JPH029439A - 燃料改質用触媒チューブの加熱装置 - Google Patents

燃料改質用触媒チューブの加熱装置

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JPH029439A
JPH029439A JP1070276A JP7027689A JPH029439A JP H029439 A JPH029439 A JP H029439A JP 1070276 A JP1070276 A JP 1070276A JP 7027689 A JP7027689 A JP 7027689A JP H029439 A JPH029439 A JP H029439A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、燃料電池動力設備における触媒式燃料処理
装置に関し、特に触媒を有効に作用させるための燃料改
質用触媒チューブの加熱装置に関するものである。
［従来の技術］ 生の炭化水素燃料には、燃料電池発電装置の動力発生部
に導入する前に触媒式の燃料改質装置によって水素濃度
の高い燃料ガスとする燃料改質処理を施こす必要がある
。燃料改質処理の代表的なものとしては、燃料燃料改質
装置のハウジング内に配設されたチューブ状容器内に配
設された触媒床によって、燃料改質を行うしのが知られ
ている。
主燃料は、蒸気と混合され、燃料改質装置のハウジング
内に導入され、触媒床に接触される。改善された燃料は
、触媒床より取り出され、燃料改質装置のハウジングよ
り動力発生部に導入される。
燃料改質装置のハウジングにはバーナが設けられており
、このバーナによって燃料改質用触媒チューブび触媒床
を加熱して触媒の反応温度を維持するように構成されて
いる。大出力の大型燃料電池発電装置においては、各燃
料改質装置のハウジングには、多数の燃料改質用触媒チ
ューブが設けられており、各燃料改質用触媒チューブは
全て加熱され、触媒による燃料改質効率を高められるこ
とが必要となる。
［発明の解決しようとする問題点］ これらの大出力の燃料電池発電装置における燃料改質装
置のハウジングには通常単一のバーナが設けられており
、この単一のバーナによって全ての燃料改質用触媒チュ
ーブを加熱している。このような従来の装置においては
、単一のバーナによって全ての燃料改質用触媒チューブ
を適当な温度に均一に加熱することが大きな問題となっ
ている。
この問題を解決するためにオー、エル、オレセン（０，
Ｌ、０１ｅｓｅｎ）に１９８７年４月２８日に付与され
たアメリカ特許第４．６６１，３３２号には、バーナの
発生する熱を各燃料改質用触媒チューブに均一に分配す
ることが提案されている。このアメリカ特許においては
、触媒床を内蔵する燃料改質用触媒チューブに取付ける
スリーブセラミックで形成するとともに、このセラミッ
ク製スリーブに複数の螺施状溝を設けて、スリーブ内を
分割して燃料改質用触媒チューブの外側にバーナの高温
ガスの通路を形成している。各螺施状溝は、螺施状の突
条で分割されており、各突条は円曲面によってチューブ
に結合されている。このアメリカ特許の構成によれば、
チューブ外表面の約２５乃至３５％が螺旋条の突条と接
触していることになるため、この突条との接触部には高
温ガスが接触しないようになっており、熱交換効率を著
しく悪化させている。このため、燃料改質用触媒チュー
ブを充分に加熱するためには、高温ガスの流速で低く設
定しなければならないものとなる。
また、セラミック製のスリーブにおいては、セラミック
の低い弾性のために、金属製チューブへの取付けが困難
となる。また更に、金属チューブとセラミックスリーブ
では材質の相違Ｉこよる熱膨張係数によって、相互結合
の維持が困難なものとなっている。更に、実際の操業に
おいては、前記のアメリカ特許の燃料改質用触媒チュー
ブの上下端では、３００〜５００°Ｆの温度差が生じる
。
そこで本発明は、燃料電池発電設備における燃料改質装
置の燃料改質用触媒チューブのバーナガスからの熱伝達
効率を向上することの出来る加熱装置を提供することを
目的としている。
また、本発明は、触媒式の燃料改質装置を従来の装置に
比較して約３０％位小型化することを目的としている。
更に、本発明では、安価で、組立て易く、気密性に優れ
、しかも可焼性を有する熱伝達部を備えた燃料改質用触
媒チューブの加熱装置を提供することを目的としている
。
「課題を解決するための手段］ 本発明の第一の構成によれば、通孔内に触媒床を有する
筒状の金属チューブと、該金属チューブの外側にチュー
ブと同軸に配設され、通孔の内側表面を前記チューブの
外表面に対して離間して位置するスリーブと、前記チュ
ーブと前記スリーブ間の間隙内に配設されて螺施状の高
温ガス通路を形成するとともに、前記チューブとの接触
部が円弧状に形成されて前記チューブ表面と線接触する
ように形成され、実質的にチューブの全外表面が前記高
温ガスに接触するように構成された複数のリブとによっ
て構成されており、前記スリーブが金属薄板で形成され
、前記チューブの周囲に折曲げ組付けられ、スリーブと
リブ及びチューブ間に燃料処理装置の動作中におけるチ
ューブ及びスリーブの膨張、収縮により弛みが生じない
相互結合を形成するようにしたことを特徴とする燃料電
池動力装置における触媒式の燃料改質用触媒チューブの
加熱装置が提供される。
なお、前記のリブは、複数の円柱状ロッドで形成されて
おり、前記円柱状ロッドは、螺施状高温ガス通路に沿っ
て折曲げられ、チューブ外表面に溶接により取付けるこ
とが出初る。また、前記ロッドは、離間した位置でスポ
ット溶接されており、スポット溶接部以外の部分におい
ては、前記高温ガスが前記チューブの外表面とロッド間
に流通するようにすることも可能である。更に、前記リ
ブは前記スリーブに形成した螺施状の溝で構成されてお
り、該溝は断面視半円形状に形成することら出来る。
なお、本は発明による加熱装置は、燃料電池動力設備以
外にも適用可能であり、この場合には、加熱流体と接触
する外表面を有する被加熱物と、該被加熱物の外表面に
対して離間して配設される内表面を有するスリーブと、
前記被加熱物と前記スリーブ間の間隙内に配設されて加
熱流体通路を形成するとともに、少なくとも前記被加熱
物と、の接触部が円弧状に形成されて前記被加熱物表面
と線接触するように形成され、実質的に被加熱物の全外
表面が前記加熱流体に接触するように構成された複数の
リブとによって構成されており、前記スリーブが金属薄
板で折り曲げ形成され、前記被加熱物の周囲に折曲げ組
付けられ、スリーブとリブ及び被加熱物間にの膨張、収
縮により弛みが生じない相互結合を形成するように構成
することが出来る。
［実施例コ 以下に、本発明の好適実施例を添付図面を参照しながら
説明する。第１図乃至第４図は、本発明の第一実施例に
よる燃料電池発電装置の燃料改質装置又は燃料処理装置
の燃料改質用触媒チューブの構成を示している。燃料改
質用触媒チューブの全体は、蓼照符号２で示されており
、この燃料改質用触媒チューブ２の外側表面には、多数
の円柱状の鋼製ロッド４が取付けられている。各ロッド
４は、チューブの外表面の螺施状リブを形成しており、
これらのリブは、円形断面となっている。
螺施状リブ間に設けられた間隙６は、燃料処理装置が操
業している間、バーナによって発生される高温ガスの螺
施状通路を形成している。第２図には、第一実施例の燃
料改質用触媒チューブ２の断面が示されている。第２図
より明らかなように、ロッド４は、円形状断面に形成さ
れており、燃料改質用触媒チューブ２の外表面とは、線
接触するように構成されている。また、さらに、図示の
実施例においては、ロッド４を円形断面として、チュー
ブ４の外表面との接触面積を最小とすると同時に、各ロ
ッド４を所定間隔を存したスポット溶接によって、チュ
ーブ２の外表面に固定するようにして、溶接部間のロッ
ドとチューブの対向面間には、バーナの加熱ガスが流通
出来るように構成されている。
第１図に示すように螺施状のロッド４を外表面に固定取
り付けしたチューブ２には、第３図に示すスリーブ８が
、チューブ２の外表面のロッドイを包囲するように被着
されている。本実施例においては、スリーブ８は、薄板
状の金属板で形成されており、この金属板は、円筒状に
折り曲げられ、両端部を重合部ＩＯで重ね合わせた状態
とされている。この円筒状スリーブ８は、チューブ２に
組み付けられる前に、締結ストラップ１２によって、円
筒状の折り曲げ状態に仮止めすると、組み立てがし易く
好都合である。次いで、第４図に示すように、円筒状の
スリーブ８の上端又は下端より、ロッド４を組み付けた
チューブ２を挿入する。チューブ２を挿入した後、締結
ストラップ１２を締め付けて、スリーブ８の内側表面を
、ロッド４の外表面に緊密に接合させる。この状態で、
スリーブ８を形成する金属板の重合部を溶接して接合し
、しかる後に、締結ストラップ１２を取り除く。この組
み立て状態の燃料改質用触媒チューブの加熱装置の構成
も第４図に示されている。
第５図及び第６図は、本発明の他の実施例による燃料改
質用触媒チューブの加熱装置の構成を示している。この
例においては、スリーブ１４は、前記の実施例と同様に
薄板状の金属板で、形成されており、前記と同様に円筒
状に折り曲げられて、チューブを包囲するスリーブとさ
れている。本実施例においては、金属板製スリーブには
、内向きに突出する複数の螺施状溝１６が形成されてい
る。
この螺施状溝１６は、前記の実施例におけるロッド４に
代わるもので、チューブ２の周囲に相互に分離された複
数の加熱ガス通路１８を形成する。
螺施状溝１６は、第６図に示すように断面視Ｕ字状に形
成されており、前記の実施例と同様に、チューブ２の外
表面との間に最小接触面積で線接触するように構成され
ている。従って、各隣接する螺施状溝１６間に形成され
る加熱ガス通路１８における、チューブ２の加熱ガスに
対する接触面積は最大となる。
第７図は、第５図及び第６図に示す実施例によって形成
された燃料改質用触媒チューブの加熱装置と、前記した
アメリカ特許第４．８６１，３２３号における燃料改質
用触媒チューブの加熱装置の性能を比較して示すグラフ
である。第７図において、ｙ袖には燃料改質効率を示し
、Ｘ軸には加熱ガス通路に流通する改善される燃料の量
及び加熱ガス流量が示されている。なお、通常の燃料電
池発電設備において要求される燃料改質効率は、７５％
以上であり、これ以下の燃料改質効率は不適とされる。
第７図のグラフにおいては、本発明の加熱装置を用いて
得られた燃料改質効率の、燃料流量及びガス流量に対す
る変化を破線で示し、前記アメリカ特許に開示された加
熱装置を用いた場合の燃料改質効率の変化を実線で示し
ている。第７図より明らかなように、本発明による加熱
装置を用いた場合には、従来提案されている加熱装置を
用いた場合に比べて、格段の燃料改質効率が達成される
。
［効　　果］ 上記のように、本発明によれば、燃料改質用触媒チュー
ブとスリーブ間の、空隙部を複数の加熱ガス通路に分割
して、各加熱ガス通路に流通する加熱ガス流量が、均一
となり、従って燃料改質用触媒チューに対する加熱効率
が、燃料改質用触媒チューブの各部に於いて均一となる
ように構成すると同時に、加熱ガス通路を分割形成する
ために設ける仕切り壁部の燃料改質用触媒チューブに対
する接触面積を必要最小限とすることによって、加熱ガ
スに接触する燃料改質用触媒チューブの外表面積を最大
として、加熱ガスによる加熱効率を飛躍的に向上させる
ことが出来る。また、上記した、本発明の構成によれば
、金属板を折り曲げてスリーブを形成するようにし、こ
れを締結ストラップを用いて又は他の手段により燃料改
質用触媒チューブの外表面に緊密に被着するように構成
したので、組み立てが非常に容易となる。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された構成を満足する総ての
構成を包含するものであり、また、上記の実施例におい
ては、本発明の用途を燃料電池発電設備における、燃料
処理又は燃料改質に用いる燃料改質用触媒チューブの加
熱装置として説明したが、本発明の加熱装置は、同様に
加熱流体を被加熱物の周囲に形成した加熱流体通路に流
通させ、加熱流体を被加熱物に接触させて、熱伝達を行
ういかなる加熱装置に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第一実施例による燃料改質用触媒チ
ューブをスリーブ組み付は前の状態で示す斜視図、 第２図は、本発明の第一実施例による第１図の燃料改質
用触媒チューブの要部の拡大断面図、第３図は、本発明
の第一実施例による第１図の燃料改質用触媒チューブに
被着するスリーブの燃料改質用触媒チューブへの組み付
は前の状態を示す斜視図、 ？Ｊ４図は、本発明の第一実施例による燃料改質用触媒
チューブの組み立て状態を示す斜視図、第５図は、本発
明の第二実施例による燃料改質用触媒チューブの斜視図
、 第６図は、本発明の第２実施例による第５図の燃料改質
用触媒チューブの要部の拡大断面図、及第７図は、本発
明と従来提案されている加熱装置を用いた場合の燃料改
質効率を比較してしめずグラフである。 ２　　・・・ ４　　・・・ ８　　・・・ Ｉ　４　　・・・ Ｉ　６　　・・・ 燃料改質用触媒チューブ ロッド スリーブ スリーブ 螺施状溝 ＪＦｌｒＧ−ｉ １Ｇ−３ ＪＦｉ”Ｇ　−４！ ２０　　　　　　　　　！１．０　　　　　　　　４０
５１）ｌ：ＣＩＦＩＣ日ＬＩＥＬ　ＦＬＯＷ　−ＬＢＳ
　ＦＬＩＥＬ／１−ＩＲ−Ｆ　Ｔ２ＦｉＧ−７

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）通孔内に触媒床を有する筒状の金属チューブと、
    該金属チューブの外側にチューブと同軸に配設され、通
    孔の内側表面を前記チューブの外表面に対して離間して
    位置するスリーブと、前記チューブと前記スリーブ間の
    間隙内に配設されて螺施状の高温ガス通路を形成すると
    ともに、前記チューブとの接触部が円弧状に形成されて
    前記チューブ表面と線接触するように形成され、実質的
    にチューブの全外表面が前記高温ガスに接触するように
    構成された複数のリブとによって構成されており、前記
    スリーブが金属薄板で形成され、前記チューブの周囲に
    折曲げ組付けられ、スリーブとリブ及びチューブ間に燃
    料処理装置の動作中におけるチューブ及びスリーブの膨
    張、収縮により弛みが生じない相互結合を形成するよう
    にしたことを特徴とする燃料電池動力装置における触媒
    式の燃料改質用触媒チューブの加熱装置。
  2. （２）前記のリブは、複数の円柱状ロッドで形成されて
    おり、前記円柱状ロッドは、螺施状高温ガス通路に沿っ
    て折曲げられ、チューブ外表面に溶接により取付けられ
    ていることを特徴とする請求項第１項に記載の燃料改質
    用触媒チューブの加熱装置。
  3. （３）前記ロッドは、離間した位置でスポット溶接され
    ており、スポット溶接部以外の部分においては、前記高
    温ガスが前記チューブの外表面とロッド間に流通するよ
    うにしたことを特徴とする請求項第２項に記載の燃料改
    質用触媒チューブの加熱装置。
  4. （４）前記リブは前記スリーブに形成した螺施状の溝で
    構成されており、該溝は断面視半円形状に形成されてい
    ることを特徴とする請求項第１項に記載の燃料改質用触
    媒チューブの加熱装置。
  5. （５）加熱流体と接触する外表面を有する被加熱物と、
    該被加熱物の外表面に対して離間して配設される内表面
    を有するスリーブと、前記被加熱物と前記スリーブ間の
    間隙内に配設されて加熱流体通路を形成するとともに、
    少なくとも前記被加熱物との接触部が円弧状に形成され
    て前記被加熱物表面と線接触するように形成され、実質
    的に被加熱物の全外表面が前記加熱流体に接触するよう
    に構成された複数のリブとによって構成されており、前
    記スリーブが金属薄板で折り曲げ形成され、前記被加熱
    物の周囲に折曲げ組付けられ、スリーブとリブ及び被加
    熱物間にの膨張、収縮により弛みが生じない相互結合を
    形成するようにしたことを特徴とする加熱流体を用いた
    加熱装置。
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