JP4646527B2

JP4646527B2 - 改質装置

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Publication number: JP4646527B2
Application number: JP2004043155A
Authority: JP
Inventors: 規寿神家
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP2005231943A

Description

本発明は、改質触媒が装入されて、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気により改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室と、その改質処理室から排出された改質処理ガスを通流させる改質処理ガス通流室とが伝熱可能に並設された改質装置に関する。

かかる改質装置は、改質処理室と改質処理ガス通流室とを伝熱可能に並設して、改質処理室から排出された改質処理ガスを改質処理ガス通流室に通流させることにより、改室処理ガス通流室から改質処理室に伝熱させて、その改質処理ガス通流室を通流する改質処理ガスから、改質処理室における改質処理用の熱を回収するように構成したものであり、改質処理室における改質処理効率を向上するようにしたものである。

このような改質装置において、従来では、図１１に示すように、改質処理室２と改質処理ガス通流室４とを、夫々に専用の室形成体５１，５２を用いて各別に形成し、それら各別の改質処理室２及び改質処理ガス通流室４を、改質処理室用の室形成体５１と改質処理ガス通流室用の室形成体５２とを密着させた状態で並設することにより、改質処理室２と改質処理ガス通流室４とを伝熱可能に並設し、更に、それら改質処理室２と改質処理ガス通流室４とをそれらの外部に配管した外部接続管５３にて接続していた。

説明を加えると、一対の皿状容器形成体５４をそれらの間に燃焼室側伝熱板５５を位置させた状態で配置し、それら一対の皿状容器形成体５４の周辺部を溶接接続することにより、区画された２つの室を備えた双室具備容器Ｂｄを構成し、その双室具備容器Ｂｄの一方の室を備えた部分にて改質処理室２を構成し、他方の室を備えた部分にて燃料を燃焼させて改質処理室２を加熱する燃焼室３を構成していた。
又、皿状容器形成体５８と平板状容器形成体５９とを対向させて配置し、それら皿状容器形成体５８及び平板状容器形成体５９の周辺部を溶接接続することにより、一つの室を備えた単室具備容器Ｂｍを構成し、その単室具備容器Ｂｍにて改質処理ガス通流室４を構成していた。

つまり、双室具備容器Ｂｄを形成する一対の皿状容器形成体５４のうちの改質処理室２を区画する方の皿状容器形成体５４と燃焼室側伝熱板５５とが、改質処理室用の室形成体５１に相当し、単室具備容器Ｂｍを形成する皿状容器形成体５８と平板状容器形成体５９とが、改質処理ガス通流室用の室形成体５２に相当する。

そして、双室具備容器Ｂｄと単室具備容器Ｂｍとを、双室具備容器Ｂｄの一方の皿状容器形成体５４（改質処理室用の室形成体５１に相当する）と単室具備容器Ｂｍの皿状容器形成体５８（改質処理ガス通流室用の室形成体５２に相当する）とを密着させた状態で並設することにより、改質処理室２と改質処理ガス通流室４とを伝熱可能に並設し、更に、改質処理室２を構成する双室具備容器Ｂｄと改質処理ガス通流室４を構成する単室具備容器Ｂｍとを外部接続管５３にて接続して、その外部接続管５３を通じて、改質処理室２から排出された改質処理ガスを改質処理ガス通流室４に供給するように構成していた（例えば、特許文献１参照。）。

尚、図１１中、６０は、前記燃焼室３内に設けて燃料を燃焼させるバーナであり、１は、改質処理室２に装入した改質触媒、６１は、炭化水素系の原燃料を改質処理室２に供給する原燃料供給路、６２は、改質処理ガス通流室４から排出される改質処理ガスを導く改質処理ガス排出路である。

特開２０００−１７８００３号公報

従って、従来では、上述のように改質処理室と改質処理ガス通流室とを夫々に専用の室形成体を用いて各別に形成すると共に、それら各別の改質処理室と改質処理ガス通流室とを外部接続管にて接続することから、構成が複雑化して、改質装置が高騰化していた。
又、互いに密着する改質処理室用の室形成体及び改質処理ガス通流室用の室形成体を夫々伝熱板として機能させて、それら２枚の伝熱板を通して、改質処理室と改質処理ガス通流室との間で伝熱させるように構成していたことから、伝熱効率が悪くなり、改質処理効率を向上させる上で改善の余地があった。
つまり、２枚の伝熱板にて伝熱させるだけでも伝熱効率が悪くなるばかりか、更に、２枚の伝熱板の少なくとも一方に凹凸が存在すると、２枚の伝熱板の間に伝熱が抑制される空気層が形成されるので、一段と伝熱効率が悪くなるのである。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低廉化を図りながら、改質処理効率を向上し得る改質装置を提供することにある。

本発明の改質装置は、改質触媒が装入されて、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気により改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室と、その改質処理室から排出された改質処理ガスを通流させる改質処理ガス通流室とが伝熱可能に並設された改質装置であって、
前記改質処理室と前記改質処理ガス通流室とが、１枚の通流室側伝熱板にて隔てられた状態で、且つ、前記改質処理室から前記改質処理ガス通流室に改質処理ガスを通過させるガス通過部を備える状態で区画形成され、
燃焼室側伝熱板を間に位置させた状態で配置された一対の皿状容器形成体の周辺部が溶接接続されて、前記改質処理室と燃料を燃焼させて前記改質処理室を加熱する燃焼室とが区画形成され、
前記改質処理室を構成する前記皿状容器形成体の背面側に、皿状通流室形成体の周縁部における端面部のみが当て付けられた状態で溶接接続されて、前記改質処理室を構成する前記皿状容器形成体を前記通流室側伝熱板として機能させる状態で、前記改質処理ガス通流室が区画形成され、
前記皿状容器形成体及び前記皿状通流室形成体の夫々が、平板状の底部の周縁部から丸みを帯びる状態で側壁部が立ち上がる皿状に成形加工されて形成されている点を特徴とする。

即ち、改質処理室にて改質処理された改質処理ガスがガス通過部を通じて改質処理ガス通流室に流入して、その改質処理ガス通流室を通流し、１枚の通流室側伝熱板を通じて、改質処理ガス通流室から改質処理室に伝熱する。

つまり、改質処理室と改質処理ガス通流室とを、１枚の通流室側伝熱板にて隔てた状態で且つガス通過部を備える状態で区画形成することから、改質処理室と改質処理ガス通流室とを一体的に構成することができると共に、改質処理室と改質処理ガス通流室とを従来の如く外部接続管にて接続する必要がないので、改質装置の構成を簡略化することが可能になる。
又、改質処理ガス通流室から改質処理室へ１枚の通流室側伝熱板を通じて伝熱させるので、伝熱効率を向上することが可能になって、改質処理効率を向上することが可能になる。
従って、低廉化を図りながら、改質処理効率を向上し得る改質装置を提供することができるようになった。
また、第１特徴構成によれば、燃焼室側伝熱板を間に位置させた状態で配置した一対の皿状容器形成体の周辺部を溶接接続して、区画された２つの室を備えた容器を構成し、その容器の一方の室を備えた部分にて改質処理室を構成し、他方の室を備えた部分にて、燃料を燃焼させて改質処理室を加熱する燃焼室を構成することにより、燃焼室で燃料が燃焼して発生する燃焼熱を１枚の燃焼室側伝熱板を通じて改質処理室に伝熱させるようにすることができる。
又、その容器の改質処理室の部分を構成する皿状容器形成体に、皿状通流室形成体の周縁部を溶接接続して、その改質処理室を構成する皿状容器形成体を通流室側伝熱板として機能させる状態で、改質処理ガス通流室を区画形成することにより、１枚の通流室側伝熱板を通じて、改質処理ガス通流室から改質処理室に伝熱させるようにすることができる。
つまり、上述のように容器を構成して、その容器により改質処理室及び燃焼室を構成すると共に、その容器の改質処理室の部分を構成する皿状容器形成体に皿状通流室形成体の周縁部を溶接接続して、その改質処理室を構成する皿状容器形成体と皿状通流室形成体とにより改質処理ガス通流室を区画形成することにより、改質処理室、燃焼室及び改質処理ガス通流室を、改質処理室と燃焼室とを１枚の燃焼室側伝熱板にて隔て且つ改質処理室と改質処理ガス通流室とを１枚の通流室側伝熱板にて隔てた状態で、一体的に構成することが可能になる。
そして、改質処理室、燃焼室及び改質処理ガス通流室を一体的に構成することが可能になることにより、組み付け構成を簡略化することが可能になる。
又、改質処理ガス通流室から改質処理室へ１枚の通流室側伝熱板を通じて伝熱させることにより、改質処理ガス通流室から改質処理室への伝熱効率を向上させることが可能になることに加えて、燃焼室から改質処理室へ１枚の燃焼室側伝熱板を通じて伝熱させることにより、燃焼室から改質処理室への伝熱効率をも向上させることが可能になるので、改質処理効率を一段と向上させることが可能になる。
従って、低廉化を一層図ると共に、改質処理効率の向上を一層促進させるようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。
さらに、第１特徴構成によれば、皿状容器形成体及び皿状通流室形成体の夫々が、皿状に成形加工されて形成されているので、皿状容器形成体及び皿状通流室形成体夫々の製作を簡略化することが可能になり、延いては、改質処理室、燃焼室及び改質処理ガス通流室夫々の製作を簡略化することが可能になる。
ちなみに、皿状容器形成体及び皿状通流室形成体の夫々を、折り曲げ加工により形成することができるが、この折り曲げ加工は成形加工に比べて、加工工程が多くなる等の理由により、皿状容器形成体及び皿状通流室形成体夫々の製作が複雑化する。
従って、低廉化を一層図るようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記改質処理室及び前記改質処理ガス通流室の夫々が、前記通流室側伝熱板の厚さ方向に薄い扁平状に構成されている点を特徴とする。

即ち、改質処理室及び前記改質処理ガス通流室の夫々が、前記通流室側伝熱板の厚さ方向に薄い扁平状に構成されていることから、改質処理室の単位容積に対する伝熱面積及び改質処理ガス通流室の単位容積に対する伝熱面積を大きくすることが可能になって、改質処理ガス通流室を通流する改質処理ガスから効率良く熱回収することが可能になると共に、改質処理室の加熱温度分布を小さくすることが可能となる。
つまり、改質処理室にて原燃料を適切に改質処理できるようにしながら、改質処理可能なように加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることが可能になるので、改質処理効率を一層向上させることが可能になる。
従って、改質処理効率の向上を一層促進させるようにする上で好適な手段を提供することができるようになった。

〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１ないし図３に示すように、改質装置Ｒは、改質触媒１が装入されて、供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気により改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室２と、ガス燃料を燃焼させて改質処理室２を加熱する燃焼室３と、改質処理室２から排出された改質処理ガスを通流させる改質処理ガス通流室４とを、燃焼室３と改質処理室２とが伝熱可能で且つ改質処理ガス通流室４と改質処理室２とが伝熱可能な状態で、並設して構成してある。

そして、前記改質処理室２と前記改質処理ガス通流室４とを、１枚の通流室側伝熱板５にて隔てた状態で、且つ、改質処理室２から改質処理ガス通流室４に改質処理ガスを通過させるガス通過部１０を備える状態で区画形成してある。

説明を加えると、燃焼室側伝熱板６を間に位置させた状態で配置した一対の皿状容器形成体７の周辺部を溶接接続して、燃焼室側伝熱板６の厚さ方向に薄い扁平状の区画された２つの室を備える矩形板状の扁平な容器Ｂを構成し、その容器Ｂの一方の室を備えた部分にて前記改質処理室２を構成し、他方の室を備えた部分にて燃焼室３を構成し、その燃焼室３内に、ガス燃料を燃焼させるバーナ８を配設してそのバーナ８にて改質処理室２を加熱するようになっている。
又、その容器Ｂの改質処理室２を構成する皿状容器形成体７に、皿状通流室形成体９の周縁部を溶接接続して、その改質処理室２を構成する皿状容器形成体７を通流室側伝熱板５として機能させる状態で、皿状容器形成体７の厚さ方向に薄い扁平状の改質処理ガス通流室４を区画形成してある。

つまり、改質装置Ｒを、改質処理室２と燃焼室３とを１枚の燃焼室側伝熱板６にて隔て且つ改質処理室２と改質処理ガス通流室４とを１枚の通流室側伝熱板５にて隔てた状態で、改質処理室２、燃焼室３及び改質処理ガス通流室４を一体的に備えて構成してある。
又、前記燃焼室３、前記改質処理室２及び前記改質処理ガス通流室４の夫々を、前記通流室側伝熱板５の厚さ方向に薄い扁平状に構成してある。

前記燃焼室側伝熱板６、前記皿状容器形成体７及び前記皿状通流室形成体９は、夫々ステンレス等の耐熱金属製であり、燃焼室側伝熱板６は矩形平板状に形成し、皿状容器形成体７は、開口部周囲に鍔状部を備えた矩形皿状にプレス成形加工して形成し、皿状通流室形成体９は、前述の如き鍔状部を備えない矩形皿状にプレス成形加工して形成してある。
皿状容器形成体７及び皿状通流室形成体９のいずれも、平板状の底部の周縁部から丸みを帯びる状態で側壁部が立ち上がる形状に形成してある。
前記改質触媒１は、ルテニウム、ニッケル、白金等の触媒をセラミック製の多孔質粒状体に保持させて、粒状に形成してある。

図２及び図３に示すように、前記改質処理室２を形成する方の皿状容器形成体７における一側縁の鍔状部分よりも内側で且つその鍔状部分近傍に、その鍔状部分に沿って複数列状に多数の小孔を穿設して、その小孔群により前記通過部１０を構成し、又、その皿状容器形成体７の内部には、底用多孔板１１及び蓋用多孔板１２を、底用多孔板１１が通過部１０よりも内側で且つその通過部１０近傍に位置し、且つ、蓋用多孔板１２が底用多孔板１１に対してその通過部１０側とは反対側に対向して位置する状態で付設してある。

そして、一対の皿状容器形成体７を、改質処理室２を形成する方の皿状容器形成体７の内部における底用多孔板１１と蓋用多孔板１２との間に多数の改質触媒１を充填し且つ燃焼室３を形成する方の皿状容器形成体７の内部における前記底用多孔板１１に対向する位置に長尺状のバーナ８を設けた状態で、夫々の鍔状部にて燃焼室側伝熱板６を挟むように配置し、その配置状態にて周縁部をシーム溶接にて接続して、前記容器Ｂを形成してある。つまり、容器Ｂにおける改質触媒１を装入した室を備えた部分にて改質処理室２を構成し、バーナ８を配設した室を備えた部分にて燃焼室３を構成してある。

更に、前記容器Ｂの改質処理室２の部分を構成する前記皿状容器形成体７の背面側に、前記通過部１０を覆うように前記皿状通流室形成体９を被せて配置し、その配置状態において、皿状通流室形成体９の周縁部をシーム溶接して、皿状容器形成体７の背面に皿状通流室形成体９を付設して、前記改質処理ガス通流室４を区画形成してある。
一対の皿状容器形成体７、皿状通流室形成体９の夫々には、前記通過部１０や前記バーナ８の側とは反対側の側縁部側に位置させて、各室内に連通する状態で、ガス供給用又はガス排出用のノズル１３を接続してある。
又、前記バーナＢには、ガス燃料を供給する燃料供給路１４及び燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給路１５を接続してある。

上述のように構成した改質装置Ｒは、前記底用多孔板１１が下側に位置する縦姿勢で配置して使用するようになっている。

そして、バーナ８にて燃料供給路１４を通じて供給されるガス燃料を燃焼用空気供給路１５を通じて供給される燃焼用空気にて燃焼させて、その燃焼ガスを燃焼室３内を上方に向けて通流させた後、燃焼室３の上方のノズル１３から排出させるようになっていて、燃焼室３内を通流する燃焼ガスの熱を１枚の燃焼室側伝熱板６を通じて改質処理室２へ伝熱させて、改質触媒１を改質処理可能なように加熱するようになっている。
又、改質処理室２にその上方からノズル１３を通して原燃料ガスを供給して、原燃料ガスを改質触媒１を上側から下側に向けて通過するように通流させて改質処理し、そのように改質処理した改質処理ガスをガス通過部１０を通じて改質処理ガス通流室４に流入させて、その改質処理ガス通流室４を上方に向けて通流させた後、その改質処理ガス通流室４の上方のノズル１３から排出させるようになっている。

そして、１枚の燃焼室側伝熱板６を通じて、燃焼室３から改質処理室２へ伝熱させると共に、１枚の通流室側伝熱板５を通じて、改質処理ガス通流室４から改質処理室２に伝熱させるようになっているので、伝熱効率を向上することが可能になって、改質処理効率を向上することが可能になる。
又、上述のように、一対の皿状容器形成体７及び皿状通流室形成体９は、プレス成形加工により、平板状の底部の周縁部から丸みを帯びる状態で側壁部が立ち上がる皿状に形成してあるので、丸みを帯びた部分にて熱応力を吸収することが可能になって、耐久性を一層向上させることが可能になる。

次に、上述の改質装置Ｒを備えた水素含有ガス生成装置について説明する。
図４に示すように、水素含有ガス生成装置は、前記改質装置Ｒに加えて、その改質装置Ｒにて改質処理する対象の天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部２１と、改質装置Ｒにおける改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓと、改質装置Ｒ（具体的には改質処理ガス通流室４）から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成部２２と、その変成部２２から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化する選択酸化部２３とを備えて構成してある。そして、この水素含有ガス生成装置にて生成された水素含有ガスは、例えば、各種の燃料電池Ｇにて発電用として用いられる。

更に、この水素含有ガス生成装置には、前記脱硫部２１からの脱硫原燃料ガスと前記改質装置Ｒの改質処理ガス通流室４からの高温の改質処理ガスとを熱交換させて、改質処理室２に供給される脱硫原燃料ガスを予熱する脱硫後原燃料加熱用熱交換器Ｅａと、その脱硫後原燃料加熱用熱交換器Ｅａを通過して前記変成部２２に供給される前の改質処理ガスと脱硫部２１に供給される原燃料ガスとを熱交換させて原燃料ガスを予熱する脱硫前原燃料加熱用熱交換器Ｅｂと、変成部２２を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部２５と、同じく、変成部２２を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部２６と、前記選択酸化部２３を冷却する冷却用ファン２７とを設けてある。

以下、水素含有ガス生成装置を構成する各部について説明を加える。
前記水蒸気生成部Ｓは、改質装置Ｒの燃焼室３から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部２８と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部２８による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２９とから構成してある。

改質装置Ｒにおいては、メタンガスを主成分とする天然ガスベースの都市ガス（１３Ａ）が原燃料ガスである場合は、改質触媒の触媒作用により、例えば６００〜７００°Ｃの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式（１）にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質処理ガスに改質処理される。

ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂……………（１）

前記変成部２２は、酸化鉄系又は銅亜鉛系の変成触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入してあり、改質装置Ｒから供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、変成触媒の触媒作用により、例えば１５０〜３１０°Ｃの範囲の変成処理温度の下で、下記の反応式（２）にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。

ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂……………（２）

前記選択酸化部２３は、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入してあり、その選択酸化触媒の触媒作用によって、例えば８０〜１００°Ｃの範囲の選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。

前記脱硫後原燃料加熱用熱交換器Ｅａは、前記改質装置Ｒの改質処理ガス通流室４から排出された改質処理ガスを通流させる上流側熱交換用通流部３０と、前記脱硫部２１にて脱硫処理されて改質装置Ｒに供給する脱硫処理後の原燃料ガスを通流させる脱硫後原燃料ガス通流部３１とを熱交換自在に設けて構成し、前記脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂは、前記上流側熱交換用通流部３０から排出された改質処理ガスを通流させる下流側熱交換用通流部３２と、前記脱硫部２１に供給する原燃料ガスを通流させる脱硫前原燃料ガス通流部３３とを熱交換自在に設けて構成してある。

水素含有ガス生成装置は、矩形板状の扁平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、前記改質装置Ｒ、前記水蒸気生成部Ｓ、前記脱硫部２１、前記変成部２２、前記選択酸化部２３、及び、各通流部等をそれぞれ構成してある。
即ち、複数の容器Ｂは、上述した改質装置Ｒを構成するのと同様に、２つの区画された扁平状の室を備える扁平状に構成してある。又、前記水蒸気生成部Ｓ、前記脱硫部２１、前記変成部２２、前記選択酸化部２３、及び、各通流部等を構成する各容器Ｂには、必要に応じて、改質装置Ｒを構成する容器Ｂと同様に、ガス供給用やガス排出用のノズル１３を接続してある。

本実施形態においては、８個の容器Ｂをその容器Ｂの厚さ方向に並べて設けてある。尚、８個の容器Ｂを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間には伝熱量調節用の断熱材３４を介在させた状態で並べてある。
８個の容器Ｂの区別が明確になるように、便宜上、容器を示す符号Ｂの後に、図４において左からの並び順を示す符号１，２，３……………８を付す。

左端の容器Ｂ１の左側の室を備えた部分を用いて前記水蒸気生成用加熱通流部２８を構成し、右側の室を備えた部分を用いて前記蒸発処理部２９を構成してある。つまり、左端の容器Ｂ１にて水蒸気生成部Ｓを構成してある。
左から２個目の容器Ｂ２を用いて、上述のように改質装置Ｒを構成してある
左から３個目の容器Ｂ３の左側の室を備えた部分を用いて、前記上流側熱交換用通流部３０を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、前記脱硫後原燃料ガス通流部３１を構成してある。
左から４個目の容器Ｂ４の左側の室を備えた部分を用いて、前記脱硫部２１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、前記脱硫前原燃料ガス通流部３３を構成してある。
左から５個目の容器Ｂ５の左側の室を備えた部分を用いて、前記下流側熱交換用通流部３２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、前記変成部２２を構成してある。
左から６個目の容器Ｂ６の左側の室を備えた部分を用いて、前記変成部２２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて前記変成部冷却用通流部２５を構成してある。
左から７個目の容器Ｂ７の両室を用いて、前記変成部２２を構成し、左から８個目（右端）の容器Ｂ８の左側の室を備えた部分を用いて、前記変成部冷却用通流部２６を構成し、右側の室を備えた部分を用いて前記選択酸化部２３を構成してある。

図５及び図６に示すように、水素含有ガス生成装置は、複数の容器Ｂ及び断熱材３４等を、上述のように並べて配置して、並び方向両端の容器Ｂに一対の保持板４９を各別に当て付けた状態で、それら一対の保持板４９を６組のネジ式連結手段にて連結することにより、一体的に組み付けて構成してある。
ネジ式連結手段は、ボルト４５、一対のナット４６及び一対のスプリングワッシャ４７から成る。
各保持板４９は、Ｌ字状に形成すると共に、各保持板４９は、２本の補強用リブ４８にて補強してある。
そして、一対の保持板４９にボルト４５を挿通した状態で、そのボルト４５の両側からスプリングワッシャ４７を介してナット４６にて締め付けることにより、複数の容器Ｂを並び方向に直交する方向での相対移動を許容する状態で並び方向両側から押し付けるようにしてある。又、スプリングワッシャ４７の伸縮作用により、各容器Ｂの並び方向での膨張収縮も許容するようにしてある。
尚、一対の保持板４９を立設して、その一対の保持板４９にて支持する状態で、水素含有ガス生成装置を設置する。

図４において、白抜き矢印にて示すように、原燃料ガス供給路３５を前記脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの脱硫前原燃料ガス通流部３３に接続し、並びに、その脱硫前原燃料ガス通流部３３、前記脱硫部２１、前記脱硫後原燃料加熱用熱交換器Ｅａの脱硫後原燃料ガス通流部３１、前記改質装置Ｒ、前記脱硫後原燃料加熱用熱交換器Ｅａの上流側熱交換用通流部３０、前記脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ｅｂの下流側熱交換用通流部３２、前記変成部２２、前記選択酸化部２３の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路３６にて接続してある。

前記選択酸化部２３から排出された改質処理ガスを燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給するように、選択酸化部２３と燃料電池Ｇとを燃料ガス路３７にて接続し、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスをガス燃料として前記改質装置Ｒの燃焼室３のガスバーナ８に供給すべく、燃料電池Ｇとガスバーナ８とを前記燃料供給路１４にて接続してある。

図４において、実線矢印にて示すように、原料水ポンプ３８から水蒸気生成用の原料水が送られる原料水供給路３９を前記蒸発処理部２９に接続し、蒸発処理部２９にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路４０を、前記脱硫部２１と前記脱硫後原燃料ガス通流部３１とを接続するガス処理用流路３６に接続して、ガス処理用流路３６を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。

図４において、破線矢印にて示すように、前記改質装置Ｒの燃焼室３から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成部Ｓの水蒸気生成用加熱通流部２８、変成部冷却用通流部２５の順に流すように、それら燃焼室３、水蒸気生成用加熱通流部２８、変成部冷却用通流部２５を燃焼ガス路４１にて接続して、水蒸気生成用加熱通流部２８においては、燃焼ガスによって蒸発処理部２９を加熱し、変成部冷却用通流部２５においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成部２２を冷却するように構成してある。

図４において、一点鎖線矢印にて示すように、ブロア４２からの空気を燃焼用空気として、前記改質装置Ｒのバーナ８に供給するように、ブロア４２とガスバーナ８とを前記燃焼用空気供給路１５にて接続してある。尚、図示は省略するが、ブロア４２からの空気を前記変成部冷却用通流部２６を通流させてからバーナ８に供給する変成部冷却用空気路も設けてあり、変成部２２の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、その変成部冷却用空気路を通じて、燃焼用空気をバーナ８に供給するように切り換え可能なように構成してある。

又、原料水供給路３９を流れる原料水を前記変成部２２にて変成処理された変成処理後の改質処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器４３を設けると共に、その原料水予熱用熱交換器４３を通過した改質処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ４４を、その原料水予熱用熱交換器４３よりも下流側の箇所に設けて、変成処理後の改質処理ガスと原料水とを熱交換させて、原料水を予熱すると共に、変成処理後の改質処理ガスを冷却するようにしてある。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。

（イ）前記ガス通過部１０の具体構成は、上記の各実施形態において例示した小孔群に限定されるものではない。例えば、通流室側伝熱板５に挿入状態で保持させた複数の管状体にて構成しても良い。

（ロ）本発明による改質装置Ｒは、上記の実施形態の如き水素含有ガス生成装置に組み込んで用いる場合に限定されるものではなく、単独で用いることが可能である。

（ハ）本発明による改質装置Ｒを、燃料電池における発電反応用の燃料ガス生成用として用いる場合、燃料電池としては、固体高分子型、リン酸型、固体電解質型、溶融炭酸塩型等、種々の型式の燃料電池を対象とすることができる。
又、本発明による改質装置Ｒを用いて燃料ガス生成用の前記水素含有ガス生成装置を構成する場合、固体高分子型の燃料電池を対象とする場合は、上記の実施形態にように、変成部２２及び選択酸化部２３を備えて構成して、生成される燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低くすることが好ましいが、例えば、リン酸型の燃料電池のように、一酸化炭素ガス濃度を高分子型ほど低くする必要がない場合は、選択酸化部２３を省略することができ、又、固体電解質型のように一酸化炭素ガスが含有されていても支障がない場合は、変成部２２と選択酸化部２３を省略することができる。

（ニ）改質処理対象の炭化水素系の原燃料としては、上記の実施形態において例示した天然ガス以外に、プロパンガス、ナフサ、灯油や、メタノール等のアルコール類等、種々の原燃料を用いることができる。

第１実施形態に係る改質装置の斜視図第１実施形態に係る改質装置の縦断正面図第１実施形態に係る改質装置の分解斜視図第１実施形態に係る改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の縦断正面図第１実施形態に係る改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の正面図第１実施形態に係る改質装置を備えた水素含有ガス生成装置の側面図従来の改質装置の縦断正面図

符号の説明

１改質触媒
２改質処理室
３燃焼室
４改質処理ガス通流室
５通流室側伝熱板
６燃焼室側伝熱板
７皿状容器形成体
９皿状通流室形成体
１０ガス通過部

Claims

改質触媒が装入されて、供給される炭化水素系の原燃料を水蒸気により改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室と、その改質処理室から排出された改質処理ガスを通流させる改質処理ガス通流室とが伝熱可能に並設された改質装置であって、
前記改質処理室と前記改質処理ガス通流室とが、１枚の通流室側伝熱板にて隔てられた状態で、且つ、前記改質処理室から前記改質処理ガス通流室に改質処理ガスを通過させるガス通過部を備える状態で区画形成され、
燃焼室側伝熱板を間に位置させた状態で配置された一対の皿状容器形成体の周辺部が溶接接続されて、前記改質処理室と燃料を燃焼させて前記改質処理室を加熱する燃焼室とが区画形成され、
前記改質処理室を構成する前記皿状容器形成体の背面側に、皿状通流室形成体の周縁部における端面部のみが当て付けられた状態で溶接接続されて、前記改質処理室を構成する前記皿状容器形成体を前記通流室側伝熱板として機能させる状態で、前記改質処理ガス通流室が区画形成され、
前記皿状容器形成体及び前記皿状通流室形成体の夫々が、平板状の底部の周縁部から丸みを帯びる状態で側壁部が立ち上がる皿状に成形加工されて形成されている改質装置。
前記改質処理室及び前記改質処理ガス通流室の夫々が、前記通流室側伝熱板の厚さ方向に薄い扁平状に構成されている請求項１記載の改質装置。