼ガスの流速が上がるため、燃焼ガスから内管
への伝熱が促進される。また芯体に設けられたフィンか
らの輻射により燃焼ガスから内管への伝熱が促進され
る。

【００６９】請求項８記載の発明によれば、改質反応を
促進したい第１環状部の触媒部分に対して効率的に伝熱
を促進し、良質の改質ガスを得る。

【００７０】請求項９記載の発明によれば、燃焼ガスに
接するエンドキャップの外表面と内管のエンドキャップ
側の内表面に伝熱抑制材を設けることにより、この部分
の伝熱を抑制するとともにその他の伝熱を促進させる。

【００７１】請求項１０記載の発明によれば、改質反応
を促進したい内管の所定部分に対して燃焼ガスを流出さ
せることができ、燃焼ガスの伝熱が効率的に行われ、良
質の改質ガスを得る。

【００７２】請求項１１記載の発明によれば、原料ガス
の流量配分のばらつきを小さくできるので、改質反応管
の温度ばらつきを抑えることができ、良質の改質ガスが
得られる。

【００７３】請求項１２記載の発明によれば、原料ガス
導入部分にオリフィス孔を設けるという簡単な構成によ
り、原料ガスの流量配分を調整でき、かつその調整も容
易に行える。

【００７４】請求項１３記載の発明によれば、改質反応
管の内管の内側を流通する燃料ガスの流量を調整するこ
とにより、反応管の温度ばらつきを小さくして、良質の
改質ガスを得ることができる。

【００７５】請求項１４記載の発明によれば、簡単な構
成により上記効果を達成すると共に、オリフィス孔を変
えることにより燃焼ガス流量分配を容易に調整できる。

【００７６】請求項１５記載の発明によれば、原料ガス
マニフォールドを切断せずに触媒の交換ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による改質装置の断面図で
ある。

【図２】図１に示す改質装置のＥ−Ｅ線部分断面図であ
る。

【図３】この発明の実施例２による改質装置の断面図で
ある。

【図４】この発明の実施例３による改質装置の断面図で
ある。

【図５】この発明の実施例４による改質装置の断面図で
ある。

【図６】この発明の実施例５による改質装置の断面図で
ある。

【図７】この発明の実施例６による改質装置の断面図で
ある。

【図８】この発明の実施例７による改質装置の断面図で
ある。

【図９】この発明の実施例８による改質装置の断面図で
ある。

【図１０】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燃料室７ｄ空気室７ｅ火炎８燃焼空間９パイロットバーナ１０充填材層１１金網１２燃焼ガスマニフォールド１３断熱材１４燃料導入口１５空気導入口１６原料ガス導入口１７改質ガス導入口１８燃料ガス導入口１９原料ガスマニフォールド２０改質ガスマニフォールド２１燃焼管２２芯体２２ａ燃焼ガス導入口２２ｂ芯体内部燃焼ガス２２ｃ燃焼ガス排出口２３第３の環状部２５フィン２６伝熱抑制材２７オリフィス板２８オリフィス孔２９オリフィス板３０オリフィス孔３１フランジ３２ガスケット３３フランジ３４フランジ３５ガスケット３６パンチメタル３７第４の環状部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高温の燃焼ガスを発生させる燃焼装置
と、この燃焼装置より発生した燃焼ガスの流通方向を約
１８０度方向転換させる燃焼ガス空間と、上記方向転換
した燃焼ガスをその内側で流通させる内管と、この内管
の外側にそれぞれ同心状に配設された中間管及び外管
と、上記内管及び中間管の間に形成され原料ガスが導入
される第１の環状部と、この第１の環状部内にあって原
料ガスを改質ガスに改質する触媒が充填された触媒層
と、中間管及び外管の間に形成され改質ガスが流通する
第２の環状部と、原料ガス導入側と反対側の内管及び外
管の一端に配設され第１の環状部と第２の環状部とを連
通させるエンドキャップとからなる改質反応管と、上記
燃焼装置及び改質反応管を設置し、上記燃焼ガス空間を
形成する改質炉を備え、上記改質炉に対して、上記燃焼
装置を上記改質反応管の原料ガス導入側と同じ側に取り
付けた改質装置。
【請求項２】高温の燃焼ガスを発生させる燃焼装置、
この燃焼装置の火炎を形成させ上記燃焼ガスを流通させ
る燃焼管、この燃焼管から出た燃焼ガスの流通方向を転
換させる燃焼空間を形成する改質炉、上記燃焼空間部で
開口し上記方向転換した燃焼ガスをその内側に流通させ
る内管とこの内管の外側にそれぞれ第１の環状部及び第
２の環状部を介して同心状に配設された中間管及び外管
とからなる改質反応管、上記第１の環状部に設けられ第
１の環状部内に導入される原料ガスを改質ガスに改質す
る触媒が充填された触媒層、この触媒層を通過した改質
ガスを上記第２の環状部に流入させるべく上記内管及び
外管の端部に配設されたエンドキャップを備え、上記改
質炉に対して、上記燃焼装置を改質反応管の原料ガス導
入側と同じ側に取り付けた改質装置。
【請求項３】燃焼装置を改質炉の中心部に配設すると
共に、燃焼装置を中心として１又は複数の同心円上に複
数本の改質反応管を配設したことを特徴とする請求項
１，２いずれかに記載の改質装置。
【請求項４】改質反応管の内管の内側に、燃焼ガスの
熱を内管と中間管の間の第１環状部の触媒層へ効率よく
伝える伝熱促進部材を設けた請求項１〜３いずれかに記
載の改質装置。
【請求項５】改質反応管の内管の内側の空間に、セラ
ミック粒子等の伝熱性の良好な充填部材を充填した請求
項１〜３いずれかに記載の改質装置。
【請求項６】改質反応管の内管の内側に芯体を設置し
た請求項１〜３いずれかに記載の改質装置。
【請求項７】改質反応管の内管の内側の中心部に芯体
を設置し、芯体の外表面にフィンを取り付けた請求項１
〜３いずれかに記載の改質装置。
【請求項８】改質反応管の内管の内側を流通する燃焼
ガスの熱を内管と中間管の間の第１環状部の所定位置の
触媒層へ効率よく伝える伝熱調整手段を設けた請求項１
〜３いずれかに記載の改質装置。
【請求項９】改質反応管のエンドキャップの外表面
と、内管のエンドキャップ側の内側表面に、伝熱抑制部
材を設置した請求項１〜３いずれかに記載の改質装置。
【請求項１０】改質反応管の内管の内側に芯体を設置
し、芯体の内部に燃焼ガスを流入させて内管の所定位置
に流出させるようにした請求項１〜３いずれかに記載の
改質装置。
【請求項１１】改質反応管の第１環状部に導入する原
料ガスの流量を調整する手段を設けた請求項１〜３いず
れかに記載の改質装置。
【請求項１２】改質反応管の第１環状部の原料ガス導
入部にオリフィス板を設けた請求項１〜３いずれかに記
載の改質装置。
【請求項１３】改質反応管の内管の内側を流れる燃焼
ガスの流量を調整する手段を設けた請求項１〜３いずれ
かに記載の改質装置。
【請求項１４】改質反応管の内管の内側を流通する燃
焼ガス流通通路の直後にオリフィス孔を設けた請求項１
〜３いずれかに記載の改質装置。
【請求項１５】改質反応管の第１の環状部をエンドキ
ャップと反対側に延長した第４の環状部に、触媒層を第
１の環状部に挿入し又は取り出すための出入口を設けた
請求項１〜３いずれかに記載の改質装置。